本申請(qǐng)涉及一種3d打印技術(shù)，特別是涉及一種氣路結(jié)構(gòu)及所適用的3d打印設(shè)備、打印方法。

背景技術(shù)：

3d打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料和樹脂等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3d打印設(shè)備通過執(zhí)行該種打印技術(shù)制造3d物體。3d打印設(shè)備由于成型精度高在模具、定制商品、醫(yī)療治具、假體等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。其中，基于底面曝光的3d打印設(shè)備由于只需要在容器底部設(shè)置一層高的光固化材料，與上曝光相比，更節(jié)省材料，因此受到很多個(gè)性產(chǎn)品制造者的追寵。

對(duì)于應(yīng)用在特殊應(yīng)用環(huán)境下的3d產(chǎn)品，如假體等，其產(chǎn)品應(yīng)具備適應(yīng)環(huán)境的能力，如具備耐腐蝕性、符合人體安全性等要求，這使得3d打印設(shè)備所使用的樹脂液中需調(diào)配相應(yīng)材料以適應(yīng)具體產(chǎn)品需求，所調(diào)配的材料在光固化期間可能受到打印環(huán)境的干擾而產(chǎn)生對(duì)產(chǎn)品不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N氣路結(jié)構(gòu)及所適用的3d打印設(shè)備、打印方法，用于解決光固化液態(tài)材料在打印期間被打印環(huán)境干擾的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他目的，本申請(qǐng)的第一方面提供一種氣路結(jié)構(gòu)，用于3d打印設(shè)備，所述氣路結(jié)構(gòu)包括：成型室，內(nèi)置有：光固化液態(tài)材料及用于附著經(jīng)固化后得到的圖案固化層的構(gòu)件平臺(tái)；設(shè)置于所述成型室上的氣體入口和氣體出口；至少受控連通所述氣體出口的氣路調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)整所述成型室中的環(huán)境成分，其中，所述環(huán)境成分與光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)相關(guān)。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置包括：氣體置換單元，通過所述氣體入口和氣體出口將外部的氣體提供裝置與成型室受控連通，用于利用氣體流動(dòng)將所述氣體提供裝置所提供的氣體輸入所述成型室；和/或氣體抽離單元，受控連通所述氣體出口，用于利用氣體流動(dòng)將所述成型室中影響所述光固化液態(tài)材料進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分從所述成型室中抽離。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置還包括：與所述氣體入口和氣體出口受控連通的氣體緩沖部件。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，氣路結(jié)構(gòu)還包括：設(shè)置在所述氣體出口的第一控制閥，包含第一氣體排出口和第二氣體排出口；所述第一氣體排出口在與所述氣體出口連通時(shí)將成型室中的環(huán)境成分隨氣流排出氣路調(diào)節(jié)裝置之外，所述第二氣體排出口在與所述氣體出口連通時(shí)將成型室中的環(huán)境成分隨氣流排入所述氣體緩沖部件中。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述氣體置換單元通過氣體緩沖部件與氣體提供裝置受控連通。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述氣體抽離單元將所抽出的氣體自所述氣體緩沖部件受控排出。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置還包括：成分濾除單元，用于濾除自所述成型室中排出的環(huán)境成分。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，氣路結(jié)構(gòu)還包括：檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述成型室中的環(huán)境信息。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，所述檢測(cè)裝置包括：氣壓傳感器用于檢測(cè)所述成型室中的氣壓信息。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，在打印期間，基于所述檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，所述氣路調(diào)節(jié)裝置受控調(diào)整所述成型室中影響光固化液態(tài)材料進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分。

在所述第一方面的某些實(shí)施方式中，在打印期間，所述成型室、或所述氣路調(diào)節(jié)裝置和成型室呈密閉狀態(tài)。

本申請(qǐng)第二方面提供一種3d打印設(shè)備，包括：光學(xué)系統(tǒng)，用于將3d構(gòu)件模型中的分層圖像照射到位于打印基準(zhǔn)面的光固化液態(tài)材料上以使之固化成對(duì)應(yīng)的圖案固化層；構(gòu)件平臺(tái)，用于附著所述圖案固化層以便經(jīng)由各圖案固化層積累形成3d構(gòu)件；z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與所述構(gòu)件平臺(tái)連接，用于受控的調(diào)整所述構(gòu)件平臺(tái)與所述打印基準(zhǔn)面之間的間距以將光固化液態(tài)材料填充到所述打印基準(zhǔn)面處；如上任一所述的氣路結(jié)構(gòu)，其中在成型室中內(nèi)置有所述光固化液態(tài)材料及所述構(gòu)件平臺(tái)；控制裝置，與所述光學(xué)系統(tǒng)、z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣路結(jié)構(gòu)相連，用于：控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中影響所述光固化液態(tài)材料光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分。

在所述第二方面的某些實(shí)施方式中，所述光學(xué)系統(tǒng)位于所述成型室之外，且所述成型室面向光學(xué)系統(tǒng)側(cè)呈透明狀；或者，所述成型室還容納所述光學(xué)系統(tǒng)的至少出射部分。

在所述第二方面的某些實(shí)施方式中，3d打印設(shè)備還包括：溫度調(diào)節(jié)裝置，與所述控制裝置連接，用于調(diào)節(jié)所述成型室中光固化液態(tài)材料的溫度。

本申請(qǐng)第三方面還提供一種3d打印設(shè)備的打印方法，其中所述3d打印設(shè)備包括：成型室、氣路調(diào)節(jié)裝置、z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、與所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的構(gòu)件平臺(tái)和光學(xué)系統(tǒng)，所述方法包括：在打印前，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中環(huán)境成分，其中，所述環(huán)境成分與光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)相關(guān)；在打印期間，按照3d構(gòu)件模型中的橫截層層厚控制所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的間距，以及按照相應(yīng)橫截層的分層圖像控制所述光學(xué)系統(tǒng)圖案化固化填充在所述構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的光固化液態(tài)材料；重復(fù)地控制所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和光學(xué)系統(tǒng)以將所述3d構(gòu)件模型制造成對(duì)應(yīng)的3d構(gòu)件。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中環(huán)境成分的方式包括：控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)所述成型室中的氣體流動(dòng)并將外接的氣體輸入所述成型室；和/或控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)所述成型室中的氣體流動(dòng)并將所述成型室中環(huán)境成分隨氣流抽離。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述方法還包括：在打印期間，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置維持成型室對(duì)外界密閉的步驟。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述方法還包括：在打印期間，檢測(cè)所述成型室中的環(huán)境信息，并基于檢測(cè)結(jié)果調(diào)整所述成型室中環(huán)境成分的步驟。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述環(huán)境信息包含氣流信息；在打印期間，基于所述氣流信息控制在調(diào)整成型室環(huán)境成分期間的氣體流速。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述環(huán)境信息包含氣壓信息；在打印期間，基于所述氣壓信息調(diào)整成型室環(huán)境成分以維持打印環(huán)境。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述方法還包括：調(diào)節(jié)光固化液態(tài)材料的溫度的步驟。

在所述第三方面的某些實(shí)施方式中，所述方法還包括：濾除自所述成型室中排出的環(huán)境成分的步驟。

本申請(qǐng)所提供的氣路結(jié)構(gòu)及所適用的3d打印設(shè)備、打印方法，在利用光固化液態(tài)材料的進(jìn)行實(shí)體產(chǎn)品打印的3d打印設(shè)備上裝配氣路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)成型室內(nèi)光固化液態(tài)材料的打印環(huán)境進(jìn)行有效控制，不僅有效保護(hù)了光固化液態(tài)材料的本征特性，有效減少因光固化液態(tài)材料的無謂反應(yīng)而造成產(chǎn)品質(zhì)量問題，還使得該類3d打印設(shè)備所適配的光固化液態(tài)材料更加廣泛。

在打印前采用抽空和/或置換氣體的方式減少成型室中與光固化液態(tài)材料反應(yīng)氣體的含量，不僅便于對(duì)成型室內(nèi)打印環(huán)境的控制，而且不會(huì)引起液態(tài)材料在打印期間的波動(dòng)干擾。

在打印期間，為了維護(hù)成型室內(nèi)打印環(huán)境，利用檢測(cè)裝置檢測(cè)多種環(huán)境信息(又叫環(huán)境信息)，有效減少在打印期間氣流流動(dòng)、流動(dòng)時(shí)長(zhǎng)等因素對(duì)打印的干擾。

附圖說明

圖1為本申請(qǐng)3d打印設(shè)備在一實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本申請(qǐng)3d打印設(shè)備在另一實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3-7為本申請(qǐng)3d打印設(shè)備中氣路結(jié)構(gòu)在不同一實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本申請(qǐng)3d打印設(shè)備在增加成型室的環(huán)境成分后進(jìn)行打印時(shí)的示意圖。

圖9為本申請(qǐng)3d打印方法在一實(shí)施方式中的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本申請(qǐng)的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本申請(qǐng)還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本申請(qǐng)的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

需要說明的是，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本申請(qǐng)可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本申請(qǐng)所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本申請(qǐng)所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本申請(qǐng)可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本申請(qǐng)可實(shí)施的范疇。

請(qǐng)參閱圖1和2，其示出了本申請(qǐng)中3d打印設(shè)備在不同實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)示意圖。所述3d打印設(shè)備通過將光固化液態(tài)材料按照產(chǎn)品形狀進(jìn)行逐層固化并累積的方式實(shí)現(xiàn)3d產(chǎn)品的制造。其中，所述光固化液態(tài)材料包括任何易于光固化的液態(tài)材料，其舉例包括：光固化樹脂液，及摻雜了粉末、顏色添加劑等材料的光固化樹脂液等。其中，某些光固化樹脂液(如丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂、或兩者的混合樹脂)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中可能受到空氣中氣體(如氧氣)和懸浮微粒(如水蒸汽)的影響，導(dǎo)致光固化樹脂液在打印期間固化能力變差，出現(xiàn)例如斷件、掉件等問題。為了避免空氣中的氣體和/或懸浮微粒影響3d打印設(shè)備中所儲(chǔ)存的光固化液態(tài)材料產(chǎn)生不應(yīng)該有的光化學(xué)反應(yīng)(photopolymerization)，所述3d打印設(shè)備包含以下部分：氣路結(jié)構(gòu)、光學(xué)系統(tǒng)、構(gòu)件平臺(tái)、z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置。

其中，圖3-7示出了多種氣路結(jié)構(gòu)的具體示例。所述氣路結(jié)構(gòu)包括：成型室和氣路調(diào)節(jié)裝置。所述光固化液態(tài)材料可以直接盛放在所述成型室中?；蛘呤⒎旁谝蝗萜髦校撊萜鞅环胖迷诔尚褪抑?。所述成型室為整體密封結(jié)構(gòu)，其室壁上設(shè)有氣體入口和氣體出口。其中，所述氣體入口可以是成型室的門、或單獨(dú)設(shè)置。所述氣體出口可單獨(dú)設(shè)置在成型室壁上。為了盡量減少氣體流動(dòng)對(duì)光固化液態(tài)材料的擾動(dòng)，所述氣體出口和氣體入口的位置可設(shè)置在成型室的頂部或側(cè)壁的上半?yún)^(qū)域。

所述氣路調(diào)節(jié)裝置至少連接所述氣體出口，以向成型室提供自所述氣體出口排出的氣流，旨在利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以排出。所述氣路調(diào)節(jié)裝置還可以連接所述氣體入口和氣體出口，以向成型室提供由氣體入口進(jìn)入的氣體且將成型室中的氣體自所述氣體出口排出的氣路循環(huán)，旨在利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以排出或補(bǔ)充。故而，所述氣路調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)整所述成型室中的環(huán)境成分。其中，所述環(huán)境成分與光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)相關(guān)。例如，所述環(huán)境成分包含抑制光固化液態(tài)材料進(jìn)行光固化反應(yīng)的氣體(如氧氣)、微粒、水蒸汽等。

為了減少成型室內(nèi)環(huán)境成分對(duì)至少一部分光固化液態(tài)材料進(jìn)行不應(yīng)該有的光化學(xué)反應(yīng)的影響，所述氣路調(diào)節(jié)裝置在打印前調(diào)整所述成型室中的環(huán)境成分。

在一些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)減少所述成型室中的環(huán)境成分。例如，所述氣路調(diào)節(jié)裝置至少受控連通所述氣體出口，利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以抽出，使得成型室呈負(fù)壓狀態(tài)，并維持成型室的負(fù)壓狀態(tài)直至打印完成。又如，所述氣路調(diào)節(jié)裝置受控連通所述氣體入口和氣體出口，利用氣體流動(dòng)將外部的保護(hù)氣體輸入成型室中并將成型室中的環(huán)境成分隨氣流排出成型室。在打印期間，維持成型室內(nèi)保護(hù)氣體含量直至打印完成。其中，所述保護(hù)氣體包括但不限于：如氬等惰性氣體、或不影響成型室中的光固化液態(tài)材料進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的其他氣體。所述其他氣體的確定與光固化液態(tài)材料的類型、成型室打印期間光固化液態(tài)材料所處溫度、濕度、水氧含量等指標(biāo)相關(guān)。例如，在光固化液態(tài)材料的固化溫度范圍不易與相應(yīng)光固化液態(tài)材料反應(yīng)的氣體。

在另一些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)增加所述成型室中的環(huán)境成分，以使表面的一層光固化液態(tài)樹脂在打印前或打印過程中始終不進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)從而形成一隔離區(qū)域。該隔離區(qū)域?qū)⑹Ｓ喙夤袒簯B(tài)材料與環(huán)境成分相隔離，使得光輻射穿過所述隔離區(qū)域固化位于隔離區(qū)域下的光固化液態(tài)材料。在此，所述隔離區(qū)域可以是液態(tài)的且能夠被光輻射穿透的。例如，如圖8所示，成型室中盛放的光固化液態(tài)材料為丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂、或兩者的混合樹脂，在打印前，所述氣路調(diào)節(jié)裝置受控增加成型室中的氧氣含量，使得樹脂與氧氣接觸的表面形成具有一定厚度的隔離區(qū)域(deadzone)70，在隔離區(qū)域70以下的樹脂可被固化，維持成型室的氣體環(huán)境直至打印完成。其中，成型室中的氧氣含量與隔離區(qū)域的厚度相關(guān)聯(lián)，整體來說，氧氣含量越高該厚度越厚。

于本申請(qǐng)的某些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置可包含有氣體抽離單元。該氣體抽離單元受控連通所述氣體出口，用于利用氣體流動(dòng)將所述成型室中影響所述光固化液態(tài)材料光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分從所述成型室中抽離，以使所述成型室中呈負(fù)壓。更為具體地，如圖3和4所示，所述氣體抽離單元包含：連通氣體出口的第一控制閥322和抽氣泵325。該第一控制閥322可設(shè)有多個(gè)連通口，其中一個(gè)連通口連接所述氣體出口，其他連通口可按實(shí)際設(shè)計(jì)選擇直接連通外部環(huán)境(如3d打印設(shè)備外的環(huán)境)、抽氣泵和氣體緩沖部件中的至少一種。例如，所述第一控制閥可受控連通氣體出口和抽氣泵、氣體出口和氣體緩沖部件、或氣體出口和外部環(huán)境等。其中，所述氣體緩沖部件用于緩沖成型室中氣體流動(dòng)。所述氣體緩沖部件包含與成型室相連的腔室，在一些具體示例中，所述抽氣泵的抽氣口或排氣口可連接到氣體緩沖部件的腔室上，再利用管道將成型室的氣體排出口、氣體緩沖部件和抽氣泵連通。例如，圖4所示，成型室321的氣體排出口通過第一控制閥322與氣體緩沖部件323的腔室相連，所述抽氣泵325位于氣體緩沖部件323的腔室內(nèi)并與腔室的第二控制閥324相連。當(dāng)所述氣體抽離單元受控工作時(shí)，第一控制閥322連通成型室與抽氣泵的抽氣口，同時(shí)第二控制閥324連通抽氣泵325的排氣口，抽氣泵325將成型室321中的氣體予以排出。所述抽氣泵可以是氣體循環(huán)泵、或真空式抽氣泵等。

為了提供能夠兼顧增加和減少環(huán)境成分的氣路結(jié)構(gòu)，所述氣路調(diào)節(jié)裝置可包括氣體置換單元(如圖5所示)，其通過所述氣體入口和氣體出口將外部的氣體提供裝置43與成型室421受控連通，用于利用氣體流動(dòng)將所述氣體提供裝置43所提供的氣體輸入所述成型室421。其中，所述氣體提供裝置43可為氣體儲(chǔ)存罐、或液化氣體儲(chǔ)存罐。所述氣體包括但不限于：如氬等惰性氣體、不影響光固化液態(tài)材料光化學(xué)反應(yīng)的第一氣體。所述第一氣體參照成型室打印期間光固化液態(tài)材料所處溫度、水氧含量等指標(biāo)而確定。所述氣體還可以為影響光固化液態(tài)材料進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的第二氣體。所述第二氣體可以是空氣中含有的某種氣體或氣體混合，以便于減少成型室中的氣體環(huán)境復(fù)雜度，進(jìn)而降低環(huán)境成分對(duì)光固化液態(tài)材料的干擾。

具體地，所述氣體置換單元包括：連接在成型室421的氣體入口和氣體提供裝置43之間的第三控制閥426、與成型室421的氣體出口相連的第四控制閥422、和連接第三控制閥426和第四控制閥422的換氣部件425。其中，所述第四控制閥422可與前述氣體抽離單元中第一控制閥322共用或單獨(dú)設(shè)置。所述換氣部件425包括但不限于：氣體循環(huán)泵。在一種更具體示例中，如圖5所示，所述換氣部件425設(shè)置在氣體緩沖部件423中，且第三控制閥426安裝在氣體緩沖部件423的腔室上，以使氣體受控通過腔室進(jìn)入成型室421，第四控制閥422可同時(shí)受控連通成型室421與外部大氣，當(dāng)所述換氣部件425受控工作時(shí)，第三控制閥426和第四控制閥422的f3連接口打開，所述換氣部件425將氣體灌輸進(jìn)成型室421并迫使成型室421中的環(huán)境成分隨氣流從第四控制閥422的f2連接口排出。

在另一些實(shí)施方式中，所述氣路調(diào)節(jié)裝置中包含氣體抽離單元和氣體置換單元。該兩個(gè)單元可單獨(dú)配置。為了整合氣路調(diào)節(jié)裝置中的硬件結(jié)構(gòu)，達(dá)到減小氣路調(diào)節(jié)裝置占用空間、高集成化目的，所述氣體抽離單元和氣體置換單元集成后如圖6所示，第一控制閥522的第一連通口連接成型室521的氣體排出口、第二連通口f2面向外界、第三連通口f3連通氣體緩沖部件，氣體緩沖部件523包含一腔室，該腔室內(nèi)容納氣體循環(huán)泵525，在該腔室壁上還設(shè)有第二控制閥524和第三控制閥526，其中，第二控制閥524面向外界，第三控制閥526連接外部的氣體提供裝置53。所述腔室上還設(shè)有氣口與成型室521的氣體入口相連。在上述結(jié)構(gòu)中，所述第一控制閥522的第三連通口f3、氣體循環(huán)泵525、和第二控制閥524構(gòu)成氣體抽離單元。所述第一控制閥522的第三連通口f3、氣體循環(huán)泵25、第二控制閥524和第三控制閥526構(gòu)成所述氣體置換單元；或者，所述第一控制閥522的第二連通口f2、氣體循環(huán)泵525和第三控制閥526構(gòu)成所述氣體置換單元。后者還可以在打印之后，利用將成型室中的氣體排出的過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)成型室的清洗。

為了減少空氣微粒、或因固化所產(chǎn)生的新物質(zhì)或飛濺出的微粒對(duì)成型室內(nèi)環(huán)境的干擾，在氣體排出通路上(如圖7所示)，如氣體出口附近、氣體緩沖部件內(nèi)、相應(yīng)控制閥處等至少一個(gè)位置設(shè)有成分濾除單元(627、628)。所述成分濾除單元(627、628)包含過濾網(wǎng)、凈化部件、除濕部件等。例如，在氣體緩沖部件與氣體排出口之間設(shè)置過濾網(wǎng)，在所述氣體緩沖部件的緩沖腔室內(nèi)設(shè)置凈化器。其中，所述過濾網(wǎng)主要用于濾除排出氣體中所包含的懸浮微粒。所述凈化器可以根據(jù)成型室內(nèi)氣體成分和/或懸浮微粒的含量而設(shè)定，其包括但不限于：物理式凈化器、化學(xué)式凈化器、或兼具物理和化學(xué)凈化功能的凈化器。所述除濕部件包括但不限于利用化學(xué)或物理方式將排出氣體中的水蒸汽予以去除。例如，所述除濕部件包含銅絲和加熱器，以利用銅絲在水中易與氧氣反應(yīng)的特性去除排出氣體中的水蒸汽。又如，所述除濕部件包含冷卻管及排水管，將排出氣體中的水蒸汽冷凝后排出。

在打印前，所述氣體抽離單元和氣體置換單元可依時(shí)序執(zhí)行抽離空氣以及灌入氣體，以確保為光固化液態(tài)材料提供易于成型產(chǎn)品的環(huán)境。例如，在打印前，所述氣體抽離單元先將成型室內(nèi)的空氣抽離使成型室處于負(fù)壓狀態(tài)，再由氣體置換單元向成型室內(nèi)灌注氣體直至成型室內(nèi)呈微正壓狀態(tài)。在此，氣體抽離單元和氣體置換單元的工作順序可依策略調(diào)換順序，或反復(fù)執(zhí)行多次，以使成型室中的如水氧指標(biāo)、反應(yīng)氣體含量等環(huán)境指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)的預(yù)設(shè)條件。

為了便于對(duì)成型室的監(jiān)控，將成型室的環(huán)境變信息并入3d打印設(shè)備的控制系統(tǒng)中，在所述成型室內(nèi)、氣體緩沖部件內(nèi)、或成型室的氣體出入口附近設(shè)置檢測(cè)裝置(未予圖示)。所述檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述成型室中的環(huán)境信息，特別是環(huán)境成分含量、氣流信息、氣壓信息、溫度信息等影響光固化過程的環(huán)境信息。例如，所述檢測(cè)裝置包含浸于光固化液態(tài)材料中的氧檢測(cè)器。又如，所述檢測(cè)裝置包含設(shè)置在氣體出口或氣體緩沖部件中的氣體含量檢測(cè)器。再如，所述檢測(cè)裝置包含氣壓傳感器、和/或氣體流量傳感器等。其中，在利用氣體抽離單元和/或氣體置換單元調(diào)節(jié)成型室中環(huán)境成分期間，所述氣壓傳感器所提供的氣壓信息可被用于評(píng)價(jià)成型室是否滿足打印環(huán)境條件，如滿足預(yù)設(shè)的負(fù)壓條件或正壓條件等。

在打印前、甚至打印期間，所述氣體抽離單元和氣體置換單元可根據(jù)所述檢測(cè)裝置所檢測(cè)的環(huán)境信息受控工作，以確保光固化液態(tài)材料在工作溫度下保留有效成分及固化后的特性。

例如，在打印前，所述氣體抽離單元抽出成型室中的空氣直至所述檢測(cè)裝置所檢測(cè)的氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)負(fù)壓值，再由氣體置換單元向成型室中灌注氣體直至檢測(cè)裝置檢測(cè)的氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)正壓值。在此，所謂負(fù)壓值是指低于一個(gè)正常大氣壓的氣壓值。所謂正壓值是指高于一個(gè)正常大氣壓的氣壓值。

又如，對(duì)于在成型室內(nèi)置換氣體的方案，當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到成型室的氣壓值低于預(yù)設(shè)正壓值時(shí)，所述氣體置換單元向成型室灌入氣體。

在打印期間，所述氣體抽離單元或氣體置換單元可基于所述氣壓信息調(diào)整成型室環(huán)境成分以維持打印環(huán)境。例如，對(duì)于將成型室抽成負(fù)壓的方案，在打印期間，當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到成型室的氣壓高于預(yù)設(shè)負(fù)壓值時(shí)，所述氣體抽離單元將成型室中的氣體抽離至所述負(fù)壓值以下。

事實(shí)上，在打印期間氣體流動(dòng)會(huì)引起光固化液態(tài)材料表面波動(dòng)，從而影響所打印出的固化層層厚均勻度、精準(zhǔn)度等，在打印期間，所述成型室、或成型室及氣路調(diào)節(jié)裝置所構(gòu)成的氣體通路(或氣體回路)呈密閉狀態(tài)，即在打印期間各控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

為防止各控制閥、成型室及氣路調(diào)節(jié)裝置的氣密性降低(如控制閥密封性降低、或成型室上的氣口氣密性降低)而帶來的成型室內(nèi)反應(yīng)氣體倒灌的問題，在打印期間，檢測(cè)裝置依舊檢測(cè)成型室的環(huán)境信息，并在其環(huán)境信息不滿足打印環(huán)境條件時(shí)，啟動(dòng)氣體抽離單元和/或氣體置換單元，直至所檢測(cè)的環(huán)境信息滿足該打印環(huán)境條件為止。例如，對(duì)于在成型室內(nèi)置換氣體的方案，當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到成型室的氣壓值低于預(yù)設(shè)正壓值時(shí)，所述氣體置換單元向成型室灌入氣體，且其灌入的速度基于檢測(cè)裝置所檢測(cè)的氣流而定。又如，對(duì)于將成型室抽成真空的方案，當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到成型室的氣壓高于預(yù)設(shè)負(fù)壓值時(shí)，所述氣體抽離單元將成型室中的氣體抽離至所述負(fù)壓值以下，且氣體抽離的速度基于檢測(cè)裝置所檢測(cè)的氣流而定。由此盡量減小在氣體置換單元和氣體抽離單元工作期間所產(chǎn)生的氣流對(duì)光固化液態(tài)材料表面波動(dòng)的影響。

需要說明的是，各圖中所示的氣體入口和氣體出口的位置僅為示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)所示意的氣體入口和氣體出口的位置提示在成型室上其他位置設(shè)置的氣體出入口應(yīng)視為本申請(qǐng)的具體示例。

所述光學(xué)系統(tǒng)(11、21)用于將3d構(gòu)件模型中的分層圖像照射到光固化液態(tài)材料以使之固化成對(duì)應(yīng)的圖案固化層。其中，所述3d構(gòu)件模型舉例為利用cad設(shè)計(jì)的三維物體模型。所述分層圖像是預(yù)先基于3d構(gòu)件模型沿z軸方向(即沿高度方向)進(jìn)行橫截劃分而得到的，其中，在每相鄰橫截劃分所形成的橫截面層上形成由3d構(gòu)件模型的輪廓所勾勒的分層圖像，在所述橫截面層足夠薄的情況下，我們認(rèn)定所述橫截面層上橫截表面和下橫截表面的輪廓線是一致的，或?qū)⑸蠙M截表面或下橫截表面上的圖像作為對(duì)應(yīng)橫截層的分層圖像。

所述光學(xué)系統(tǒng)可以為掃描式光學(xué)系統(tǒng)(如圖1中所示光源系統(tǒng)11)，其包括：激光發(fā)射器、位于所述激光發(fā)射器射出光路上的透鏡組和位于所述透鏡組出光側(cè)的振鏡組(均未予圖示)，其中，所述激光發(fā)射器受控的調(diào)整輸出激光束的能量，例如，所述激光發(fā)射器受控的發(fā)射預(yù)設(shè)功率的激光束以及停止發(fā)射該激光束，又如，所述激光發(fā)射器受控的提高激光束的功率以及降低激光束的功率。所述透鏡組用以調(diào)整激光束的聚焦位置，所述振鏡組用以受控的將激光束在二維空間內(nèi)掃描，經(jīng)所述光束掃描的光固化材料被固化成對(duì)應(yīng)的圖案固化層。

所述光學(xué)系統(tǒng)還可以是面曝光式光學(xué)系統(tǒng)(如圖2中所示光源系統(tǒng)21)，其包括：光源、dmd芯片(或液晶陣列)、控制器和存儲(chǔ)模塊。其中，所述光源可以是激光光源、led光源等。所述存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)將3d構(gòu)件模型分層的分層圖像。所述dmd芯片在接收到控制器的控制信號(hào)后將對(duì)應(yīng)分層圖像上各像素的光源照射到容器底面。其中，dmd芯片外觀看起來只是一小片鏡子，被封裝在金屬與玻璃組成的密閉空間內(nèi)，事實(shí)上，這面鏡子是由數(shù)十萬乃至上百萬個(gè)微鏡所組成的，每一個(gè)微鏡代表一個(gè)像素，所投影的圖像就由這些像素所構(gòu)成。dmd芯片可被簡(jiǎn)單描述成為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的半導(dǎo)體光開關(guān)和微鏡片，所述控制器通過控制dmd芯片中各光開關(guān)來允許/禁止各微晶片反射光，由此將相應(yīng)分層圖像照射到光固化液態(tài)材料上，使得對(duì)應(yīng)分層圖像形狀的光固化液態(tài)材料被固化，以得到圖案化的固化層。

所述光學(xué)系統(tǒng)將光輻射照射到打印基準(zhǔn)面上。所述打印基準(zhǔn)面是指光輻射聚集的平面。例如，如圖1所示，對(duì)于掃描式光學(xué)系統(tǒng)11，其打印基準(zhǔn)面可位于光輻射聚焦點(diǎn)所在平面。為了提高打印速度掃描式光學(xué)系統(tǒng)的打印基準(zhǔn)面略近于或遠(yuǎn)于光學(xué)系統(tǒng)11的聚焦點(diǎn)所在平面，使得光輻射的光斑尺寸略大，由此增加光斑掃描的步長(zhǎng)。又如，如圖2所示，對(duì)于面曝光式光學(xué)系統(tǒng)21，其打印基準(zhǔn)面通常位于圖像成像處。所述打印基準(zhǔn)面根據(jù)3d打印設(shè)備的類型而定。

對(duì)于底面曝光3d打印設(shè)備來說(如圖2所示)，所述光學(xué)系統(tǒng)21位于盛放光固化液態(tài)材料的容器底面并向所述底面曝光，則所述打印基準(zhǔn)面為容器底面。

對(duì)于頂面曝光3d打印設(shè)備來說(如圖1所示)，所述光學(xué)系統(tǒng)11位于光固化液態(tài)材料表面并向所述表面曝光，則所述打印基準(zhǔn)面為經(jīng)標(biāo)定確定的光固化液態(tài)材料表面。在此，所述光固化液態(tài)材料表面為實(shí)際能夠固化的光固化液態(tài)材料表面。若氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)增加所述成型室中的環(huán)境成分，并使成型室中的光固化液態(tài)材料上表面形成一層始終不進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)從而形成一隔離區(qū)域，則所述打印基準(zhǔn)面經(jīng)標(biāo)定確定為位于該隔離區(qū)域與光固化液態(tài)材料的交界處。其中，所述打印基準(zhǔn)面的標(biāo)定方式可根據(jù)預(yù)設(shè)的環(huán)境成分含量與隔離區(qū)域厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定當(dāng)前環(huán)境成分含量(如含氧量)所對(duì)應(yīng)的隔離區(qū)域厚度，進(jìn)而通過計(jì)算從光輻射出射端至相應(yīng)隔離區(qū)域下表面的距離而確定打印基準(zhǔn)面的位置?；蛘撸龃蛴』鶞?zhǔn)面的標(biāo)定方式還可以通過固化測(cè)試來確定。若氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)減少所述成型室中的環(huán)境成分，則所述打印基準(zhǔn)面即為光固化液態(tài)材料的上表面。

為了能夠照射到位于成型室內(nèi)的光固化液態(tài)材料，所述光學(xué)系統(tǒng)(11、21)位于所述成型室之外，且所述成型室(121、221)面向光學(xué)系統(tǒng)(11、21)側(cè)的壁呈透明狀；或者，所述成型室(121、221)容納所述光學(xué)系統(tǒng)(11、21)的至少出射部分。在一種更具體示例中，對(duì)于掃描式光學(xué)系統(tǒng)來說，成型室具有透明側(cè)的壁并僅將振鏡組設(shè)置于成型室內(nèi)的光路上，由此有效防止成型室內(nèi)的氣體、溫度變化對(duì)激光發(fā)射器的影響或光輻射衍射、漫射對(duì)投射到光固化液態(tài)材料上光能的干擾。

經(jīng)光固化的固化層將逐層地附著在構(gòu)件平臺(tái)(13、23)上，即，所述構(gòu)件平臺(tái)(13、23)用于附著所述圖案固化層以便經(jīng)由各圖案固化層積累形成3d構(gòu)件。在又一種更具體示例中，對(duì)于面曝光式光學(xué)系統(tǒng)中，將光學(xué)系統(tǒng)整體封裝并放置在成型室內(nèi)。

需要說明的是，上述光學(xué)系統(tǒng)與成型室的結(jié)構(gòu)關(guān)系僅為舉例，而非對(duì)本申請(qǐng)的示例限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可基于上述示例對(duì)面曝光式光學(xué)系統(tǒng)或掃描式光學(xué)系統(tǒng)與成型室的結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行組合方式的改進(jìn)應(yīng)視為本申請(qǐng)范圍內(nèi)的具體示例。

于本申請(qǐng)中，無論采用底曝光或上曝光，構(gòu)件平臺(tái)在打印期間必然有機(jī)會(huì)浸入光固化液態(tài)材料中。為此，所述成型室內(nèi)不僅盛放所述光固化液態(tài)材料還將所述構(gòu)件平臺(tái)密封其內(nèi)。所述構(gòu)件平臺(tái)(13、23)與z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)連接，借助z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)調(diào)整所述構(gòu)件平臺(tái)(13、23)與打印基準(zhǔn)面的間距以填充待固化的光固化液態(tài)材料。在此，如圖1、2所示，所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的豎直移動(dòng)單元位于成型室(121、221)內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)單元密封固定在成型室(121、221)上。

具體地，所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)包括驅(qū)動(dòng)單元和豎直移動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述豎直移動(dòng)單元，以便所述豎直移動(dòng)單元帶動(dòng)構(gòu)件平臺(tái)升降移動(dòng)。例如，所述驅(qū)動(dòng)單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述驅(qū)動(dòng)單元受控制指令控制。其中，所述控制指令包括：用于表示構(gòu)件平臺(tái)上升、下降或停止的方向性指令，甚至還可以包含轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)速加速度、或扭矩/扭力等信息。如此有利于精確控制豎直移動(dòng)單元的上升的距離，以實(shí)現(xiàn)z軸的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在此，所述豎直移動(dòng)單元舉例包括一端固定在所述構(gòu)件平臺(tái)上的固定桿、與固定桿的另一端固定的咬合式移動(dòng)組件，其中，所述咬合式移動(dòng)組件受驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)以帶動(dòng)固定桿豎直移動(dòng)，所述咬合式移動(dòng)組件舉例為由齒狀結(jié)構(gòu)咬合的限位移動(dòng)組件，如齒條等。又如，所述豎直移動(dòng)單元包括：絲桿和旋接所述絲桿的定位移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中所述絲桿的兩端旋接于驅(qū)動(dòng)單元，所述定位移動(dòng)結(jié)構(gòu)的外延端固定連接到構(gòu)件平臺(tái)上，該定位移動(dòng)結(jié)構(gòu)可包含滾珠和夾持件的螺母形結(jié)構(gòu)。

所述氣路調(diào)節(jié)裝置、檢測(cè)裝置、z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)均與控制裝置(14、24)相連。

所述控制裝置(14、24)用于控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中影響所述光固化液態(tài)材料光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分，控制所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在打印期間調(diào)整間距，以及控制所述光學(xué)系統(tǒng)在打印期間照射分層圖像。

在此，所述控制裝置為包含存儲(chǔ)單元和處理單元的處理設(shè)備，其包括但不限于：計(jì)算機(jī)設(shè)備、工控機(jī)、或嵌入式設(shè)備等。其中，存儲(chǔ)單元包含非易失性存儲(chǔ)器。其中，所述非易失性存儲(chǔ)器舉例為固態(tài)硬盤、u盤、或閃存卡等。所述存儲(chǔ)單元通過系統(tǒng)總線或讀卡器連接處理單元。所述處理單元包含cpu或集成有cpu的芯片、可編程邏輯器件(fpga)、和多核處理器中的至少一種。所述處理單元還包括內(nèi)存、寄存器等用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。

具體地，在打印前，控制裝置(14、24)主要控制氣體結(jié)構(gòu)調(diào)整成型室中影響所述光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境成分。在某些具體示例中，結(jié)合圖1、2和6所示，在打印前，控制裝置(14、24)控制第一控制閥522的第一連通口與第三連通口f3連通、且斷開與第二連通口f2的氣路，控制位于氣體緩沖部件523上第二控制閥524與外界連通，還控制抽氣泵525執(zhí)行將成型室521內(nèi)氣體抽出使成型室521呈負(fù)壓狀態(tài)。其中，所述控制裝置(14、24)可根據(jù)設(shè)置在所述檢測(cè)裝置檢測(cè)的氣壓值來確定成型室中氣壓值，當(dāng)所檢測(cè)的氣壓值達(dá)到預(yù)設(shè)打印環(huán)境條件(如一負(fù)壓閾值)時(shí)，所述控制裝置(14、24)斷開第二控制閥524的連通并暫停抽氣泵525工作。由此成型室521及所連通的氣體緩沖部件523中維持負(fù)壓狀態(tài)。

在另一具體示例中，結(jié)合圖1、2、6所示，在打印前，控制裝置(14、24)控制第一控制閥522的第一連通口與第三連通口f3連通、且斷開與第二連通口f2的氣路，控制位于氣體緩沖部件523上第二控制閥524與外界連通，還控制氣體循環(huán)泵525將成型室521內(nèi)氣體抽出使成型室521呈負(fù)壓狀態(tài)；再控制第二控制閥524斷開，并控制第四控制閥526連通外部的氣體提供裝置53和成型室521上的氣體入口，將氣體灌入成型室521中，使成型室521恢復(fù)正常氣壓甚至微正壓。其中，所述控制裝置(14、24)可根據(jù)設(shè)置在所述氣體結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)裝置的氣壓檢測(cè)值來確定成型室中氣壓值，確定控制相應(yīng)控制閥的連通及斷開時(shí)機(jī)。上述抽氣及輸送氣體的過程可執(zhí)行一次或循環(huán)多次。

在上述各示例中，在成型室內(nèi)的氣壓滿足打印環(huán)境條件時(shí)，所述控制裝置(14、24)還可以控制第一控制閥關(guān)閉，使得僅成型室內(nèi)呈密閉空間。

在又一具體示例中，結(jié)合圖1-7所示，在所述控制裝置(14、24)控制氣體抽離單元和/或氣體置換單元工作期間，成分濾除單元(627、628)將經(jīng)過氣體緩沖部件中的氣體進(jìn)行過濾、凈化等處理。例如，在采用置換方式減少成型室中的環(huán)境成分時(shí)，控制裝置啟動(dòng)凈化部件、除濕部件等以將經(jīng)過氣體緩沖部件中的氣體進(jìn)行成分濾除處理，由此減少在氣體循環(huán)期間環(huán)境成分隨氣流重復(fù)進(jìn)入成型室。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上述示例的描述對(duì)氣路結(jié)構(gòu)中氣體抽離單元和氣體置換單元的控制過程的組合方式或單一控制過程的簡(jiǎn)單變形均屬于本申請(qǐng)的示例，在此不再一一詳述。

在成型室內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)打印環(huán)境條件后，所述控制裝置(14、24)控制光學(xué)系統(tǒng)及z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作進(jìn)行3d構(gòu)件模型的實(shí)體打印。具體地，控制裝置(14、24)根據(jù)待打印3d構(gòu)件模型中第一橫截層層厚控制z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)將構(gòu)件平臺(tái)(13、23)放置在距離打印基準(zhǔn)面相應(yīng)層厚的位置處，使得打印基準(zhǔn)面與構(gòu)件平臺(tái)(13、23)之間填充有光固化液態(tài)材料。控制裝置再將第一橫截層相應(yīng)分層圖像提供給光學(xué)系統(tǒng)(11、21)，并由其照射到打印基準(zhǔn)面上，通過控制光學(xué)系統(tǒng)(11、21)的照射時(shí)長(zhǎng)、像素灰度、功率中的至少一種控制信息，將所填充的光固化液態(tài)材料圖案化固化以得到對(duì)應(yīng)的圖案固化層。控制裝置(14、24)按照第二層橫截層的層厚控制z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)帶動(dòng)構(gòu)件平臺(tái)(13、23)移動(dòng)使其與打印基準(zhǔn)面之間的最小間距為第二橫截層層厚，再控制光學(xué)系統(tǒng)(11、21)在第一層固化層基礎(chǔ)上固化對(duì)應(yīng)的第二層圖案固化層。以此類推，控制裝置積累固化3d構(gòu)件模型中各橫截層，最終得到3d構(gòu)件模型的實(shí)體構(gòu)件。

上述打印過程僅為舉例，控制裝置(14、24)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)(11、21)和z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15、25)的控制方式可根據(jù)所打印的產(chǎn)品而確定控制方式，例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?01710350954.9、201710339252.0、201710073447.5等本公司申請(qǐng)的專利文件中均有描述，在此不予詳述并全部引用于此。

為了保證成型室內(nèi)打印環(huán)境的穩(wěn)定，防止因成型室或氣體結(jié)構(gòu)中任一結(jié)構(gòu)漏氣對(duì)打印環(huán)境造成不利影響，所述控制裝置(14、24)在打印期間利用氣路結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)裝置檢測(cè)成型室的打印環(huán)境，例如檢測(cè)水氧信息、檢測(cè)氣壓值中的至少一種等，并當(dāng)所檢測(cè)的信息不滿足打印環(huán)境時(shí)，控制氣路調(diào)節(jié)裝置以恢復(fù)成型室中的打印環(huán)境。其中，為了降低氣路結(jié)構(gòu)工作期間氣流對(duì)光固化液態(tài)材料的波動(dòng)影響，所述控制裝置(14、24)還根據(jù)所述檢測(cè)裝置所提供的氣流信息(如流進(jìn)氣體入口的速度和流出氣體出口的速度等)控制控制在調(diào)整成型室環(huán)境成分期間的氣體流速。例如，根據(jù)氣流信息控制氣體循環(huán)泵的循環(huán)等級(jí)等。又如，根據(jù)氣體入口和氣體出口的氣流速度分別控制氣體入口和氣體出口處的閥門連通口徑尺寸，進(jìn)而補(bǔ)償氣體循環(huán)泵對(duì)氣流速度控制精度。

在某些實(shí)施方式中，所述3d打印設(shè)備除了包含上述各裝置結(jié)構(gòu)外，還包括溫度調(diào)節(jié)裝置(未予圖示)。

所述溫度調(diào)節(jié)裝置與所述控制裝置(14、24)連接，用于調(diào)節(jié)光固化液態(tài)材料的溫度。在此，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包含溫度檢測(cè)單元和溫度加熱單元。

其中，所述溫度檢測(cè)單元可浸于成型室的光固化液態(tài)材料中或浸于光固化液態(tài)材料的儲(chǔ)備裝置中。例如，所述溫度檢測(cè)單元(如溫度傳感器)位于成型室內(nèi)容器底或容器壁上。又如，所述溫度檢測(cè)單元設(shè)置在儲(chǔ)備裝置中，其中，所述儲(chǔ)備裝置盛放光固化液態(tài)材料并利用供給通道向成型室內(nèi)提供光固化液態(tài)材料，以確保成型室內(nèi)所使用的光固化液態(tài)材料的混合狀態(tài)滿足產(chǎn)品的特性要求，對(duì)應(yīng)的，所述成型室上設(shè)置有與該儲(chǔ)備裝置密封連接的供給通道。其中，所述特性要求舉例包括固化后的材料密度、固化后的硬度、固化后的生物親和度等。

所述溫度加熱單元與控制裝置(14、24)相連，用于受控地加熱光固化液態(tài)材料。在此，所述溫度加熱單元可設(shè)置于成型室中或儲(chǔ)備裝置中。所述溫度加熱單元舉例包括加熱片或電熱絲。所述控制裝置(14、24)可基于打印狀態(tài)(如打印期間、打印前、打印后)、氣路結(jié)構(gòu)所提供的環(huán)境信息對(duì)溫度加熱單元進(jìn)行控制，以使成型室中的光固化液態(tài)材料的溫度適應(yīng)于成型室中的打印環(huán)境。例如在打印前，控制裝置(14、24)根據(jù)所檢測(cè)的水氧含量、氣體成分等環(huán)境信息調(diào)節(jié)輸出至溫度加熱單元的控制信號(hào)的占空比(如低于第一閾值)，以減緩光固化液態(tài)材料與環(huán)境氣體的反應(yīng)速度；以及在打印期間，控制裝置(14、24)調(diào)節(jié)所述占空比(如高于第二閾值)，以確保固化后的產(chǎn)品特性要求。

參閱圖9所示，本申請(qǐng)還提供一種3d打印設(shè)備的打印方法，用于上述任一種3d打印設(shè)備中，所述打印方法主要由所述3d打印設(shè)備中的控制裝置執(zhí)行，具體如下：

在步驟s110中，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中環(huán)境成分。于本申請(qǐng)中，在打印前，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置調(diào)整所述成型室中環(huán)境成分，其中，所述環(huán)境成分與光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)相關(guān)。其中，所述環(huán)境成分至少影響光固化液態(tài)材料的光化學(xué)反應(yīng)。例如，所述環(huán)境成分包含抑制光固化液態(tài)材料進(jìn)行光固化反應(yīng)的氣體(如氧氣)、微粒、水蒸汽等。

具體地，在打印前，控制裝置控制氣路結(jié)構(gòu)中的氣體調(diào)節(jié)裝置，以向成型室提供自所述氣體出口排出的氣流，其旨在利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以排出或補(bǔ)充?；蛘?，控制裝置控制氣體調(diào)節(jié)裝置以向成型室提供由氣體入口進(jìn)入的氣體且將成型室中的氣體自所述氣體出口排出的氣路循環(huán)，旨在利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以排出。

在一些實(shí)施方式中，在所述控制裝置的控制下，氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)減少所述成型室中的環(huán)境成分。例如，所述氣路調(diào)節(jié)裝置至少受控連通所述氣體出口，利用氣體流動(dòng)將成型室中的環(huán)境成分予以抽出，使得成型室呈負(fù)壓狀態(tài)，并維持成型室的負(fù)壓狀態(tài)直至打印完成。又如，所述氣路調(diào)節(jié)裝置受控連通所述氣體入口和氣體出口，利用氣體流動(dòng)將外部的保護(hù)氣體輸入成型室中并將成型室中的環(huán)境成分隨氣流排出成型室。在打印期間，維持成型室內(nèi)保護(hù)氣體含量直至打印完成。其中，所述保護(hù)氣體包括但不限于：如氬等惰性氣體、或不影響成型室中的光固化液態(tài)材料進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的其他氣體。所述其他氣體的確定與光固化液態(tài)材料的類型、成型室打印期間光固化液態(tài)材料所處溫度、濕度、水氧含量等指標(biāo)相關(guān)。例如，在光固化液態(tài)材料的固化溫度范圍不影響相應(yīng)光固化液態(tài)材料反應(yīng)的氣體。

在另一些實(shí)施方式中，在所述控制裝置的控制下，氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)增加所述成型室中的環(huán)境成分，以使表面的一層光固化液態(tài)樹脂在打印前及打印過程中始終不進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)從而形成一隔離區(qū)域(deadzone)。該隔離區(qū)域?qū)⑹Ｓ喙夤袒簯B(tài)材料與環(huán)境成分相隔離，使得光輻射穿過所述隔離區(qū)域固化位于隔離區(qū)域下的光固化液態(tài)材料。在此，所述隔離區(qū)域可以是液態(tài)的且能夠被光輻射穿透的。例如，如圖8所示，成型室中盛放的光固化液態(tài)材料為丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂、或兩者的混合樹脂，在打印前，所述氣路調(diào)節(jié)裝置受控增加成型室中的氧氣含量，使得樹脂與氧氣接觸的表面形成具有一定厚度的隔離區(qū)域70，在隔離區(qū)域70以下的樹脂可被固化，維持成型室的氣體環(huán)境直至打印完成。其中，成型室中的氧氣含量與隔離區(qū)域的厚度相關(guān)聯(lián)，整體來說，氧氣含量越高該厚度越厚。在某些具體示例中，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)所述成型室中的氣體流動(dòng)并將所述成型室中環(huán)境成分隨氣流抽離。例如，如圖6所示，在打印前，控制裝置控制第一控制閥的第一連通口與第三連通口f3連通、且斷開與第二連通口f2的氣路，控制位于氣體緩沖部件上第二控制閥與外界連通，還控制抽氣泵執(zhí)行將成型室內(nèi)氣體抽出使成型室呈負(fù)壓狀態(tài)。其中，所述控制裝置可根據(jù)設(shè)置在所述氣體結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)裝置的氣壓檢測(cè)值來確定成型室中氣壓值，當(dāng)所檢測(cè)的氣壓值達(dá)到預(yù)設(shè)打印環(huán)境條件(如一負(fù)壓閾值)時(shí)，所述控制裝置斷開第二控制閥的連通并暫停抽氣泵工作。由此成型室及所連通的氣體緩沖部件中維持負(fù)壓狀態(tài)。

在另一具體示例中，在打印前，控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)所述成型室中的氣體流動(dòng)并將外接的氣體輸入所述成型室。例如，如圖6所示，控制裝置控制第一控制閥的第一連通口與第三連通口f3連通、且斷開與第二連通口f2的氣路，控制位于氣體緩沖部件上第二控制閥與外界連通，還控制氣體循環(huán)泵將成型室內(nèi)氣體抽出使成型室呈負(fù)壓狀態(tài)；再控制第二控制閥斷開，并控制第四控制閥連通外部的氣體提供裝置和成型室上的氣體入口，將氣體灌入成型室中，使成型室恢復(fù)正常氣壓甚至微正壓。其中，所述控制裝置可根據(jù)設(shè)置在所述氣體結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)裝置的氣壓檢測(cè)值來確定成型室中氣壓值，確定控制相應(yīng)控制閥的連通及斷開時(shí)機(jī)。上述抽氣及輸送氣體的過程可執(zhí)行一次或循環(huán)多次。

在上述各示例中，在成型室內(nèi)的氣壓滿足打印環(huán)境條件時(shí)，所述控制裝置還可以控制第一控制閥關(guān)閉，使得僅成型室內(nèi)呈密閉空間，并在打印期間維持氣路調(diào)節(jié)裝置中各受控部件的狀態(tài)，以控制所述氣路調(diào)節(jié)裝置維持成型室對(duì)外界密閉。

在又一具體示例中，在所述控制裝置控制氣體抽離單元和/或氣體置換單元工作期間，所述打印方法還包括濾除自所述成型室中排出的環(huán)境成分的步驟。例如，采用置換方式減少成型室中的環(huán)境成分時(shí)，控制裝置啟動(dòng)凈化部件、除濕部件等以將經(jīng)過氣體緩沖部件中的氣體進(jìn)行成分濾除處理，由此減少在氣體循環(huán)期間環(huán)境成分隨氣流重復(fù)進(jìn)入成型室。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上述示例的描述對(duì)氣路結(jié)構(gòu)中氣體抽離單元和氣體置換單元的控制過程的組合方式或單一控制過程的簡(jiǎn)單變形均屬于本申請(qǐng)的示例，在此不再一一詳述。

在成型室內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)打印環(huán)境條件后，控制裝置執(zhí)行步驟s120：控制z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的間距，以及固化填充在構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的光固化液態(tài)材料。于本申請(qǐng)中，在打印期間，控制裝置按照3d構(gòu)件模型中的橫截層層厚控制所述z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的間距，以及按照相應(yīng)橫截層的分層圖像控制所述光學(xué)系統(tǒng)固化填充在所述構(gòu)件平臺(tái)與打印基準(zhǔn)面之間的光固化液態(tài)材料。

其中，對(duì)于掃描式光學(xué)系統(tǒng)來說，其打印基準(zhǔn)面可位于光輻射聚焦點(diǎn)所在平面。為了提高打印速度掃描式光學(xué)系統(tǒng)的打印基準(zhǔn)面略近于或遠(yuǎn)于光學(xué)系統(tǒng)的聚焦點(diǎn)所在平面，使得光輻射的光斑尺寸略大，由此增加光斑掃描的步長(zhǎng)。

對(duì)于面曝光式光學(xué)系統(tǒng)，其打印基準(zhǔn)面通常位于圖像成像處。所述打印基準(zhǔn)面根據(jù)3d打印設(shè)備的類型而定。

另外，對(duì)于底面曝光3d打印設(shè)備來說，所述光學(xué)系統(tǒng)位于盛放光固化液態(tài)材料的容器底面并向所述底面曝光，則所述打印基準(zhǔn)面為容器底面。

對(duì)于頂面曝光3d打印設(shè)備來說，所述光學(xué)系統(tǒng)位于光固化液態(tài)材料表面并向所述表面曝光，則所述打印基準(zhǔn)面為經(jīng)標(biāo)定確定的光固化液態(tài)材料表面。在此，所述光固化液態(tài)材料表面為實(shí)際能夠固化的光固化液態(tài)材料表面。若氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)增加所述成型室中的環(huán)境成分，并使成型室中的光固化液態(tài)材料上表面形成一層始終不進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)從而形成一隔離區(qū)域，則所述打印基準(zhǔn)面經(jīng)標(biāo)定確定為位于該隔離區(qū)域與光固化液態(tài)材料的交界處。其中，所述打印基準(zhǔn)面的標(biāo)定方式可根據(jù)預(yù)設(shè)的環(huán)境成分含量與隔離區(qū)域厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定當(dāng)前環(huán)境成分含量(如含氧量)所對(duì)應(yīng)的隔離區(qū)域厚度，進(jìn)而通過計(jì)算從光輻射出射端至相應(yīng)隔離區(qū)域下表面的距離來確定打印基準(zhǔn)面的位置?；蛘撸龃蛴』鶞?zhǔn)面的標(biāo)定方式還可以通過固化測(cè)試來確定。若氣路調(diào)節(jié)裝置利用氣體流動(dòng)減少所述成型室中的環(huán)境成分，則所述打印基準(zhǔn)面即為光固化液態(tài)材料的上表面。

在步驟s121中，判斷3d構(gòu)件是否打印完畢，若否則繼續(xù)執(zhí)行步驟s120直至在構(gòu)件平臺(tái)上累積成對(duì)應(yīng)3d構(gòu)件。

具體地，控制裝置根據(jù)待打印3d構(gòu)件模型中第一橫截層層厚控制z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將構(gòu)件平臺(tái)放置在距離打印基準(zhǔn)面相應(yīng)層厚的位置處，使得打印基準(zhǔn)面與構(gòu)件平臺(tái)之間填充有光固化液態(tài)材料?？刂蒲b置再將第一橫截層相應(yīng)分層圖像提供給光學(xué)系統(tǒng)，并由其照射到打印基準(zhǔn)面上，通過控制光學(xué)系統(tǒng)的照射時(shí)長(zhǎng)、像素灰度、功率中的至少一種控制信息，將所填充的光固化液態(tài)材料圖案化固化以得到對(duì)應(yīng)的圖案固化層?？刂蒲b置按照第二層橫截層的層厚控制z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)構(gòu)件平臺(tái)移動(dòng)使其與打印基準(zhǔn)面之間的最小間距為第二橫截層層厚，再控制光學(xué)系統(tǒng)在第一層固化層基礎(chǔ)上固化對(duì)應(yīng)的第二層圖案固化層。以此類推，控制裝置積累固化3d構(gòu)件模型中各橫截層，最終得到3d構(gòu)件模型的實(shí)體構(gòu)件。

上述打印過程僅為舉例，控制裝置對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制方式可根據(jù)所打印的產(chǎn)品而確定控制方式，例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?01710350954.9、201710339252.0、201710073447.5等本公司申請(qǐng)的專利文件中均有描述，在此不予詳述并全部引用于此。

為了保證成型室內(nèi)打印環(huán)境的穩(wěn)定，防止因成型室或氣體結(jié)構(gòu)中任一結(jié)構(gòu)漏氣對(duì)打印環(huán)境造成不利影響，所述控制裝置在打印期間利用氣路結(jié)構(gòu)中的檢測(cè)裝置檢測(cè)成型室的打印環(huán)境，例如檢測(cè)水氧信息、檢測(cè)氣壓信息中的至少一種等，并當(dāng)所檢測(cè)的信息不滿足打印環(huán)境條件時(shí)，控制氣路調(diào)節(jié)裝置以恢復(fù)成型室中的打印環(huán)境。其中，為了降低氣路結(jié)構(gòu)工作期間氣流對(duì)光固化液態(tài)材料的波動(dòng)影響，所述控制裝置還根據(jù)所述檢測(cè)裝置所提供的氣流信息控制氣路調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)速度。例如，根據(jù)氣流檢測(cè)信息控制氣體循環(huán)泵的循環(huán)等級(jí)等。另外，在調(diào)節(jié)成型室中環(huán)境成分期間(包含打印前和打印期間)，利用所檢測(cè)到的氣壓信息評(píng)價(jià)成型室是否滿足打印環(huán)境條件，如滿足預(yù)設(shè)的負(fù)壓條件或正壓條件等，若不滿足，則調(diào)整成型室的氣壓，直到滿足所述打印環(huán)境條件為止。

需要說明的是，步驟s110中的過濾步驟也可以在打印期間被執(zhí)行，即，在打印期間對(duì)排出成型室的氣體予以過濾，以維護(hù)光固化液態(tài)材料的化學(xué)穩(wěn)態(tài)。

在某些實(shí)施方式中，當(dāng)所述3d打印設(shè)備包括溫度調(diào)節(jié)裝置時(shí)，所述打印方法還包括：步驟s130(未予圖示)。

在步驟s130中，調(diào)節(jié)光固化液態(tài)材料的溫度。

具體地，所述控制裝置可基于打印狀態(tài)(如打印期間、打印前、打印后)、氣路結(jié)構(gòu)所提供的環(huán)境信息對(duì)溫度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行溫度控制，以使成型室中的光固化液態(tài)材料的溫度適應(yīng)于成型室中的打印環(huán)境。例如在打印前，控制裝置根據(jù)所檢測(cè)的水氧含量、氣體成分等環(huán)境信息調(diào)節(jié)輸出至溫度調(diào)節(jié)裝置的控制信號(hào)的占空比(如低于第一閾值)，以減緩光固化液態(tài)材料與環(huán)境氣體的反應(yīng)速度；以及在打印期間，控制裝置調(diào)節(jié)所述占空比(如高于第二閾值)，以確保固化后的產(chǎn)品特性要求。

本申請(qǐng)雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本申請(qǐng)，任何本領(lǐng)域技術(shù)、人員在不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本申請(qǐng)技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本申請(qǐng)的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本申請(qǐng)技術(shù)方案的保護(hù)范圍。