一种复合材料面成型光固化3D打印设备及打印方法与流程

一种复合材料面成型光固化3d打印设备及打印方法
【技术领域】
1.本发明涉及增材制造设备技术领域，尤其是一种复合材料面成型光固化3d打印设备及打印方法。


背景技术：

2.光固化3d打印技术是快速成型增材制造技术的一种，常以液态光敏树脂、光敏聚合物等材料为固化材料，将打印模型划分为多个横截层，然后通过逐层光固化打印的方式构建实体。光固化3d打印设备成型精度高，在定制商品、医疗治具、异形机械结构等多方面具有广泛应用。
3.然而，现阶段光固化3d打印设备在打印过程中只是采用单一类型的成型材料来打印成型3d构件，这就无法满足产品多样化、复合材料成型、特殊材料融合应用的需求。
4.为此，本发明即针对上述问题而提出。


技术实现要素：

5.本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种复合材料面成型光固化3d打印设备，该发明通过切换机构以驱使盛放不同材料的材料盛放组件相对机架之成型平台运动，进而将盛放有相应所需材料的材料盛放槽切换至3d打印成型工位处，即本3d打印设备在打印过程中能够根据打印需求以相应切换所需成型材料的材料盛放槽来进行复合材料打印产品，实现复合多种材料3d打印，满足产品多样化、定制化的需求，具有结构设计合理的特点。
6.本发明还提供一种复合材料面成型光固化3d打印设备的打印方法，由于该打印方法采用上述3d打印设备，为此采用该打印方法打印出来的产品具有多样化、定制化的特点。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.一种复合材料面成型光固化3d打印设备，包括：
9.机架；
10.材料盛放组件1，所述材料盛放组件1包括至少两个设在机架上以用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13；
11.切换机构2，所述切换机构2位于机架上以用于驱使材料盛放组件1相对机架活动，进而将相应材料盛放槽13切换至打印成型工位处；
12.3d打印光学系统3，所述3d打印光学系统3用于产生图像并照射位于打印成型工位处的材料盛放槽13的材料以得到2d固化层；
13.成型平台4，所述成型平台4位于材料盛放组件1上方，所述成型平台4用于在工作状态下以光固化附着相应的材料盛放槽13中的材料形成2d固化层；
14.平台驱动机构5，所述平台驱动机构5位于机架上以用于驱使成型平台4在材料盛放槽13中升降运动，进而使得持续附着于成型平台4上的2d固化层积累形成3d构件。
15.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述切换机构2包括设在机架
上的驱动电机21；所述材料盛放组件1包括可同动连接于驱动电机21的电机轴上的盛放转盘11，所述盛放转盘11上设有至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13。
16.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述材料盛放组件1包括可相对机架活动的盛放滑板12以及设在盛放滑板12上的至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13；所述切换机构2包括设在机架上的驱动电机21，所述驱动电机21的电机轴同动连接有传动丝杆22，所述传动丝杆22上连接有能沿其长度方向滑动的传动螺母23，所述传动螺母23与盛放滑板12相对固定连接。
17.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述盛放滑板12与机架之间设有导向结构6，所述导向结构6包括设在机架上的导向滑轨61和可滑动地设在导向滑轨61上且与传动螺母23或盛放滑板12相对固定连接的滑块62。
18.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述材料盛放槽13底部呈透明设置，且所述材料盛放槽13内底设有离型件131；或者所述材料盛放槽13底部呈开口设置，所述材料盛放槽13的开口处设有离型件131。
19.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述3d打印光学系统3包括光源30、用于将光源30发出的图形信息转换成光图案的光调制模块31和用于将光调制模块31的光图案进行聚焦成像到成型平台4上的成像透镜组件32。
20.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述光源30、光调制模块31和成像透镜组件32位于材料盛放组件1旁，所述机架上设有用于将经由成像透镜组件32射出的光线反射成垂直于所述材料盛放槽13的底面的反射镜33。
21.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述机架上且位于3d打印光学系统3所投射的光路上设有反射镜33，所述反射镜33用于将3d打印光学系统3所投射的光线反射成垂直于位于打印成型工位处的所述材料盛放槽13的底面。
22.如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述成型平台4与机架之间设有平台导向组件。
23.本发明还提供一种复合材料面成型光固化3d打印设备的打印方法，采用如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述打印方法包括如下步骤：
24.a、切换机构2驱使材料盛放组件1相对机架活动，进而将盛放相应材料的材料盛放槽13切换至打印成型工位处；
25.b、平台驱动机构5驱使成型平台4进入位于打印成型工位处的材料盛放槽13内，然后3d打印光学系统3照射位于打印成型工位处的材料盛放槽13内的材料以得到2d固化层，且该2d固化层附着于成型平台4上，接着平台驱动机构5驱使成型平台4脱离位于打印成型工位处的材料盛放槽13；
26.c、重复步骤a、b，至打印结束。
27.与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
28.1、本发明通过切换机构以驱使盛放不同材料的材料盛放组件相对机架之成型平台运动，进而将盛放有相应所需材料的材料盛放槽切换至3d打印成型工位处，即本3d打印设备在打印过程中能够根据打印需求以相应切换所需成型材料的材料盛放槽来进行复合材料打印产品，实现复合多种材料3d打印，满足产品多样化、定制化的需求，具有结构设计合理的特点。
29.2、所述材料盛放槽底部呈透明设置，且所述材料盛放槽内底设有离型件；或者所述材料盛放槽底部呈开口设置，所述材料盛放槽的开口处设有离型件，能够避免在成型平台上光固化成型的2d固化层与材料盛放槽底部出现粘黏现象而导致2d固化层在上升过程中出现拉丝或形变等现象，即方便成型平台带动2d固化层升起，保证产品质量。
30.3、3d打印光学系统包括光源、用于将光源发出的图形信息转换成光图案的光调制模块和用于将光调制模块的光图案进行聚焦成像到成型平台上的成像透镜组件，该通过成像透镜组件能够将光调制模块的光图案进行像素点提升而提高3d打印时每一层图像的高对比度，进而提高整体3d打印质量与成功率。
【附图说明】
31.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
32.图1为本发明中实施例1的立体结构示意图之一。
33.图2为本发明中实施例1的立体结构示意图之二。
34.图3为本发明中实施例1的主视图。
35.图4为本发明中实施例2的立体结构示意图。
36.图5为本发明中实施例2的主视图。
【具体实施方式】
37.下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
38.如图1-5所示，本发明一种复合材料面成型光固化3d打印设备，包括：
39.机架；
40.材料盛放组件1，所述材料盛放组件1包括至少两个设在机架上以用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13；
41.切换机构2，所述切换机构2位于机架上以用于驱使材料盛放组件1相对机架活动，进而将相应材料盛放槽13切换至打印成型工位处；
42.3d打印光学系统3，所述3d打印光学系统3用于产生图像并照射位于打印成型工位处的材料盛放槽13的材料以得到2d固化层；
43.成型平台4，所述成型平台4位于材料盛放组件1上方，所述成型平台4用于在工作状态下以光固化附着相应的材料盛放槽13中的材料形成2d固化层；
44.平台驱动机构5，所述平台驱动机构5位于机架上以用于驱使成型平台4在材料盛放槽13中升降运动，进而使得持续附着于成型平台4上的2d固化层积累形成3d构件。本发明通过切换机构以驱使盛放不同材料的材料盛放组件相对机架之成型平台运动，进而将盛放有相应所需材料的材料盛放槽切换至3d打印成型工位处，即本3d打印设备在打印过程中能够根据打印需求以相应切换所需成型材料的材料盛放槽来进行复合材料打印产品，使得同一产品上具备多种不同材料的特性，实现复合多种材料3d打印，满足产品多样化、定制化的需求，具有结构设计合理的特点。
45.如图1-3所示，所述切换机构2包括设在机架上的驱动电机21；所述材料盛放组件1包括可同动连接于驱动电机21的电机轴上的盛放转盘11，所述盛放转盘11上设有至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13。在切换时，驱动电机21驱使盛放转盘11旋转即可
使得相对应的材料盛放槽13处于打印成型工位处，切换方便，结构紧凑。优选地，材料盛放槽13偏心地设在盛放转盘11上。
46.在一些实施方式中，所述材料盛放组件1与机架之间设有用于感应检测相对应的材料盛放槽13是否处于打印成型工位处的感应检测组件，图中未表现出来。例如，该感应检测组件包括位于打印成型工位处的感应检测探头和相对应于每一材料盛放槽13而设在盛放转盘11上复数个以用于与感应检测探头配合使用的被检测件。
47.如图4、5所示，所述材料盛放组件1包括可相对机架活动的盛放滑板12以及设在盛放滑板12上的至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽13；所述切换机构2包括设在机架上的驱动电机21，所述驱动电机21的电机轴同动连接有传动丝杆22，所述传动丝杆22上连接有能沿其长度方向滑动的传动螺母23，所述传动螺母23与盛放滑板12相对固定连接。在切换时，只需通过驱动电机21驱使传动丝杆22正向或反向旋转，则传动丝杆22驱使传动螺母23带动盛放滑板12沿机架横向运动(如图5所示即为左右滑动)，即可使得相对应的材料盛放槽13处于打印成型工位处。本发明中平台驱动机构5的结构与实施例2中切换机构2的结构相同，此处不再累述。
48.如图4、5所示，所述盛放滑板12与机架之间设有导向结构6，所述导向结构6包括设在机架上的导向滑轨61和可滑动地设在导向滑轨61上且与传动螺母23或盛放滑板12相对固定连接的滑块62，能够确保盛放滑板12沿指定方向稳定且顺畅滑动，提高结构稳定性。
49.所述材料盛放槽13底部呈透明设置，且所述材料盛放槽13内底设有离型件131；或者所述材料盛放槽13底部呈开口设置，所述材料盛放槽13的开口处设有离型件131，能够避免在成型平台上光固化成型的2d固化层与材料盛放槽底部出现粘黏现象而导致2d固化层在上升过程中出现拉丝或形变等现象，即方便成型平台带动2d固化层升起，保证产品质量。优选地，该离型件131为离型膜或离型玻璃等。在一些实施方式中，材料盛放槽13底部与离型件131呈一体成型的整体结构，减少组装步骤和节省制造成本。
50.如图1-5所示，所述3d打印光学系统3包括光源30、用于将光源30发出的图形信息转换成光图案的光调制模块31和用于将光调制模块31的光图案进行聚焦成像到成型平台4上的成像透镜组件32；该通过成像透镜组件32能够将光调制模块31的光图案进行像素点提升而提高3d打印时每一层图像的高对比度，进而提高整体3d打印质量与成功率。
51.优选地，光调制模块31为dlp或lcd或oled或lcos等光调制器件。成像透镜组件32为成像聚焦透镜等。
52.如图1-5所示，为了提高打印质量，所述光源30、光调制模块31和成像透镜组件32位于材料盛放组件1旁，所述机架上设有用于将经由成像透镜组件32射出的光线反射成垂直于所述材料盛放槽13的底面的反射镜33。
53.在本实施方式中，成型平台4的成型平面与材料盛放槽13的底面平行设置，确保打印质量。
54.如图1-5所示，为了提高打印质量，所述机架上且位于3d打印光学系统3所投射的光路上设有反射镜33，所述反射镜33用于将3d打印光学系统3所投射的光线反射成垂直于位于打印成型工位处的所述材料盛放槽13的底面。
55.如图1-5所示，所述成型平台4与机架之间设有平台导向组件7，能够确保成型平台4沿设定方向顺畅且稳定的运动。该平台导向组件7的结构与实施例2中导向结构6的结构相
同，此处不再累述。
56.如图1-5所示，本发明一种复合材料面成型光固化3d打印设备的打印方法，采用如上所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述打印方法包括如下步骤：
57.a、切换机构2驱使材料盛放组件1相对机架活动，进而将盛放相应材料的材料盛放槽13切换至打印成型工位处；
58.b、平台驱动机构5驱使成型平台4进入位于打印成型工位处的材料盛放槽13内，然后3d打印光学系统3照射位于打印成型工位处的材料盛放槽13内的材料以得到2d固化层，且该2d固化层附着于成型平台4上，接着平台驱动机构5驱使成型平台4脱离位于打印成型工位处的材料盛放槽13；
59.c、重复步骤a、b，至打印结束。因此采用本打印方法打印出来的同一产品上具备多种不同材料的特性，满足产品多样化、定制化的需求，具有结构设计合理的特点。

技术特征：
1.一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于包括：机架；材料盛放组件(1)，所述材料盛放组件(1)包括至少两个设在机架上以用于独立盛放不同材料的材料盛放槽(13)；切换机构(2)，所述切换机构(2)位于机架上以用于驱使材料盛放组件(1)相对机架活动，进而将相应材料盛放槽(13)切换至打印成型工位处；3d打印光学系统(3)，所述3d打印光学系统(3)用于产生图像并照射位于打印成型工位处的材料盛放槽(13)的材料以得到2d固化层；成型平台(4)，所述成型平台(4)位于材料盛放组件(1)上方，所述成型平台(4)用于在工作状态下以光固化附着相应的材料盛放槽(13)中的材料形成2d固化层；平台驱动机构(5)，所述平台驱动机构(5)位于机架上以用于驱使成型平台(4)在材料盛放槽(13)中升降运动，进而使得持续附着于成型平台(4)上的2d固化层积累形成3d构件。2.根据权利要求1所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述切换机构(2)包括设在机架上的驱动电机(21)；所述材料盛放组件(1)包括可同动连接于驱动电机(21)的电机轴上的盛放转盘(11)，所述盛放转盘(11)上设有至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽(13)。3.根据权利要求1所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述材料盛放组件(1)包括可相对机架活动的盛放滑板(12)以及设在盛放滑板(12)上的至少两个用于独立盛放不同材料的材料盛放槽(13)；所述切换机构(2)包括设在机架上的驱动电机(21)，所述驱动电机(21)的电机轴同动连接有传动丝杆(22)，所述传动丝杆(22)上连接有能沿其长度方向滑动的传动螺母(23)，所述传动螺母(23)与盛放滑板(12)相对固定连接。4.根据权利要求3所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述盛放滑板(12)与机架之间设有导向结构(6)，所述导向结构(6)包括设在机架上的导向滑轨(61)和可滑动地设在导向滑轨(61)上且与传动螺母(23)或盛放滑板(12)相对固定连接的滑块(62)。5.根据权利要求1-4任一项所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述材料盛放槽(13)底部呈透明设置，且所述材料盛放槽(13)内底设有离型件(131)；或者所述材料盛放槽(13)底部呈开口设置，所述材料盛放槽(13)的开口处设有离型件(131)。6.根据权利要求5所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述3d打印光学系统(3)包括光源(30)、用于将光源(30)发出的图形信息转换成光图案的光调制模块(31)和用于将光调制模块(31)的光图案进行聚焦成像到成型平台(4)上的成像透镜组件(32)。7.根据权利要求6所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述光源(30)、光调制模块(31)和成像透镜组件(32)位于材料盛放组件(1)旁，所述机架上设有用于将经由成像透镜组件(32)射出的光线反射成垂直于所述材料盛放槽(13)的底面的反射镜(33)。8.根据权利要求1所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述机架上且位于3d打印光学系统(3)所投射的光路上设有反射镜(33)，所述反射镜(33)用于将3d打印光学系统(3)所投射的光线反射成垂直于位于打印成型工位处的所述材料盛放槽(13)
的底面。9.根据权利要求1所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，其特征在于所述成型平台(4)与机架之间设有平台导向组件。10.一种复合材料面成型光固化3d打印设备的打印方法，其特征在于采用如权利要求1-9任一项所述一种复合材料面成型光固化3d打印设备，所述打印方法包括如下步骤：a、切换机构(2)驱使材料盛放组件(1)相对机架活动，进而将盛放相应材料的材料盛放槽(13)切换至打印成型工位处；b、平台驱动机构(5)驱使成型平台(4)进入位于打印成型工位处的材料盛放槽(13)内，然后3d打印光学系统(3)照射位于打印成型工位处的材料盛放槽(13)内的材料以得到2d固化层，且该2d固化层附着于成型平台(4)上，接着平台驱动机构(5)驱使成型平台(4)脱离位于打印成型工位处的材料盛放槽(13)；c、重复步骤a、b，至打印结束。

技术总结
本发明公开了一种复合材料面成型光固化3D打印设备及打印方法，该通过切换机构以驱使盛放不同材料的材料盛放组件相对机架之成型平台运动，进而将盛放有相应所需材料的材料盛放槽切换至3D打印成型工位处，即本3D打印设备在打印过程中能够根据打印需求以相应切换所需成型材料的材料盛放槽来进行复合材料打印产品，实现复合多种材料3D打印，满足产品多样化、定制化的需求，具有结构设计合理的特点。具有结构设计合理的特点。具有结构设计合理的特点。


技术研发人员：王瑞 孙保福 宋素霜
受保护的技术使用者：珠海横琴华辰微科技有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/8/24