[发明专利]一种光固化硅胶3D打印装置及其打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种光固化硅胶3D打印装置及其打印方法。

背景技术

近年来，3D打印技术在学术与商业领域均受到了极大的关注，与其相关的成型技术及打印材料得到了迅猛发展。目前，常见的打印技术主要包括熔融沉积成型、光固化成型、激光热成型等；可打印的材料包括：金属、光敏树脂、热塑性塑料等。然而，硅胶作为一种在日常生活及工业应用等领域中常见的材料，却很少有相关技术可实现该材料的3D打印成型。目前，常见的硅胶以硫化硅胶为主，其成型机理通常为以硅氧烷为基体、在交联剂和催化剂的作用下交联成弹性体。此外，也可以在聚有机硅氧烷分子链上引入可光固化基团，从而在紫外光照射下进行固化成型。这类硅胶具有固化速度快、效率高、室温下固化等优点，在市场上已有相关产品。

在中国专利CN201610122318.6中公开了一种热固化成型的硅胶3D打印方法，其技术方案主要为通过实时加热固化从喷头中挤出的硅胶、最终逐层堆积成三维结构。根据实际使用经验及硅胶生产商提供的产品信息，高性能硅胶的硅胶原液粘度通常较大，其粘度值一般超过10000cps，容易堵塞毛细喷头，而通过内径较大的喷头挤出的硅胶液滴由于硅胶液滴的自由流淌以及较大的喷头内径等原因，造成打印单元线宽粗大，无法获得具有较高精度的打印结构。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度、表面质量佳的光固化硅胶3D打印装置及其打印方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光固化硅胶3D打印装置，包括：运动模块，打印单元，紫外光源和软件控制系统，所述运动模块包括沿坐标系方向设置的X轴电动模块，Y轴电动模块和Z轴电动模块，所述打印单元包括打印底板、支撑材料喷头、硅胶喷头和气源，所述打印底板与所述Y轴电动模块固定连接，所述支撑材料喷头和所述硅胶喷头与所述X轴电动模块固定连接，在所述支撑材料喷头和所述硅胶喷头上均设置有进气口和进料口，所述进气口与所述气源连通，所述支撑材料喷头的喷嘴和所述硅胶喷头的喷嘴在同一水平线上，所述紫外光源设置在所述打印底板的上方，所述软件控制系统对所述X轴电动模块、Y轴电动模块、Z轴电动模块、支撑材料喷头、硅胶喷头和紫外光源进行通信控制。

优选的，所述Z轴电动模块是一对平行的电动模块，所述X轴电动模块被固定安装在所述Z轴电动模块上，所述Y轴电动模块和所述Z轴电动模块被固定安装在机架上。

优选的，所述硅胶喷头上的进料口与硅胶料桶连通，所述硅胶料桶里的硅胶原液是紫外光固化成型有机硅材料，粘度范围是200cps～100000cps。

优选的，所述支撑材料喷头上的进料口与支撑材料料桶连通，所述支撑材料料桶里的支撑材料是可溶性的紫外光固化材料，粘度范围是1cps～1000cps，优选为100cps～530cps。

优选的，所述硅胶喷头的喷嘴内径是0.1mm～1mm，最小点胶液滴的直径是0.2mm～1.5mm，点胶频率是60～400次/分钟，所述硅胶喷头的打印速度是1mm/s～50mm/s。

优选的，所述支撑材料喷头的喷嘴内径是0.05mm～0.1mm，最小点胶液滴的直径是0.1mm～0.2mm，点胶频率是60～600次/分钟，所述支撑材料喷头的打印速度是1mm/s～50mm/s。

优选的，所述气源的压力是0.2MPa～2MPa，优选为0.6～1.5MPa。

本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案是：

一种光固化硅胶3D打印装置的打印方法，包括下列步骤：

A、软件控制系统根据待打印的三维模型的数据信息将所述三维模型划分成若干层；

B、所述三维模型包括硅胶结构和支撑结构，所述支撑结构由外层边界和内层边界之间的封闭区域所限定，所述外层边界是所述三维模型以Z轴方向投影的最大轮廓为基准线向外法线方向延伸1～3mm围成的封闭曲线，所述内层边界是所述三维模型在当前层投影的外轮廓围成的封闭曲线，所述硅胶结构是所述三维模型在当前层投影的图形结构；

C、当打印第N层时，所述软件控制系统根据待打印的三维模型的数据信息控制一对平行的Z轴电动模块使得支撑材料喷头和硅胶喷头运动到第N层高度，先控制所述支撑材料喷头进行所述支撑结构的打印，利用紫外光源固化所述支撑结构，再控制所述硅胶喷头进行所述硅胶结构的打印，利用所述紫外光源固化所述硅胶结构；

D、重复步骤C转入第N+1层结构的打印，直至完成所述三维模型的打印；