[发明专利]一种复合型离型膜及使用该离型膜的设备及方法

说明书

本发明的一个方面披露了一种复合型离型膜，用于光固化3D打印方法中从光固化成型表面上分离当前固化层，其特点在于，所述复合型离型膜包括离型层和自恢复介质层。所述离型层上表面为光固化成型表面，离型层下表面与自恢复介质层上表面相贴合。所述自恢复介质层材料为液体或胶体。本发明的另一个方面披露了在增材制造领域使用上述复合型离型膜通过光固化3D打印技术制备三维物体的设备及方法。

技术领域

本发明涉及技术领域为增材制造领域，特别涉及一种复合型离型膜及使用该离型膜的设备及方法。

背景技术

随着计算机和机械科学技术的发展，各类增材制造或3D打印技术都得到了迅速的发展，一般来说，增材制造或3D打印技术的技术原理是先将计算机辅助设计(ComputerAided Design,CAD)的软件所建构的物体三维模型进行分层，然后获取每层的轮廓信息或者图像信息，并运用粉末状金属或树脂等可粘合材料通过逐层打印的方式来完成三维物体的制造。其中一类增材制造的技术方法，光固化3D打印技术主要是使用液体树脂作为原材料，利用液体树脂打印原料在特定波长与强度的光照射下固化的特性完成打印的过程。光固化3D打印的具体步骤通常为：先将三维模型通过一个方向进行分层，从而获取每层的轮廓信息或者图像信息，然后将每层的光图案照射到打印原材料上，原材料中的打印原料受到光照射后，发生固化反应形成固化层，该层光图案固化完成后，再进行下一层的固化，重复迭代，最后形成一个完整打印件(即三维模型)。

光固化3D打印技术主要分为两类。第一类称为自由液面式打印(Top-Down)，这类方法中固化光源位于盛放液体树脂打印原料的料槽上方，每固化一层，打印成型台会向下移动一定的距离。这种打印技术里，光固化发生在液体树脂的表面，所以打印高度受限于料槽的深度。一般来说，料槽中需放置的液体树脂要远多于真正固化的树脂，会造成一定的原材料浪费。另外，Top-Down的打印方式通常需要加装液面控制系统，以帮助液体树脂流动直至覆盖已完成的固化层(例如涂覆用刮刀)，设备成本较高，操作较复杂。第二类光固化打印技术为约束液面式(Bottom-Up)打印技术，在这种打印技术中，固化光源放置于料槽下方，光固化发生在料槽底部，每层固化完成之后，打印成型台向上移动一定距离带动打印件上移。如果液体树脂粘度不是非常大，重力作用即可带动树脂回流，填补打印件上移造成的空间，以进行下一层的固化。Bottom-Up打印技术无需液面控制系统，设备成本相对较低。但是Bottom-Up技术也有其缺陷，每次固化完成成型台上移的过程都需要对固化层和料槽底部的光固化成型表面进行分离，这就有可能造成对固化层的精细结构的损害，另外这个分离过程也严重的制约了打印速度。现有技术通常会使用置于料槽底部的弹性高分子材料制成的离型膜以帮助快速以及非破坏性离型。例如美国专利7,438,846中公布的弹性分离层技术。

另外一些改进的Bottom-Up打印技术，例如美国Carbon公司的CLIP(ContinuousLiquidInterface Production)使用一种透明透气的特氟龙膜作为料槽的底部材料，供光和氧气通过，由于氧气的阻聚效应，进入料槽的氧气会抑制离料槽底部最近的一部分液体树脂的光固化，因此料槽底部会形成一层薄液膜(称为“死区”，“Dead Zone”)。在死区之上固化的固化层不再与料槽进行分离，而是从死区的液膜上进行分离，因此打印速度加快，从而实现连续打印。CLIP技术也有一些缺陷，例如死区对于温度敏感性很高，微小的温度波动就有可能造成打印失败。另外死区对于氧气的含量也需要精确控制，从而造成设备操作等复杂化同时成本升高。

因此光固化3D打印需要更好的替代设备及打印技术，尤其是针对Bottom-Up打印技术中对于固化层分离的解决方法。

发明内容

本发明的一个方面披露了一种复合型离型膜，用于光固化3D打印方法中从光固化成型表面上分离当前固化层，其特点在于，所述复合型离型膜包括离型层和自恢复介质层；所述离型层上表面为光固化成型表面，离型层下表面与自恢复介质层上表面相贴合。

在一些实施例中，所述自恢复介质层材料为液体或胶体。