[发明专利]一种3D打印方法以及高速光固化3D打印设备

说明书

本申请涉及一种3D打印方法以及高速光固化3D打印设备，该方法包括：提供一带有透光的离型元件的料池，在所述的料池中加入液体光敏树脂；在所述的料池下方用UV光机逐层投射UV光图像，以在所述的离型元件的上表面形成固化层；其中，该层中的离型元件中含有大分子氮氧自由基化合物，所述的氮氧自由基化合物为2,2,6,6‑四甲基哌啶氧氮自由基或其衍生物的化合物中的至少一种，所述的氮氧自由基化合物的分子量为2000‑100000Mw，所述的氮氧自由基化合物在离型元件中的含量大于等于0.5wt%，所述的UV光图像自下向上穿过所述的离型元件，使所述的料池内的3D光敏树脂逐层感光固化。

技术领域

本发明属于光固化3D打印技术领域，特别涉及一种高速光固化3D打印设备及3D打印方法。

背景技术

3D打印又称增材制造，被誉为新的工业革命的标志性技术。3D打印技术路线众多，其中光固化3D打印技术因其精度高、表面质量好等诸多的优点成为最具潜力的3D打印方式。在光固化的领域中，根据光固化成型的UV光机分为光固化3D打印技术分为激光点光源（简称SLA）和面光源数字光投影（简称DLP），SLA的成型方式是紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。

面光源按照光源的位置分为下投影式和上投影式。上投影式的UV光机在上面，打印机的液体在料池里，因为流平性的问题，每打印一层需要刮刀使液体流平，导致整个打印效率大幅度下降。下投影式的面UV光机位于材料的下方，打印平台通过逐层移动来实现三维物体的成型，省去了刮刀和流平的时间，因而成为效率最高的打印方式。

相对于其它打印方式下投影式的光固化3D打印虽然效率高，但是这种方式面临一个严重的问题：离型膜的粘附力大和成型面表面质量差。当前DLP型打印机的离型膜主要是采用低表面能的材料通过物理方式来实现离型的效果。粘附力会导致聚合层粘附到离型膜界面上，打印部件与离型膜界面的分离需要机械运动干预进行剥离，如拉动和滑动，由此产生的分离力与面积成正比，可能会损坏打印部件并导致可靠性差，巨大的机械分离力限制了可打印的几何形状和面积，严重降低了打印的速度。另一个问题是，随着打印次数的增加，离型膜离型能力降低，黏附力增加，材料透过率降低，因此每打印一周左右就需要更换一次离型膜，在应对实验室或者非商业的低频次打印要求时，不会带来任何困扰，但对于商用场景下的3D打印机，频繁更换离型膜会造成生产效率的下降、维护成本上升以及打印品质的不稳定等问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种可以实现高速打印，无需频繁更换离型元件的3D打印方法和设备。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案，一种3D打印方法，该方法包括：

提供一带有透光的离型元件的料池，在所述的料池中加入液体光敏树脂；

在所述的料池下方用UV光机逐层投射UV光图像，以在所述的离型元件的上表面形成固化层；其中，

该层中的离型元件中含有大分子氮氧自由基化合物，所述的氮氧自由基化合物为2,2,6,6-四甲基哌啶氧氮自由基或其衍生物的化合物中的至少一种，所述的氮氧自由基化合物的分子量为2000-100000Mw，所述的离型元件中氮氧自由基化合物的含量大于等于0.5wt%。

本申请的原理是：将含有大分子氮氧自由基TEMPO化合物引入离型元件，利用化学相斥达到低离型力的效果，从而实现了高速的3D打印。打印过程中，光敏树脂长期盛放在料池中，光敏树脂中的单体以及清洗料池的溶剂（如酒精、异丙醇、碳酸丙烯酯）会消耗阻聚剂，本发明的大分子氮氧自由基TEMPO化合物的离型元件克服了小分子阻聚剂在界面膜的迁移导致的失效，实现了低离型力、高速度、长寿命的3D打印。