CN115230146A - 一种3d打印方法及3d打印系统 - Google Patents

Abstract

一种3D打印方法及3D打印系统包括建立3D数字模型并将3D数字模型切成图像序列的图像系统、控制系统、接收系列图片并调制光源受控投影到待打印面的光引擎、与光引擎相应设置并受控进行投影的投影镜头、打印平台、树脂槽、透光膜、与透光膜相应设置的旋转膜释放机构，旋转膜释放机构包括：固定透光膜的膜夹、驱动膜夹运动的驱动机构、由驱动机构驱动并与膜夹连接的驱动传动机构、与驱动传动机构相应设置的引导膜夹运动的膜夹引导机构，光引擎与投影镜头配合控制像素的放大大小并将光线聚焦到打印表面；上述打印方法及系统通过旋转膜释放机构的剥离作用将透光膜与打印部件分离，克服了现有拉动动作的膜与部件的过度粘附，提高3D打印的成功率。

Description

一种3D打印方法及3D打印系统

技术领域

本发明涉及3D打印技术，特别涉及一种3D打印方法及3D打印系统。

背景技术

立体光刻技术最初被认为是一种快速成型技术。快速原型包括一系列技术，这些技术可用于以快速(比以前更快)的方式直接从计算机辅助设计(computer aided designCAD)创建生产组件的真实比例模型。自从美国专利4,575,330中公开以来，立体光刻技术已极大地帮助工程师可视化复杂的三维零件几何形状，检测原型示意图中的错误，测试关键部件以及以相对较低的成本和比以前更快的时限验证理论设计。

在过去的几十年中，对微机电系统(micro-electro-mechanical systems MEMS)领域的不断投资导致了微立体光刻(micro-stereolithographyμSL)的出现，它继承了传统立体光刻的基本原理，但具有更高的空间分辨率。例如K Ikuta和K.Hirowatari，“使用立体平版印刷术和金属模制进行真正的三维微制造”，1993年第六届IEEE微电子机械系统研讨会，借助单光子聚合和双光子聚合技术的辅助，微立体光刻的分辨率进一步增强到了小于200nm；例如S.Maruo和K.Ikuta，“通过使用单光子吸收的聚合进行三维微加工”，Appl.Phys.Lett.,vol.76,2000；S.Maruo和S.Kawata，“用于三维微制造的两光子吸收的近红外光聚合”，J.MEMS,vol.7,pp.411,1998；S.Kawata,H.B.Sun,T.Tanaka and K.Takada,“功能微设备的细化特征”，《自然》，412卷，第697页，2001。

Bertsch等人的投影微立体光刻技术(PμSL)的发明极大地提高了速度。“使用液晶显示器作为动态掩模发生器的微立体光刻技术”，Microsystem Technologies，p42-47，1997年；Beluze等人，“微立体光刻技术：构建复杂3D对象的新工艺，MEM/MOEM的设计，测试和微加工专题讨论会”，SPIE会议论文集，v3680，n2，p808-817，1999。这项技术的核心是高分辨率空间光调制器，它可以是液晶显示器(LCD)面板或数字光处理(DLP)面板，它们均可从微型显示器行业获得。

在PμSL打印期间，树脂层被定义在树脂槽(或容器)和样品台之间。“样品”可以指3-D模型，由于它正在逐层打印，“样品台”可以指样品的最近打印的层。在PμSL中定义树脂层的方法至少有3种：第一种方法，使用自由表面，其中层厚度由树脂的自由表面和样品台之间的距离定义。然而，使用这种方法，在1cm x 1cm的区域上定义一个10μm厚、粘度为50cP的树脂层可能需要半个多小时。打印速度慢的原因之一是树脂的缓慢粘性运动。在PμSL中定义树脂层的第二种和第三种方法分别使用透明膜或硬窗。

膜或窗的材料(以下简称膜)可以是不透气的，例如聚四氟乙烯全氟烷氧基(PFA)或聚四氟乙烯氟化乙烯丙烯(FEP)，或者该材料可以是透气的(特别是透氧的)，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚四氟乙烯无定形聚合物(AF)。需要透气性以降低膜和打印部件之间的粘附性，这是因为氧气渗透通过膜可能会产生光聚合抑制层或“死区”，这可能会导致膜和打印部分之间的液体残留层。随着膜的透气性增加，膜与打印部分之间的附着力降低。

但抑制层的厚度一般为10-50μm，在精密3D打印中可能会产生明显的尺寸误差，其公差要求可能与抑制层的厚度相似，甚至更小。因此，在许多精密3D打印应用中，零厚度或超薄阻氧层是首选。这样会导致膜和打印部分之间的过度粘附是不可避免的。

发明内容

基于此，有必要提供一种可提高打印成功率的3D打印方法。

同时提供一种可提高打印成功率的3D打印系统。

一种3D打印方法，包括：

切片：生成待打印的样品的3D数字模型，该3D数字模型为不同打印材料的组合，将3D数字模型离散化或切片成图像序列，所述图像序列中的每个图像表示3D数字模型的一层，根据模型的切片方向控制打印方向；

投影：将图像发送至光引擎，光引擎调制光源并将调制好后的光源通过投影镜头将图像投影到透光膜与树脂的交界面，控制光源照射投影图像，光引擎与投影镜头控制像素的放大大小及将光线聚焦到打印表面；

曝光打印：曝光产生固化层，X-Y载物台控制打印平台与投影图像之间的相对平面运动，以在透光膜的下表面与打印平台的上表面或固定在打印平台上的样品的上表面之间的光固化树脂形成固化层；

分离：一层打印完毕后，通过旋转膜释放机构将透光膜从样品上进行剥离分离，旋转膜释放机构驱动透光膜旋转运动，使透光膜的一端绕轴转动，使透光膜另一端产生相对上下运动，平台升降载物台驱动打印平台下降运动，直至透光膜与样品完全分离；

复位：驱动旋转膜释放机构使透光膜相对分离步骤的旋转方向的反向转动，透光膜一端相对分离步骤的方向反向转动，另一端相对分离步骤方向反向运动，驱动复位透光膜；

继续曝光打印：控制平台升降载物台驱动打印平台向上移动，然后移动打印平台至下一层的打印位置，调整打印平台与透光膜之间的距离，使透光膜的下表面与固定在打印平台上样品的上表面之间的距离为打印下一层的厚度，使样品与透光膜之间的缝隙充满打印下一层所需的树脂，曝光打印，打印下一层；

层打印完毕后进行分离步骤、复位步骤、继续曝光打印，直至打印完毕，模型在树脂槽中被复制出来。

在优选的实施例中，所述旋转膜释放机构包括夹持所述透光膜的膜夹、驱动机构、由所述驱动机构驱动并与所述膜夹连接的驱动传动机构、与所述驱动传动机构相应设置的引导所述膜夹运动的膜夹引导机构，所述分离步骤中，所述旋转膜释放机构旋转透光膜的速度与所述平台升降载物台驱动打印平台下降运动速度配合设置，所述分离步骤中所述打印平台的下降速度根据透光膜的材料、透光膜的表面积、样品每层的表面积、树脂槽的大小、所述驱动传动机构及膜夹引导机构的位置以及树脂类型进行设置；所述继续曝光打印步骤前或继续曝光打印步骤中于打印下一层前，通过设置延迟或设置辊涂装置以使所述透光膜复平。

在优选的实施例中，所述分离步骤中，驱动驱动传动机构带动膜夹及固定其上的透光膜的一端向下拉到树脂中，膜夹及固定其上的透光膜的另一端绕枢接装置的枢轴转动，转动2-5度，将透光膜的一部分旋转到树脂中。

在优选的实施例中，所述分离步骤中，所述旋转膜释放机构驱动将透光膜的一部分旋转进入到树脂中；控制驱动机构驱动膜夹以使透光膜的一端以1-3mm/s的速度下降，膜夹及其上透光膜的另一端绕轴转动，同时控制平台升降载物台驱动打印平台以1-3mm/s的速度下降。

在优选的实施例中，所述曝光打印步骤前还包括：控制树脂槽垂直载物台驱动树脂槽运动到设定位置，且树脂槽的运动位置与树脂槽中的树脂深度相匹配设置，并驱动设置在树脂槽的膜夹带动透光膜运动到设定位置，将透光膜的湿表面即下表面置于光学焦平面上，控制平台升降载物台驱动打印平台运动到设定高度。

在优选的实施例中，所述复位步骤中，驱动机构和平台升降载物台再次激活启动，驱动机构启动使透光膜的部分向上旋转，平台升降载物台激活启动驱动打印平台向上运动，以进行复位；所述膜夹引导机构为设置在膜夹一端并与膜夹枢接连接的枢接装置，所述枢接装置通过枢轴与膜夹连接并使膜夹的一端绕枢轴转动，所述驱动传动机构包括：与驱动机构连接的驱动部、与所述驱动部连接的驱动连接部、及与驱动连接部连接并连接膜夹的膜夹连接部，所述驱动部、驱动连接部任一或两者下部设置有避空槽或避让位，所述驱动连接部由所述驱动部一端端部弯折延伸形成或其主体与驱动部倾斜设置、并与驱动部成钝角倾斜形成有连接斜面。

一种3D打印系统，包括：建立3D数字模型并将3D数字模型切成图像序列的图像系统、控制系统、接收系列图片并调制光源受控投影到待打印面的光引擎、与所述光引擎相应设置并受控进行投影的投影镜头、与投影镜头相应设置的打印平台、容置所述打印平台并盛载树脂的树脂槽、与所述打印平台相应设置的透光膜，其特征在于，还包括：与所述透光膜相应设置的旋转膜释放机构，所述旋转膜释放机构包括：固定所述透光膜的膜夹、驱动所述膜夹运动的驱动机构、由所述驱动机构驱动并与所述膜夹连接的驱动传动机构、与所述驱动传动机构相应设置的引导所述膜夹运动的膜夹引导机构，所述光引擎与所述投影镜头配合控制像素的放大大小并将光线聚焦到打印表面。

在优选的实施例中，所述膜夹引导机构为设置在所述膜夹一端并与所述膜夹枢接连接的枢接装置，所述枢接装置通过枢轴与所述膜夹连接并使所述膜夹的一端绕所述枢轴转动，所述驱动传动机构包括：与所述驱动机构连接的驱动部、与所述驱动部连接的驱动连接部、及与所述驱动连接部连接并连接所述膜夹的膜夹连接部，所述驱动部、驱动连接部任一或两者下部设置有避空槽或避空位，所述驱动连接部由所述驱动部一端端部弯折延伸形成或其主体与所述驱动部倾斜设置、并与所述驱动部成钝角倾斜形成有连接斜面。

在优选的实施例中，所述驱动连接部包括：与所述驱动部连接的连接支撑部、及与所述连接支撑部连接并连接所述膜夹连接部的主体，所述驱动连接部的主体相对所述连接支撑部倾斜成变化夹角设置并可在任意夹角处进行定位保持，所述枢接装置与所述驱动传动机构设置于所述膜夹的相对两端，所述枢接装置与所述驱动传动机构设置在膜夹的侧边或端面或端部表面上，所述驱动机构驱动所述驱动部上下运动。

在优选的实施例中，所述膜夹与所述驱动传动机构通过转轴进行轴接并由驱动传动机构带动转动，所述驱动传动机构为由驱动机构带动的转动支架或曲柄滑块机构，所述驱动机构转动驱动或直线驱动，所述膜夹引导机构相对所述驱动传动机构设置于所述膜夹的另一端，所述膜夹引导机构为引导并限位所述膜夹另一端运动轨迹的滑块滑槽机构，所述透光膜包括：膜主体、及围绕所述膜主体顶表面的向上延伸的边缘，所述膜夹上设置有包围所述透光膜的垂直屏障。

上述3D打印方法及3D打印系统，通过旋转膜释放机构将透光膜从样品上进行剥离分离，旋转膜释放机构驱动透光膜旋转运动，使透光膜的一端绕轴转动，使透光膜另一端产生相对上下运动，平台升降载物台驱动打印平台下降运动，直至透光膜与样品完全分离，这样进行剥离方法，透光膜与最新的固化层的分离沿着剥离方向的前沿逐渐进行，由于剥离方法将膜层接触面积减少到仅剥离方向的前缘，因此与传统拉动方法相比，所需的力和产生的应力可以显着降低。旋转膜释放机构通过“剥离”作用将透光膜与打印部件分离，克服了正常拉动动作的膜与部件的过度粘附，从而提高了3D打印的成功率。

附图说明

图1为本发明一实施例的3D打印系统的部分结构示意图；

图2为本发明一实施例的转膜释放机构设置在树脂槽上的部分结构示意图；

图3为本发明一实施例的转膜释放机构进行分离的示意图；

图4为本发明一实施例的3D打印系统的部分打印过程的示意图。

具体实施方式

如图3至图4所示，本发明一实施例的3D打印方法，包括：

切片：生成待打印的样品的3D数字模型，该3D数字模型为不同打印材料的组合，将3D数字模型离散化或切片成图像序列，所述图像序列中的每个图像表示3D数字模型的一层，根据模型的切片方向控制打印方向；

投影：将图像发送至光引擎70，光引擎70调制光源并将调制好后的光源通过投影镜头72将图像投影到透光膜32与树脂的交界面，控制光源照射投影图像，光引擎70与投影镜头72控制像素的放大大小及将光线聚焦到打印表面；

曝光打印：曝光产生固化层，X-Y载物台42控制打印平台50与投影图像之间的相对平面运动，以在透光膜61的下表面与打印平台50的上表面或固定在打印平台50上的样品52的上表面之间的光固化树脂形成固化层；

分离：一层打印完毕后，通过旋转膜释放机构将透光膜61从样品52上进行剥离分离，旋转膜释放机构60驱动透光膜61旋转运动，使透光膜61的一端绕轴转动，使透光膜61另一端产生相对上下运动，平台升降载物台46驱动打印平台50下降运动，直至透光膜61与样品52完全分离；

复位：驱动旋转膜释放机构60使透光膜61相对分离步骤的旋转方向的反向转动，透光膜61一端相对分离步骤的方向反向转动，另一端相对分离步骤方向反向运动，驱动复位透光膜61；

继续曝光打印：控制平台升降载物台46驱动打印平台50向上移动，然后移动打印平台50至下一层的打印位置，调整打印平台50与透光膜61之间的距离，使透光膜61的下表面与固定在打印平台50上样品52的上表面之间的距离为打印下一层的厚度，使样品52与透光膜61之间的缝隙充满打印下一层所需的树脂32，曝光打印，打印下一层；

层打印完毕后进行分离步骤、复位步骤、继续曝光打印，直至打印完毕，模型在树脂槽中被复制出来。

如图1至图3所示，进一步，本实施例的旋转膜释放机构60包括：夹持透光膜61的膜夹62、驱动机构64、由驱动机构64驱动并与膜夹62连接的驱动传动机构66、与驱动传动机构66相应设置的引导膜夹62运动的膜夹引导机构68。

进一步，本实施例的分离步骤中，旋转膜释放机构60旋转透光膜61的速度与平台升降载物台46驱动打印平台50的下降运动速度配合设置。

进一步，本实施例的分离步骤中，打印平台50的下降速度根据透光膜61的材料、透光膜61的表面积、样品52每层的表面积、树脂槽30的大小、驱动传动机构64及膜夹引导机构68的位置以及树脂32类型等中的任意一种或多种因素进行设置。

进一步，本实施例的继续曝光打印步骤前或继续曝光打印步骤中，于打印下一层前，通过设置延迟或设置辊涂装置以使透光膜61复平。

透光膜61和打印平台50或上一最新固化树脂层之间的间隙限定了下一层要固化，即打印层的厚度。将紫外光投射到间隙内的树脂上将该层树脂固化。固化是固化液态树脂的过程。为了在最新一个固化层k上印刷后续层k+1，透光膜和最新一个固化层k之间的附着力，即“膜附着力”，小于最新一个固化层k之间的附着力是很关键的，即最新固化层k和先前固化的层k-1之间的粘结力。为了防止固化层的分层，透光膜的附着力必须小于任何固化层k和k-1之间的附着力，并且它也必须小于第一固化层即k＝1和打印平台之间的附着力。

当发生分层时，会形成打印失败，从而通过降低透光膜的附着力来避免或减少打印失败，即降低透光膜与最新固化的树脂层分离所需的力。本发明通过旋转膜释放机构60的“剥离”运动将透光膜与最新固化的树脂层分离来降低透光膜粘附力。

本发明的3D打印系统及方法利用旋转膜释放机构60采用拉动运动将透光膜与最新一个固化层分离。,采用拉动运动将膜与打印层分离所需的力可以使用stefon方程来描述，该方程描述了夹着一层粘性流体的两个平行圆板之间的粘性粘附，这类似于分离时透光膜和最新一个固化层时的情况。stefon方程可以写成：

其中η是粘性流体的动态粘度，r是板的半径，h是板之间的距离。

物体的粘附应力σ，它倾向于使物体变形，是每单位面积r²的力F，如下所示：

上述方程表明，板的半径r(或面积)显着影响粘附力和粘附应力。

因为传统的拉伸方法实际上是沿着整个膜层接触区域将透光膜从最新的固化层分离，所以所需的力和产生的应力可能过大。本发明的3D打印系统及方法利用旋转膜释放机构60的剥离方法，透光膜与最新固化层的分离沿着剥离方向的前沿逐渐进行。由于剥离方法将膜层接触面积减少到仅剥离方向的前缘，因此与拉动方法相比，所需的力和产生的应力可以显着降低。

进一步，优选的，本实施例的分离步骤中，旋转膜释放机构60驱动将透光膜61的一部分旋转进入到树脂32中。

本发明一实施例的膜夹引导机构68为设置在膜夹62一端并与膜夹62枢接连接的枢接装置682。本实施例的枢接装置682通过枢轴与膜夹62连接并使膜夹62的一端绕枢轴转动。本实施例的驱动传动机构66包括：与驱动机构64连接的驱动部662、与驱动部662连接的驱动连接部664、及与驱动连接部664连接并连接膜夹62的膜夹连接部666。优选的，本实施例的驱动部662、驱动连接部664任一或两者下部设置有避空槽6622或避空位。本实施例的驱动连接部664由驱动部662一端端部弯折延伸形成或其主体与驱动部662倾斜设置、并与驱动部662成钝角倾斜形成有连接斜面。

若本实施例的膜夹62的升降距离较短或不长，则控制驱动机构64驱动驱动传动机构66升降运动，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端上下运动或产生升降运动，膜夹62另一端通过枢接装置682的枢轴与膜夹62连接并使膜夹62的一端绕枢轴转动。

进一步，优选的，当进行分离步骤时，控制驱动机构64驱动驱动传动机构66向下运动，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向下运动，膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在左边，枢接装置682相对设置在右边，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向下运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在右边，枢接装置682相对设置在左边，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向下运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴顺时针转动。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在前端，枢接装置682相对设置在后端，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向下运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴顺时针转动。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在后端，枢接装置682相对设置在前端，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向下运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动。

进一步，优选的，进行复位步骤时，控制驱动机构64驱动驱动传动机构66向上运动，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向上运动，膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴顺时针转动，驱动复位透光膜，复位后进行定位。

进行复位步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在左边，枢接装置682相对设置在右边，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向上运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴顺时针转动，驱动复位透光膜，复位后进行定位。

进行复位步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在右边，枢接装置682相对设置在左边，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向上运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动，驱动复位透光膜，复位后进行定位。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在前端，枢接装置682相对设置在后端，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向上运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动，驱动复位透光膜，复位后进行定位。

进行分离步骤时，若将驱动传动机构66相对设置在后端，枢接装置682相对设置在前端，驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62一端向上运动，则膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴顺时针转动，驱动复位透光膜，复位后进行定位。

进一步，优选的，本实施例的驱动连接部664包括：与驱动部662连接的连接支撑部、及与连接支撑部连接并连接膜夹连接部666的主体。连接斜面设置在驱动连接部664的主体上。优选的，本实施例的驱动连接部664的主体相对连接支撑部倾斜成变化夹角设置并可在任意夹角处进行定位保持。可将驱动连接部664的主体设置为与连接支撑部为转动关系，两者之间可在任意转动角度进行定位限位。驱动连接部664的主体可转动到与连接支撑部到任意角度、位置进行定位限位。驱动连接部664的主体与连接支撑部之间的连接结构如连续转动卡点结构，也可采用任意定位枢接结构，也可为伸缩卡位结构，也可弹性定位结构，也可为其他结构等。

本实施例的枢接装置682与驱动传动机构66分别设置于膜夹62的相对两端。本实施例的膜夹62的相对两端为枢接装置682、驱动传动机构66超过膜夹62的中点位置处，由膜夹62的中点位置处向远离中点位置方向，且分别向两个相对的不同方向进行设置。

进一步，优选的，本实施例的枢接装置682与驱动传动机构66可设置在膜夹62的侧边或端面或端部表面上。控制系统控制驱动机构64驱动驱动传动机构66的驱动部662上下运动，从而驱动机构64驱动驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62的拉动运动与最新的固化层的表面垂直。

本实施例的膜夹62在第一位置与驱动传动机构66连接。驱动传动机构66安装在树脂槽30上。膜夹62在第二个位置与枢接装置682的枢轴接头连接。枢接装置682安装在树脂槽30上。驱动机构64的致动导致膜夹62带着透光膜61围绕枢接装置682的枢轴接头旋转，或者向下进入树脂中或向上旋转。

控制系统控制平台升降载物台46驱动打印平台50升降，控制承载打印样品的打印平台50的高度。样品的每一层都是通过光固化紧邻膜下方的树脂层而产生的，样品通过第一打印层的粘附固定到打印平台50上,并且随后的层被打印在上一层之上。树脂槽垂直载物台44控制树脂槽30的高度和附着其上的透光膜，以适应树脂槽内不同深度的树脂和/或将透光膜的湿表面(下表面)放置在光学焦平面。

曝光打印步骤前还包括：控制树脂槽垂直载物台44驱动树脂槽30运动到设定位置，且树脂槽30的运动位置与树脂槽中的树脂深度相匹配设置，并驱动设置在树脂槽30的膜夹62带动透光膜61运动到设定位置，将透光膜的湿表面即下表面置于光学焦平面上，控制平台升降载物台46驱动打印平台50运动到设定高度。

进一步，本实施例的枢接装置682、驱动机构64安装在树脂槽30上。优选的，本实施例的驱动机构64安装在树脂槽30一侧的外侧壁上。枢接装置682安装在树脂槽30的前后侧壁上，其枢轴与膜夹62另一端连接以使膜夹62绕其转动。枢接装置682的枢轴可与膜夹62另一端端部的侧壁连接。

透光膜61固定到膜夹62上，膜夹62一端连接驱动传动机构66，另一端连接枢接装置682。驱动机构64驱动膜夹62运动，使膜夹62另一端绕枢接装置682的枢轴转动，从而带动透光膜61绕枢接装置682的枢轴旋转。驱动机构64是驱动膜夹62运动的机构，可以为旋转马达或线性平台等。

新的树脂层刚刚在透光膜61的下表面与样品的上表面之间光固化，形成样品的新光固化层。但新的光固化层粘附在膜上，为了能够使样品成型出更多层，必须将透光膜61与样品分离。通过旋转膜释放机构60将透光膜61从样品上剥离开来进行分离。控制驱动机构64启动，驱动驱动传动机构66带动膜夹62及固定在其上的透光膜61的左侧向下拉到树脂中，膜夹62及固定在其上的透光膜61的另一端绕枢接装置682的枢轴逆时针转动，转动2-5度左右的小角度。

优选的，驱动膜夹62带动透光膜61将透光膜61的一部分旋转到树脂中，以避免在透光膜61下方引入空气而导致随后的层打印过程中出现气泡的问题。在驱动机构64驱动旋转透光膜61的同时，控制平台升降载物台46驱动打印平台50向下运动。驱动机构64驱动旋转透光膜61的旋转运动与打印平台50的下降运动的同时运动将透光膜61从样品上进行剥离。从透光膜61的右端开始，一直到透光膜61的左端。继续旋转膜夹62及其上的透光膜61和打印平台50的下降运动直到膜与样品完全分离，即直到透光膜61完全不接触样品。

为获得最佳效果，驱动机构64驱动旋转透光膜61的速度和平台升降载物台46驱动打印平台50下降的速度应适当平衡。这些速度可能取决于如下多个因素，如包括透光膜61的材料、透光膜61的表面积、样品每层的表面积、树脂槽30的大小、驱动机构64及驱动传动机构66和枢接装置682的位置以及树脂的类型。优选的，本实施例的驱动机构64驱动以使透光膜61的左端以1-3mm/s的速度下降，相应的，平台升降载物台46驱动打印平台50以1-3mm/s的速度下降。

本发明的样品的每层对应一个2D图像，该图像是通过离散化或切片将要打印零件的3D计算机辅助设计模型创建为一系列横截面图像。每单位长度的横截面图像数量、及每单位长度的层数取决于多个因素，如包括打印部件的所需垂直分辨率、所选3D打印技术的分辨率能力以及打印部件的类型、打印使用的树脂。本实施例的层厚度在5-20μm的范围内。

为了打印图层，计算机将与该图层对应的图像发送到光引擎。来自与光引擎耦合或集成的光源如紫外光源由光引擎调制，然后通过投影镜头投射并聚焦到透光膜61的下表面相邻的光固化树脂层上。根据计算机发送的图像，投射和聚焦的调制紫外光显示为明暗区域的图案。明亮区域使可光固化树脂固化或聚合，使树脂从液体转变为固体。可光固化树脂在暗区保持液态。此时，样本中添加了一个新层；但新打印的层可能会粘附在透光膜61的下表面。

驱动机构64启动以使透光膜61逆时针旋转进入树脂。同时，启动平台升降载物台46驱动打印平台50向下运动，膜夹62带动透光膜61的旋转运动与打印平台50的下降运动同时运动，一直持续到整个膜从样品上剥离。

进一步，优选的，本实施例的膜夹62设置有垂直屏障，其包围整个透光膜61以防止树脂在旋转期间流入。优选的，透光膜根据分离情况将透光膜61的旋转的角度进行最小化设置，以防止在旋转期间流入或树脂。旋转膜释放机构60可防止任何树脂在剥离过程中在透光膜61周围和顶部流动。

本发明另一实施例的膜夹62与驱动传动机构通过转轴进行轴接并由驱动传动机构带动转动。驱动传动机构可以为由驱动机构带动的转动支架、或曲柄滑块机构等。转动支架由旋转电机驱动进行转动，从而带动膜夹62一端绕转轴转动。旋转电机可设置在转动支架的侧边，与转动支架进行轴接。比如采用轴套连接，当然也可采用其他轴接方式，带动转动支架实现转动、翻转动作即可。若驱动传动机构为曲柄滑块机构，则驱动机构为直线驱动机构，驱动滑块沿导轨进行直线运动，从而带动转动副转动，转动副与膜夹62一端轴接，从而带动膜夹一端转动。优选的，本实施例的膜夹62相对驱动传动机构的另一端设置有膜夹引导机构。优选的膜夹引导机构为引导并限位膜夹另一端运动轨迹的滑块滑槽机构，从而限位膜夹62的运动轨迹以使膜夹62平稳运动。

进行复位步骤时，本实施例的驱动机构和平台升降载物台46第二次激活启动，驱动机构第二次启动使透光膜61的部分向上旋转φ度。平台升降载物台46的第二次激活启动驱动打印平台50向上运动。

耦合到光源和投影镜头的光引擎将从计算机接收的第二图像投射到夹在透光膜61的下表面与第一固化层的上表面之间的光固化树脂上，形成第二固化层。

树脂槽垂直载物台44驱动树脂槽30升降运动，树脂被存储在树脂槽30中，驱动机构和枢接装置682向上或向下附接到树脂槽30。树脂槽垂直载物台44驱动树脂槽30升降运动可以适应树脂槽30内不同深度的树脂和/或将透光膜61的湿表面(底表面)放置在光学器件的焦平面处。

进一步，优选的，透光膜61包括：膜主体、及围绕膜主体并向上延伸的边缘。

本实施例的3D打印系统包括：将图像传输到光引擎的计算机(即图像系统20)。光引擎可以包括数字光处理(DLP)芯片或液晶显示器(LCD)，在投影微立体光刻(PμSL)或激光束的情况下耦合到发光二极管(LED)光源在立体光刻(SLA)的情况下反射镜。光引擎耦合到定义像素大小的放大倍数并将光聚焦到打印表面上的投影镜头。

X-Y载物台控制投影图像(来自光引擎和投影镜头)与可以打印样本的打印平台之间的相对平面运动如相对横向运动。树脂槽盛装树脂，靠近树脂顶面的是透光膜61。透光膜61由全氟烷氧基(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)制成，厚度通常为50-100μm。

平台升降载物台46控制打印样品的打印平台的高度。样品的每一层都是通过对透光膜下方的一层树脂进行光固化而产生的。样品通过第一打印层的粘合固定到打印平台上，随后的层被印刷在前一个打印层之上。树脂槽垂直载物台44控制树脂槽和附在其上的透光膜的高度，以适应树脂槽内不同深度的树脂和/或将膜的湿表面(底表面)放置在光学器件的焦平面处。耦合到光源和投影镜头的光引擎将从计算机接收的第二图像投射到夹在透光膜的下表面和第一固化层的上表面之间的第二层光固化树脂上，以产生光固化树脂，形成第二固化层。

驱动机构第二次激活，驱动透光膜61顺时针旋转，从而返回到初始打印位置，并定位。平台升降载物台46第二次被激活，使打印平台向上移动到透光膜上，返回到合适的高度以打印下一层。驱动机构的第二次启动和平台升降载物台46的第二次启动可以如上顺序发生，或同时发生。在某些情况下，透光膜61可能会在旋转过程中因张力而变形。在打印下一层之前，设置延迟和/或使用辊涂技术之类的技术，以使透光膜61变平。

投影由光引擎从计算机接收的第一图像，以由夹在透明膜的下表面和固定到平台的印刷样品的上表面之间的可光固化树脂形成固化层，然后将透光膜的一部分向下旋转Φ度，同时向下移动打印平台，直到膜没有接触第一光固化层。将透光膜部分向上旋转Φ度，并向上移动打印平台。投影由光引擎从计算机接收的第二图像以由夹在透光膜的下表面和第一光固化层的上表面之间的光固化树脂产生第二固化层。通过向上或向下移动储存树脂的树脂槽30，使透光膜61相对于光引擎70的焦平面垂直定位。

如图1至图4所示，本发明一实施例的3D打印系统100，包括：建立3D数字模型并将3D数字模型切成图像序列的图像系统20、控制系统、接收系列图片并调制光源受控投影到待打印面的光引擎70、与光引擎70相应设置并受控进行投影的投影镜头72、与投影镜头72相应设置的打印平台50、容置打印平台50并盛载树脂的树脂槽30、与打印平台50相应设置的透光膜61、与透光膜61相应设置的旋转膜释放机构60。

旋转膜释放机构60包括：固定透光膜61的膜夹62、驱动膜夹62运动的驱动机构64、由驱动机构64驱动并与膜夹62连接的驱动传动机构66、与驱动传动机构66相应设置的引导膜夹62运动的膜夹引导机构68。光引擎70与投影镜头72配合控制像素的放大大小并将光线聚焦到打印表面。

本发明一实施例中，膜夹引导机构68为设置在膜夹62一端并与膜夹62枢接连接的枢接装置682。枢接装置682通过枢轴与膜夹62连接并使膜夹62的一端绕枢轴转动。

本发明一实施例的膜夹引导机构68为设置在膜夹62一端并与膜夹62枢接连接的枢接装置682。本实施例的枢接装置682通过枢轴与膜夹62连接并使膜夹62的一端绕枢轴转动。本实施例的驱动传动机构66包括：与驱动机构64连接的驱动部662、与驱动部662连接的驱动连接部664、及与驱动连接部664连接并连接膜夹62的膜夹连接部666。优选的，本实施例的驱动部662、驱动连接部664任一或两者下部设置有避空槽6622或避空位。本实施例的驱动连接部664由驱动部662一端端部弯折延伸形成或其主体与驱动部662倾斜设置、并与驱动部662成钝角倾斜形成有连接斜面。

进一步，优选的，本实施例的驱动连接部664包括：与驱动部662连接的连接支撑部、及与连接支撑部连接并连接膜夹连接部666的主体。连接斜面设置在驱动连接部664的主体上。优选的，本实施例的驱动连接部664的主体相对连接支撑部倾斜成变化夹角设置并可在任意夹角处进行定位保持。可将驱动连接部664的主体设置为与连接支撑部为转动关系，两者之间可在任意转动角度进行定位限位。驱动连接部664的主体可转动到与连接支撑部到任意角度、位置进行定位限位。驱动连接部664的主体与连接支撑部之间的连接结构如连续转动卡点结构，也可采用任意定位枢接结构，也可为伸缩卡位结构，也可弹性定位结构，也可为其他结构等。驱动连接部664的主体相对连接支撑部倾斜成变化夹角设置并可在任意夹角处进行定位保持。

本实施例的枢接装置682与驱动传动机构66分别设置于膜夹62的相对两端。本实施例的膜夹62的相对两端为枢接装置682、驱动传动机构66超过膜夹62的中点位置处，由膜夹62的中点位置处向远离中点位置方向，且分别向两个相对的不同方向进行设置。

进一步，优选的，本实施例的枢接装置682与驱动传动机构66可设置在膜夹62的侧边或端面或端部表面上。控制系统控制驱动机构64驱动驱动传动机构66的驱动部662上下运动，从而驱动机构64驱动驱动传动机构66的驱动部662牵引膜夹62的拉动运动与最新的固化层的表面垂直。

本实施例的膜夹62在第一位置与驱动传动机构66连接。驱动传动机构66安装在树脂槽30上。膜夹62在第二个位置与枢接装置682的枢轴接头连接。枢接装置682安装在树脂槽30上。驱动机构64的致动导致膜夹62带着透光膜61围绕枢接装置682的枢轴接头旋转，或者向下进入树脂中或向上旋转。

本发明另一实施例的膜夹62与驱动传动机构通过转轴进行轴接并由驱动传动机构带动转动。驱动传动机构可以为由驱动机构带动的转动支架、或曲柄滑块机构等。转动支架由旋转电机驱动进行转动，从而带动膜夹62一端绕转轴转动。旋转电机可设置在转动支架的侧边，与转动支架进行轴接。比如采用轴套连接，当然也可采用其他轴接方式，带动转动支架实现转动、翻转动作即可。若驱动传动机构为曲柄滑块机构，则驱动机构为直线驱动机构，驱动滑块沿导轨进行直线运动，从而带动转动副转动，转动副与膜夹62一端轴接，从而带动膜夹一端转动。优选的，本实施例的膜夹62相对驱动传动机构的另一端设置有膜夹引导机构。优选的膜夹引导机构为引导并限位膜夹另一端运动轨迹的滑块滑槽机构，从而限位膜夹的运动轨迹以使膜夹平稳运动。

进一步，优选的，本实施例的透光膜包括：膜主体、及围绕膜主体顶表面的向上延伸的边缘。

光引擎耦合到光源和投影镜头，该投影镜头将从计算机接收到的第一图像投射到第一层光固化树脂上，该第一层光固化树脂夹在透光膜的下表面与打印平台之间。膜夹耦合到驱动机构和枢接装置682上，打印样品的表面固定在打印平台上，打印平台连接到平台升降载物台46上，通过平台升降载物台46驱动打印平台运动到设定位置，以产生第一固化层。驱动机构64和平台升降载物台46同时进行的第一操作，驱动机构64第一次启动驱动以使透光膜的一部分围绕枢接装置682的枢轴向下旋转Φ度，平台升降载物台46第一次启动使打印平台向下运动，直到膜完全没有接触到第一光固化层。驱动机构64和平台升降载物台46进行第二次操作，驱动机构64第二次启动驱动以使透光膜的一部分向上旋转Φ度，平台升降载物台46第二次启动使打印平台向上运动。

耦合到光源和投影镜头的光引擎将从计算机接收到的第二图像投射到夹在透光膜的下表面和第一固化层的上表面之间的第二层光固化树脂上，以产生第二固化层。

进一步，本实施的3D打印系统还包括：树脂槽垂直载物台44。树脂槽垂直载物台44移动储存树脂的树脂槽，并且安装在树脂槽上的驱动机构和枢接装置682相对于投影镜头焦平面向上或向下运动。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种3D打印方法，其特征在于，包括：

切片：生成待打印的样品的3D数字模型，该3D数字模型为不同打印材料的组合，将3D数字模型离散化或切片成图像序列，所述图像序列中的每个图像表示3D数字模型的一层，根据模型的切片方向控制打印方向；

投影：将图像发送至光引擎，光引擎调制光源并将调制好后的光源通过投影镜头将图像投影到透光膜与树脂的交界面，控制光源照射投影图像，光引擎与投影镜头控制像素的放大大小及将光线聚焦到打印表面；

曝光打印：曝光产生固化层，X-Y载物台控制打印平台与投影图像之间的相对平面运动，以在透光膜的下表面与打印平台的上表面或固定在打印平台上的样品的上表面之间的光固化树脂形成固化层；

分离：一层打印完毕后，通过旋转膜释放机构将透光膜从样品上进行剥离分离，旋转膜释放机构驱动透光膜旋转运动，使透光膜的一端绕轴转动，使透光膜另一端产生相对上下运动，平台升降载物台驱动打印平台下降运动，直至透光膜与样品完全分离；

复位：驱动旋转膜释放机构使透光膜相对分离步骤的旋转方向的反向转动，透光膜一端相对分离步骤的方向反向转动，另一端相对分离步骤方向反向运动，驱动复位透光膜；

继续曝光打印： 控制平台升降载物台驱动打印平台向上移动，然后移动打印平台至下一层的打印位置，调整打印平台与透光膜之间的距离，使透光膜的下表面与固定在打印平台上样品的上表面之间的距离为打印下一层的厚度，使样品与透光膜之间的缝隙充满打印下一层所需的树脂，曝光打印，打印下一层；

层打印完毕后进行分离步骤、复位步骤、继续曝光打印，直至打印完毕，模型在树脂槽中被复制出来。

2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述旋转膜释放机构包括夹持所述透光膜的膜夹、驱动机构、由所述驱动机构驱动并与所述膜夹连接的驱动传动机构、与所述驱动传动机构相应设置的引导所述膜夹运动的膜夹引导机构，所述分离步骤中，所述旋转膜释放机构旋转透光膜的速度与所述平台升降载物台驱动打印平台下降运动速度配合设置，所述分离步骤中所述打印平台的下降速度根据透光膜的材料、透光膜的表面积、样品每层的表面积、树脂槽的大小、所述驱动传动机构及膜夹引导机构的位置以及树脂类型进行设置；所述继续曝光打印步骤前或继续曝光打印步骤中于打印下一层前，通过设置延迟或设置辊涂装置以使所述透光膜复平。

3.根据权利要求1所述的3D打印方法，其特征在于，所述分离步骤中，驱动驱动传动机构带动膜夹及固定其上的透光膜的一端向下拉到树脂中，膜夹及固定其上的透光膜的另一端绕枢接装置的枢轴转动，转动2-5 度，将透光膜的一部分旋转到树脂中。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的3D打印方法，其特征在于，所述分离步骤中，所述旋转膜释放机构驱动将透光膜的一部分旋转进入到树脂中；控制驱动机构驱动膜夹以使透光膜的一端以1-3mm/s的速度下降，膜夹及其上透光膜的另一端绕轴转动，同时控制平台升降载物台驱动打印平台以1-3mm/s的速度下降。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的3D打印方法，其特征在于，所述曝光打印步骤前还包括：控制树脂槽垂直载物台驱动树脂槽运动到设定位置，且树脂槽的运动位置与树脂槽中的树脂深度相匹配设置，并驱动设置在树脂槽的膜夹带动透光膜运动到设定位置，将透光膜的湿表面即下表面置于光学焦平面上，控制平台升降载物台驱动打印平台运动到设定高度。

6.根据权利要求2所述的3D打印方法，其特征在于，所述复位步骤中，驱动机构和平台升降载物台再次激活启动，驱动机构启动使透光膜的部分向上旋转，平台升降载物台激活启动驱动打印平台向上运动，以进行复位；所述膜夹引导机构为设置在膜夹一端并与膜夹枢接连接的枢接装置，所述枢接装置通过枢轴与膜夹连接并使膜夹的一端绕枢轴转动，所述驱动传动机构包括：与驱动机构连接的驱动部、与所述驱动部连接的驱动连接部、及与驱动连接部连接并连接膜夹的膜夹连接部，所述驱动部、驱动连接部任一或两者下部设置有避空槽或避让位，所述驱动连接部由所述驱动部一端端部弯折延伸形成或其主体与驱动部倾斜设置、并与驱动部成钝角倾斜形成有连接斜面。

7.一种3D打印系统，包括：建立3D数字模型并将3D数字模型切成图像序列的图像系统、控制系统、接收系列图片并调制光源受控投影到待打印面的光引擎、与所述光引擎相应设置并受控进行投影的投影镜头、与投影镜头相应设置的打印平台、容置所述打印平台并盛载树脂的树脂槽、与所述打印平台相应设置的透光膜，其特征在于，还包括：与所述透光膜相应设置的旋转膜释放机构，所述旋转膜释放机构包括：固定所述透光膜的膜夹、驱动所述膜夹运动的驱动机构、由所述驱动机构驱动并与所述膜夹连接的驱动传动机构、与所述驱动传动机构相应设置的引导所述膜夹运动的膜夹引导机构，所述光引擎与所述投影镜头配合控制像素的放大大小并将光线聚焦到打印表面。

8.根据权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于，所述膜夹引导机构为设置在所述膜夹一端并与所述膜夹枢接连接的枢接装置，所述枢接装置通过枢轴与所述膜夹连接并使所述膜夹的一端绕所述枢轴转动，所述驱动传动机构包括：与所述驱动机构连接的驱动部、与所述驱动部连接的驱动连接部、及与所述驱动连接部连接并连接所述膜夹的膜夹连接部，所述驱动部、驱动连接部任一或两者下部设置有避空槽或避空位，所述驱动连接部由所述驱动部一端端部弯折延伸形成或其主体与所述驱动部倾斜设置、并与所述驱动部成钝角倾斜形成有连接斜面。

9.根据权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于，所述驱动连接部包括：与所述驱动部连接的连接支撑部、及与所述连接支撑部连接并连接所述膜夹连接部的主体，所述驱动连接部的主体相对所述连接支撑部倾斜成变化夹角设置并可在任意夹角处进行定位保持，所述枢接装置与所述驱动传动机构设置于所述膜夹的相对两端，所述枢接装置与所述驱动传动机构设置在膜夹的侧边或端面或端部表面上，所述驱动机构驱动所述驱动部上下运动。

10.根据权利要求8或9所述的3D打印系统，其特征在于，所述膜夹与所述驱动传动机构通过转轴进行轴接并由驱动传动机构带动转动，所述驱动传动机构为由驱动机构带动的转动支架或曲柄滑块机构，所述驱动机构转动驱动或直线驱动，所述膜夹引导机构相对所述驱动传动机构设置于所述膜夹的另一端，所述膜夹引导机构为引导并限位所述膜夹另一端运动轨迹的滑块滑槽机构，所述透光膜包括：膜主体、及围绕所述膜主体顶表面的向上延伸的边缘，所述膜夹上设置有包围所述透光膜的垂直屏障。

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