本實(shí)用新型涉及3D快速成型技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種基于液體光固化成型的快速3D打印裝置。

背景技術(shù)：

3D打印作為快速成型的重要方法，與傳統(tǒng)的切削技術(shù)不同，是一種增材制造技術(shù)。3D打印以經(jīng)過(guò)智能化處理后的三維數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，獲取模型切片，運(yùn)用可熱熔粘合或可固化液體等材料，通過(guò)分層加工、疊加成形的方式“逐層增加材料”來(lái)生成三維實(shí)體。3D打印技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的制造方式更加節(jié)約材料，更加適合個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)，尤其是切削技術(shù)難以生產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體。3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療醫(yī)藥、軍事等領(lǐng)域，該技術(shù)的大眾化將使得社會(huì)制造成為可能，進(jìn)一步解放每個(gè)社會(huì)個(gè)體的創(chuàng)造力價(jià)值。然而打印速度、打印精度和材料需求是限制3D打印技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

立體光固化成型(SLA)和數(shù)字光處理(Digital Light Processing,DLP)是以液態(tài)可固化材料為打印原料的常見3D打印技術(shù)。DLP技術(shù)通常采用紫外光束投影到盛放在液體槽中透明、有黏性的液態(tài)光敏樹脂，使之快速聚合固化，在升降臺(tái)的提升下層層固化堆疊成最終物體。

然而，由于每次固化后填充液態(tài)樹脂和留出固化空隙的需要，物體固化面需要反復(fù)分離成型膜、重定位，這使得打印速度只能達(dá)到毫米每小時(shí)的級(jí)別。同時(shí)逐層投影固化造成打印物體表面粗糙，以及隨之而來(lái)的在堆疊方向上不滿意的力學(xué)特性，使光固化類方法的應(yīng)用得到很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本實(shí)用新型提供一種打印速度快、精度高的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置。

為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種基于液體光固化成型的快速3D打印裝置，包括：

載物臺(tái)；

液體槽，安裝在載物臺(tái)上；所述液體槽內(nèi)盛有用于光固化的液態(tài)可聚合物；

阻聚劑腔體，對(duì)應(yīng)安裝在所述液體槽下方；該阻聚劑腔體裝有用于抑制輻照下液態(tài)可聚合物聚合反應(yīng)的阻聚劑；

成型膜，安裝在所述液體槽與阻聚劑腔體之間；所述成型膜具有光透性和抑制劑透過(guò)能力，根據(jù)所述阻聚劑透過(guò)成型膜與液態(tài)可聚合物作用，所述成型膜上表面形成一層未固化的液體層；

升降臺(tái)，用于連接被打印物體；

執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及數(shù)字光處理器，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述升降臺(tái)以帶動(dòng)升降臺(tái)的移動(dòng)；所述數(shù)字光處理器位于所述阻聚劑腔體的下方，將合適的光源調(diào)制之后，透過(guò)所述阻聚劑腔體、成型膜投影到液體槽中，引發(fā)聚合交聯(lián)固化反應(yīng)；

環(huán)境變量傳感器，用于監(jiān)控環(huán)境變量；及

中央控制器，該中央控制器與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)及環(huán)境變量傳感器連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述液體槽、阻聚劑腔、成型膜分別通過(guò)一緊固件連接在一起，固定于所述載物臺(tái)之上，且可拆卸。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述緊固件為環(huán)形螺紋緊固件，緊固件的內(nèi)壁設(shè)有螺紋；所述液體槽的底部外壁、阻聚劑腔體的頂部外壁及成型膜的外壁均設(shè)有外螺紋以與所述緊固件的螺紋對(duì)應(yīng)配合。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述液體槽與一液體供應(yīng)管道相通，以保證液體槽內(nèi)的液態(tài)可聚合物的充足；該阻聚劑腔體與一阻聚劑供應(yīng)管道連通；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括管道泵及管道閥，所述管道泵及管道閥位于液體供應(yīng)管道與阻聚劑供應(yīng)管道上。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括加熱器、散熱器；所述加熱器安裝于液體槽的底部以適時(shí)加熱液體；所述散熱器置于液體槽下部，以消散光固化過(guò)程釋放的熱量，控制打印環(huán)境溫度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)境變量傳感器包括溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、液位傳感器、速度傳感器、液體粘度計(jì)、光電探測(cè)器；所述溫度傳感器安置于成型膜上以監(jiān)控液體溫度；所述壓強(qiáng)傳感器置于所述阻聚劑腔體內(nèi)以監(jiān)控阻聚劑供應(yīng)壓強(qiáng)；所述液位傳感器用于監(jiān)控液體槽的液位水平；所述速度傳感器直接與間接地監(jiān)控升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度與位置，用于調(diào)節(jié)打印速度與定位反饋；所述光電探測(cè)器用于監(jiān)控所述數(shù)字光處理器的調(diào)制光輻照強(qiáng)度。

本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置通過(guò)所形成的未固化液體層，使得升降臺(tái)不需要反復(fù)地提升、填充液體、重定位、投影固化，而是通過(guò)提升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的液體壓力自然填充液態(tài)可聚合物，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)地提升運(yùn)動(dòng)與光固化過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的另一角度的示意圖，其中載物臺(tái)、液體槽及阻聚劑腔體呈剖開設(shè)置。

圖3為圖2的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的局部示意圖及部分放大圖。

圖4為本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的控制系統(tǒng)邏輯圖。

圖5為本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的打印速度控制方法邏輯圖。

圖6為本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的工作方法流程圖。

圖7為本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的系統(tǒng)配置方法示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。

請(qǐng)參閱圖1至圖3，為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施方式的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置，包括載物臺(tái)10、安裝在載物臺(tái)10上的液體槽20、對(duì)應(yīng)該液體槽20下方的阻聚劑腔體30、設(shè)置在液體槽20與阻聚劑腔體30之間的成型膜40、升降臺(tái)50、連接升降臺(tái)50的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60、數(shù)字光處理器(Digital Light Processing,DLP)70及中央控制器80。

所述基于液體光固化成型的快速3D打印裝置在本實(shí)施例中為一密封的工作室，所述載物臺(tái)10設(shè)置在該基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的中下部位置，并將基于液體光固化成型的快速3D打印裝置劃分為位于上部的密封的打印室15和位于下部的設(shè)備室16。

所述液體槽20安裝在載物臺(tái)10上，并位于打印室15中。該液體槽20內(nèi)盛放用于光固化的液態(tài)可聚合物21。該液體槽20與一液體供應(yīng)管道22相通，以保證液體槽20內(nèi)的液態(tài)可聚合物21的充足。該液體槽20通過(guò)緊固件25與載物臺(tái)10固定，并且與載物臺(tái)10可拆卸連接。所述緊固件25為環(huán)形螺紋緊固件，緊固件25的內(nèi)壁設(shè)有螺紋。

所述阻聚劑腔體30安裝在載物臺(tái)10下方，并位于設(shè)備室16中。該阻聚劑腔體30內(nèi)充滿用于抑制輻照下液態(tài)可聚合物聚合反應(yīng)的阻聚劑31。該阻聚劑腔體30與一阻聚劑供應(yīng)管道32連通。該阻聚劑腔體30通過(guò)緊固件25與載物臺(tái)10固定，并且與載物臺(tái)10可拆卸連接。

所述成型膜40安裝在載物臺(tái)10上，并位于液體槽20及阻聚劑腔體30之間，用于供阻聚劑31經(jīng)所述成型膜40滲透進(jìn)入液體槽20底部。在本實(shí)施例中，該成型膜40上接液體槽20，下接阻聚劑腔體30。成型膜40為本實(shí)用新型基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的核心組件，由復(fù)合材料制成。該復(fù)合材料具有光透性和一定的阻聚劑透過(guò)能力，用于打印過(guò)程中，阻聚劑31透過(guò)成型膜40，抑制液態(tài)可聚合物21的固化反應(yīng)，在其上表面維持一層未固化的液態(tài)可聚合物，保證光固化過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。該層未固化的液態(tài)可聚合物，稱為未固化液體層。在本實(shí)施例中成型膜40由具有光透性與阻聚劑透過(guò)性的聚合物薄膜壓疊或粘合于一支撐部件之上制成。

具體地，所述液體槽20的底部外壁、阻聚劑腔體30的頂部外壁及成型膜40的外壁均設(shè)有外螺紋以與所述緊固件25的螺紋對(duì)應(yīng)配合，因此液體槽20、阻聚劑腔體30及成型膜40通過(guò)緊固件25螺合連接在一起，固定于載物臺(tái)10之上，并且可拆卸，該結(jié)構(gòu)使得能夠根據(jù)不同的打印需求和打印環(huán)境，使用不同的上述部件，例如成型膜的類型需要與阻聚劑、光源的選擇相匹配；并且在需要更換時(shí)替換上述部件，方便快捷。

所述升降臺(tái)50受運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60驅(qū)動(dòng)，用于升降被打印物體100，升降臺(tái)50位于液體槽20的上方。升降臺(tái)50的底部與被打印物體100之間覆蓋有一層用于粘合物體的粘合劑薄膜55，可溶于特定的溶劑，在打印過(guò)程結(jié)束后浸泡在合適的溶劑中便可將被打印物體100從升降臺(tái)上拆離。該粘合劑薄膜55可在3D打印前通過(guò)向升降臺(tái)50下表面噴灑形成。

所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60包括連接升降臺(tái)50的Z軸移動(dòng)器61、連接Z軸移動(dòng)器61的X軸移動(dòng)器62、及連接X軸移動(dòng)器62的Y軸移動(dòng)器63；該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60接受中央處理器80的指令，通過(guò)電機(jī)精確地控制升降臺(tái)50的運(yùn)動(dòng)速度與位置，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向上的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，以配合光固化打印過(guò)程。具體地，該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60為一種十字滑塊運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。

所述數(shù)字光處理器70置于設(shè)備室16內(nèi)，空間上位于阻聚劑腔體30的下方，將合適的光源調(diào)制之后，透過(guò)阻聚劑腔體30、成型膜40投影到液體槽20中，引發(fā)聚合交聯(lián)固化反應(yīng)。

本實(shí)用新型基于液體光固化成型的快速3D打印裝置還包括若干用于監(jiān)控環(huán)境變量的環(huán)境變量傳感器和用于調(diào)控打印過(guò)程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

所述環(huán)境變量傳感器包括溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、液位傳感器、速度傳感器、液體粘度計(jì)、光電探測(cè)器等。所述溫度傳感器安置于成型膜40上，用于監(jiān)控液體溫度，保證安全的打印環(huán)境(設(shè)備安全、被打印物體100安全)，同時(shí)為調(diào)控打印速度提供依據(jù)；壓強(qiáng)傳感器置于打印室15內(nèi)與阻聚劑腔體30內(nèi)，用于監(jiān)控打印室15內(nèi)的環(huán)境壓強(qiáng)與阻聚劑腔體30內(nèi)的阻聚劑供應(yīng)壓強(qiáng)，為調(diào)控打印速度提供依據(jù)；液位傳感器監(jiān)控液體槽20的液位水平；速度傳感器直接與間接地監(jiān)控升降臺(tái)50的運(yùn)動(dòng)速度與位置，用于調(diào)節(jié)打印速度與定位反饋；光電探測(cè)器用于監(jiān)控?cái)?shù)字光處理器70的調(diào)制光輻照強(qiáng)度，為調(diào)控打印速度提供依據(jù)。上述的傳感器采集打印機(jī)運(yùn)行環(huán)境中的各類數(shù)據(jù)，反饋到中央處理器80，為之提供決策依據(jù)，形成打印機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60、加熱器、散熱器、管道泵、管道閥及所述數(shù)字光處理器70等。所述加熱器安裝于液體槽20的底部，用于適時(shí)加熱液體，進(jìn)而加快打印速度；所述散熱器置于液體槽20下部，用于消散光固化過(guò)程釋放的熱量，控制打印環(huán)境溫度；所述管道泵及管道閥位于液體供應(yīng)管道、壓縮氣體管道與阻聚劑供應(yīng)管道上。所述數(shù)字光處理器70置于設(shè)備室16，用于控制每一幀的輻照強(qiáng)度、投影圖像、單幀投影時(shí)間，進(jìn)而調(diào)節(jié)打印速度、打印精度；各執(zhí)行機(jī)構(gòu)與中央處理器80連接，接受中央處理器80的指令做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)打印過(guò)程。

工作時(shí)，液體槽20中的液態(tài)可聚合物21由符合成型物體要求的液態(tài)自由基可聚合單體和一定量合適的光引發(fā)劑混合而成。如：丙烯酸酯等自由基可聚合單體加入光引發(fā)劑作為液態(tài)可聚合物。當(dāng)位于阻聚劑腔體下方的數(shù)字光處理器，將數(shù)字光處理器70發(fā)出的載有物體三維模型切片信息的紫外光圖像75透過(guò)阻聚劑腔體30、成型膜40投影于液體槽20中時(shí)，液態(tài)可聚合物21中的光引發(fā)劑吸收特定波長(zhǎng)的能量產(chǎn)生自由基，液態(tài)自由基可聚合單體與自由基發(fā)生聚合交聯(lián)固化反應(yīng)，生成被打印物體100。

其中，為了使光固化過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，將阻聚劑31通入阻聚劑腔體30。阻聚劑31透過(guò)成型膜40與液態(tài)可聚合物21中的光引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基作用，抑制了光引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基與液態(tài)自由基可聚合單體的聚合，使得成型膜40附近的可聚合物固化反應(yīng)被抑制，以致成型膜40上表面形成一層未固化的液體層，稱為未固化液體層36。這使得升降臺(tái)50不需要反復(fù)地提升、填充液體、重定位、投影固化，而是依靠提升運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的液體壓力自然填充液態(tài)可聚合物21，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的固化過(guò)程。打印速度大大提高，且與三維模型投影幀數(shù)無(wú)關(guān)。

在本實(shí)用新型中，所述阻聚劑31的選取與液態(tài)可聚合物21、光引發(fā)劑相配合，選擇特定波長(zhǎng)的輻照光源與光引發(fā)劑相配合。如針對(duì)上述液態(tài)自由基可聚合單體加入光引發(fā)劑混合而成的液態(tài)可聚合物，通常氧氣作為阻聚劑，紫外光束作為投影光源。當(dāng)氧在單體中的溶解度達(dá)到10^-3mol/L時(shí)，便具有強(qiáng)烈的阻聚作用[參考自潘祖仁.高分子化學(xué).化學(xué)工業(yè)出版社.]。未固化液體層厚度36與阻聚劑類型、成型膜通透特性、阻聚劑壓強(qiáng)、調(diào)制光輻照強(qiáng)度等因素有關(guān)。且存在使上述連續(xù)光固化過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行的安全厚度，打印過(guò)程中該未固化液體層厚度不得小于安全厚度。

本實(shí)用新型的基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的光固化過(guò)程中，阻聚劑透過(guò)成型膜與光引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基作用，成型膜附近的可聚合物固化反應(yīng)被抑制，以致成型膜表面形成一層未固化的液體層。這使得升降臺(tái)通過(guò)提升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的液體壓力自然填充液態(tài)可聚合物，無(wú)需反復(fù)地提升、填充液體、重定位、投影固化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)地提升運(yùn)動(dòng)與光固化過(guò)程，打印速度快、精度高，且與三維模型投影幀數(shù)無(wú)關(guān)。

如圖4及圖5所述，本實(shí)用新型還提供一種基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的系統(tǒng)控制方法，包括打印速度調(diào)節(jié)方法、打印精度控制方法和安全運(yùn)行條件，分別圍繞打印速度、打印精度與安全運(yùn)行條件三個(gè)方面調(diào)整各控制參數(shù)，保證打印過(guò)程順利進(jìn)行；該基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的系統(tǒng)控制方法包括以下步驟：

步驟一，提供所述基于液體光固化成型的快速3D打印裝置，該基于液體光固化成型的快速3D打印裝置包括載物臺(tái)10、安裝在載物臺(tái)10上的液體槽20、對(duì)應(yīng)該液體槽20下方的阻聚劑腔體30、設(shè)置在液體槽20與阻聚劑腔體30之間的成型膜40、升降臺(tái)50、連接升降臺(tái)50的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60、數(shù)字光處理器70及中央控制器80、環(huán)境變量傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述中央處理器與環(huán)境變量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)以上述的打印速度、打印精度、安全運(yùn)行條件為決策標(biāo)準(zhǔn)；

步驟二，所述控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)實(shí)體的特性以及選定的打印方案，通過(guò)環(huán)境變量傳感器對(duì)打印過(guò)程中的環(huán)境變量進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)控的各環(huán)境變量狀態(tài)發(fā)送給中央控制器80，為之提供決策依據(jù)；

步驟三，中央處理器收到所述監(jiān)控的各環(huán)境變量狀態(tài)后生成控制命令并發(fā)送給所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行動(dòng)作；

步驟四：所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境變量產(chǎn)生改變；返回步驟二，形成閉環(huán)反饋，以使得光固化打印過(guò)程正常進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期打印效果。

具體地說(shuō)，所述環(huán)境變量包括所述液體槽20內(nèi)的用于光固化的液態(tài)可聚合物21的液體溫度、液體粘度、液體槽液位、提升速度等；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括數(shù)字光處理器、加熱器、管道泵、管道閥等；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作包括調(diào)整調(diào)制光輻照強(qiáng)度、單幀投影時(shí)間、溫度、壓力、升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度等；

所述3D打印速度，即升降臺(tái)50的提升速度，是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)。

升降臺(tái)50的提升速度由電機(jī)決定。然而打印速度不得高于光固化速度與液體填充速度，是多方因素共同影響下的結(jié)果。光固化速度代表液體在調(diào)制光輻照下，固化反應(yīng)的快慢；液體填充速度代表升降臺(tái)50提升后，流體填充因此形成的空隙的快慢。對(duì)于不同的打印目標(biāo)，關(guān)鍵決定因素有所不同。因此通過(guò)提高光固化速度與液體填充速度，可以改善打印速度。

其中，光固化速度與調(diào)制光輻照強(qiáng)度、液態(tài)可聚合物特性、光引發(fā)劑特性、光源等因素相關(guān)。在光固化速度為限制因素的情形下，打印速度可近似等同于固化反應(yīng)速度。當(dāng)選定液態(tài)可聚合物、光源、光引發(fā)劑時(shí)，輻照強(qiáng)度φ越大，一定時(shí)間內(nèi)固化厚度越厚，光固化速度越快。

對(duì)于固化面較大的實(shí)體，液體填充速度對(duì)打印速度影響顯著。填充速度與液體粘度、壓強(qiáng)、未固化液體層厚度以及要打印物體的固化面幾何特征有關(guān)。液態(tài)可聚合物粘度η越小，填充速度越快；壓強(qiáng)P越大，填充速度越快；固化面與成型膜之間未固化液體層厚度d越大，填充速度越快；以及打印物體固化面S越小，填充速度越快。

所述打印速度調(diào)節(jié)方法包括如下三種方式中的一種、或者一種以上的方式同時(shí)進(jìn)行：A、通過(guò)加熱器加熱槽內(nèi)液體、增加環(huán)境壓強(qiáng)或增大未固化液體層厚度，加快所述的液體填充速度；B、通過(guò)調(diào)節(jié)輻照強(qiáng)度，在保證分辨率的情形下加快所述的固化反應(yīng)速度；C、所述打印速度與光固化速度、液體填充速度相配合，在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中找出合理的參數(shù)配置，特別是避免過(guò)固化和固化不完全的情形出現(xiàn)，保證打印過(guò)程順利進(jìn)行。

打印精度直接決定了成型物體的物理特性及是否滿足應(yīng)用要求。垂直分辨率與水平方向的像素大小共同決定了打印精度。由于連續(xù)固化的特點(diǎn)，打印速度與投影幀數(shù)無(wú)關(guān)。通過(guò)增加數(shù)字光投影幀數(shù)，即大量增加三維模型切片數(shù)目，便可以保證在滿意的打印速度下，提高成型物體垂直方向的精度，也因而改善了被打印物體的物理特性。如同播放單幀圖像與播放視頻的差別，垂直打印精度可以優(yōu)于所要求的表面分辨率。而水平方向的精度由DLP部件本身的像素大小決定。

因此，所述打印精度控制方法包括如下兩種方式中的一種或者兩種同時(shí)進(jìn)行：A、增加數(shù)字光投影幀數(shù)以提高成型物體垂直方向的精度；B、調(diào)整DLP部件本身的像素大小改變水平方向的精度。

所述安全運(yùn)行條件主要包括環(huán)境溫度、未固化液體層厚度、液位水平。光固化反應(yīng)是放熱過(guò)程，環(huán)境溫度必須實(shí)時(shí)監(jiān)控，不得高于被打印物體和設(shè)備運(yùn)行的安全溫度，必要時(shí)可以通過(guò)散熱器消散固化反應(yīng)釋放的熱量。透過(guò)成型膜的阻聚劑在物體固化面與成型膜表面之間維持的未固化液體層是實(shí)現(xiàn)連續(xù)光固化的關(guān)鍵，未固化液體部分的厚度過(guò)薄會(huì)引起打印過(guò)程不穩(wěn)定，導(dǎo)致連續(xù)光固化失敗。輻照強(qiáng)度越強(qiáng)，由于固化抑制作用所形成的未固化液體層的厚度越薄。打印過(guò)程中，保持輻照強(qiáng)度在安全范圍內(nèi)。液位水平同樣需要得到保證，過(guò)低的液體槽液位會(huì)導(dǎo)致打印失敗。

因而，所述安全運(yùn)行條件需滿足如下要求：A、環(huán)境溫度不得高于被打印物體和設(shè)備運(yùn)行的安全溫度，必要時(shí)通過(guò)散熱器消散固化反應(yīng)釋放的熱量；B、未固化液體層厚度，通過(guò)調(diào)節(jié)輻照強(qiáng)度在安全輻照強(qiáng)度φ_safe內(nèi)，大于保證連續(xù)光固化過(guò)程穩(wěn)定的安全厚度；C、液位水平需滿足打印物體的安全液位水平；D、以上變量通過(guò)所述的環(huán)境變量傳感器監(jiān)控得到保證。

如圖6及圖7所示，本實(shí)用新型還提供一種基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的工作方法，包括以下步驟：

步驟S0，配置一基于液體光固化成型的快速3D打印裝置及測(cè)量其系統(tǒng)參數(shù)；該基于液體光固化成型的快速3D打印裝置包括：載物臺(tái)10、安裝在載物臺(tái)10上的液體槽20、對(duì)應(yīng)該液體槽20下方的阻聚劑腔體30、設(shè)置在液體槽20與阻聚劑腔體30之間的成型膜40、升降臺(tái)50、連接升降臺(tái)50的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60、數(shù)字光處理器70及中央控制器80；根據(jù)目標(biāo)打印物體的需求，配合選擇合適的置入液體槽20內(nèi)的液體可聚合物21、置入阻聚劑腔體30內(nèi)的阻聚劑31、數(shù)字光處理器70的特定波長(zhǎng)的光源，即打印方案的確定；測(cè)量上述配置下的系統(tǒng)參數(shù)；

步驟S1，根據(jù)步驟S0測(cè)量得到的系統(tǒng)參數(shù)，選定合適的運(yùn)行參數(shù)；該運(yùn)行參數(shù)包括：輻照強(qiáng)度、投影幀數(shù)、單幀投影時(shí)間、升降臺(tái)提升速度以及升降臺(tái)初始位置；

步驟S2，根據(jù)步驟S1選定的運(yùn)行參數(shù)，初始化基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的控制系統(tǒng)，開始打?。?/p>

步驟S3，數(shù)字光處理器70將調(diào)制過(guò)的光源，以步驟S1中選定的投影幀數(shù)、輻照強(qiáng)度和單幀投影時(shí)間，投影至液體槽20中，液體可聚合物發(fā)生聚合交聯(lián)固化反應(yīng)；

步驟S4，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)60以步驟S1選定的提升速度從初始位置開始提升升降臺(tái)50；

步驟S5，步驟S3、S4互相配合，同時(shí)進(jìn)行；

步驟S6，進(jìn)行步驟S5，直至播放完所有物體三維模型的切片，打印過(guò)程結(jié)束；

步驟S7，將升降臺(tái)50拆卸，并置于可溶解粘合劑的清洗溶劑中，以便將被打印物體100從升降臺(tái)上拆離。

針對(duì)相同的打印類型，步驟S0只需做一次獲取必要的系統(tǒng)配置參數(shù)，每一次具體的打印過(guò)程從S1開始，每次打印任務(wù)開始時(shí)需要選定合適的運(yùn)行參數(shù)。

上述的步驟S0中，所述基于液體光固化成型的快速3D打印裝置的一個(gè)具體實(shí)施例為：液體可聚合物21由液態(tài)自由基可聚合單體丙烯酸酯混合光引發(fā)劑，阻聚劑31為氧氣，所述數(shù)字光處理器70的光源為紫外光，所述成型膜40由含氟聚合物Teflon AF 2400薄膜與聚二甲基硅氧烷(PDMS)或微孔玻璃支撐件經(jīng)粘合或壓疊而成；這些配置將影響系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量與運(yùn)行參數(shù)的選取。

進(jìn)一步地，所述步驟S0中還包括對(duì)若干變量的設(shè)定，這些變量包括阻聚劑壓強(qiáng)、液體溫度、液體粘度、液體槽液位、液體壓力、環(huán)境溫度等等。

進(jìn)一步地，所述步驟S0中的測(cè)量上述配置下的系統(tǒng)參數(shù)的方法包括以下步驟：

S01：測(cè)量未固化層厚度與輻照強(qiáng)度之間的關(guān)系，以及安全輻照強(qiáng)度φ_safe；由于本實(shí)用新型的3D工作方法依賴于透過(guò)成型膜的阻聚劑在物體固化面與成型膜表面之間維持的未固化液體層，輻照強(qiáng)度越強(qiáng)，未固化層厚度越?。划?dāng)未固化層厚度過(guò)小時(shí)，該固化過(guò)程變得不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致打印失敗。當(dāng)步驟S0給定打印配置方案后，可以測(cè)量得到保證打印過(guò)程正常進(jìn)行的安全輻照強(qiáng)度φ_safe(例如未固化層厚度取30μm-200μm的安全范圍)，打印機(jī)工作的輻照強(qiáng)度不得高于φ_safe；而未固化層厚度與輻照強(qiáng)度之間關(guān)系的測(cè)量方法如下：

將升降臺(tái)下降至距離成型膜高度h，保持一定的投影時(shí)間不變，改變輻照強(qiáng)度φ進(jìn)行多次試驗(yàn)，測(cè)量成功固化膜片的厚度，即固化厚度d_cured；h與固化厚度d_cured之差即該輻照強(qiáng)度下的未固化層厚度d_uncured。多次往復(fù)試驗(yàn)，得到未固化層厚度d_uncured與輻照強(qiáng)度φ之間的變化規(guī)律；

S02：測(cè)量固化速度與輻照強(qiáng)度之間的關(guān)系；將升降臺(tái)下降至距離成型膜高度h，保持一定的投影時(shí)間不變，在S01所述的安全輻照強(qiáng)度φ_safe內(nèi)，調(diào)整輻照強(qiáng)度φ進(jìn)行多次試驗(yàn)，測(cè)量對(duì)應(yīng)的固化厚度d_cured；多次往復(fù)試驗(yàn)，得到固化厚度d_cured與輻照強(qiáng)度φ之間的變化規(guī)律，進(jìn)而得到輻照光強(qiáng)度φ與固化速度之間的關(guān)系；

S03：測(cè)量升降臺(tái)提升速度、輻照強(qiáng)度之間的配合關(guān)系；升降臺(tái)的提升速度不得高于光固化速度與液體填充速度，并與之相配合，結(jié)合上述S02中測(cè)量出的固化速度與輻照強(qiáng)度之間的關(guān)系，通過(guò)多次試驗(yàn)獲得合適的升降臺(tái)提升速度與輻照強(qiáng)度取值區(qū)間之間的配合關(guān)系v＝f(φ)，其中φ∈[φ_min,φ_safe]，v∈[v₁,v₂]；

其中，上述步驟S01及S02的順序可以調(diào)換；另外，步驟S01及S02由于使用的方法相同，可以同時(shí)進(jìn)行；

進(jìn)一步地，基于上述步驟S0測(cè)量到的系統(tǒng)參數(shù)，所述步驟S1中的選定合適的運(yùn)行參數(shù)方法如下：

S11：選定升降臺(tái)提升速度v，即打印速度；根據(jù)上述步驟S03中測(cè)得的升降臺(tái)提升速度與輻照強(qiáng)度取值區(qū)間之間的配合關(guān)系v＝f(φ)，從中選定合適的升降臺(tái)提升速度v與輻照強(qiáng)度φ。

S12：選定投影幀數(shù)N；增加數(shù)字光投影幀數(shù)，即增加三維模型切片的數(shù)目，便可保證在滿意的打印速度下，提高成型物體垂直方向的精度，也因而改善被打印物體100的物理特性；水平方向的精度由DLP部件本身的像素大小決定；根據(jù)要求的實(shí)體打印精度，得到對(duì)應(yīng)的三維模型切片數(shù)目，即投影幀數(shù)N；

S13：選定單幀投影時(shí)間Δt；由S11得出的升降臺(tái)提升速度v和S12投影幀數(shù)N得到單幀投影時(shí)間Δt。

其中，上述步驟S11及S12的順序可以調(diào)換。

針對(duì)相同的打印類型，步驟S0只需做一次獲取必要的配置參數(shù)，每一次具體的打印過(guò)程從S1開始，每次打印任務(wù)開始時(shí)選定合適的運(yùn)行參數(shù)。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。