技术领域
[0001] 本申请涉及光固化打印技术领域，尤其涉及一种光固化打印方法。
相关背景技术
[0002] 光固化打印是3D打印技术之一。光固化打印能够使用紫外光固化树脂材料，使其从流体转变为固体，形成所需要的3D产品。
[0003] 受到树脂材料的材料性能限制，光固化打印得到的产品强度不高，其刚度和强度都可能无法满足工业场景的应用需求，从而不能直接作为终端零部件使用。为了提升材料性能，可以加入纤维材料形成复合材料，从而提高材料的强度和刚度。
[0004] 然而，传统光固化3D打印技术只适用于打印光固化树脂材料，无法打印纤维增强的光固化树脂材料(复合材料)，从而无法得到高强度、高刚度要求的产品。
[0005] 需要说明的是，上述内容并不必然是现有技术，也不用于限制本申请的专利保护范围。
具体实施方式
[0044] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0045] 需说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0046] 以下提供本申请的术语解释。
[0047] 3D打印：是一种以数字模型(3D设计文件)为基础，运用粉末状金属或塑料(树脂材料)等可粘合材料，通过逐层打印来构造物体的技术。3D打印技术包括：FDM(熔融层积技术)、SLA(光固化成型技术)、NPJ(金属3D打印技术)等。
[0048] 光固化打印(SLA)：是指利用紫外光照射液态光固化树脂，使其发生反应，由液态转变为固态，逐层固化并生成三维实体的成型技术。
[0049] 光固化树脂：又称光敏树脂，在受光线照射后，短时间内会迅速发生物理和化学变化，进而交联固化的低聚物。
[0050] 连续纤维：连续长丝，通常长度很长，直径很小，能够沿长度方向起不间断增强效应的纤维材料。
[0051] 复合材料：是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，组成具有新性能的材料。在本实施例中，复合材料的组分包括：光固化树脂(树脂材料)和连续纤维织物或纱线(纤维材料)。
[0052] 预浸料：是把基体浸渍在增强体中制成的预浸片材产品，是复合材料的中间材料。在本实施例中，预浸料是用光固化树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维织物，所制成的光固化树脂(基体)与连续纤维织物(增强体)的组合物。
[0053] 为方便本领域技术人员理解本申请实施例提供的技术方案，下面对相关技术进行说明：
[0054] 3D打印材料主要包括金属和树脂。金属材料打印得到的产品虽然具备高强度和高刚度，但是金属材料打印设备和金属材料成本高、重量大、设备使用方法复杂。因此，金属3D打印技术难以适用一般场景。而树脂材料和树脂材料打印设备成本低、使用简便，可以应用于大部分场景。
[0055] 但是，受树脂材料的材料性能限制，树脂材料打印得到的产品强度都不高，其刚度和强度都无法满足工业场景的应用需求，从而不能直接作为终端零部件使用。为了提升材料性能，可以加入纤维材料形成复合材料，从而提高材料的强度和刚度。
[0056] 然而，本发明人了解到的光固化3D打印技术只适用于打印光固化树脂材料，无法打印纤维增强的光固化树脂材料(复合材料)，从而无法得到高强度、高刚度要求的产品。
[0057] 为此，本申请实施例提供了一种光固化打印方案。在本技术方案中，将连续纤维织物固定在打印平台上，将所述打印平台移入所述料槽中，使得所述连续纤维织物浸润在所述光固化树脂中。通过紫外光发射装置发射紫外光至所述光固化树脂，以得到固化物。其中，所述固化物为所述光固化树脂和所述连续纤维织物的混合物。本申请实施例提供的技术方案可以打印纤维增强的光固化树脂，从而获得符合预期指标的高强度高刚度的零部件，能够满足工业场景的应用需要，有效提升使用体验。相比通过模具加工的复合材料成型技术，本技术方案无需模具、无需机加工，简化了复合材料成型工艺，提高成型效率，有效降低成本。具体见后文。
[0058] 下面，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。须知，这些示例性实施例可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。
[0059] 本申请实施例提供的光固化打印方法可以应用于3D打印设备中。
[0060] 所述3D打印设备可以包括打印平台、料槽和紫外线发射装置。其中，打印平台可以逐步移入、移出所述料槽，以完成3D打印流程。料槽可以用于装载光固化树脂，光固化树脂可以作为3D打印的耗材使用。紫外线发射装置可以用于发射紫外光，以使液态的光固化树脂在紫外光的激发下转变为固态。紫外线发射装置可以包括投影仪器、紫外激光器等。
[0061] 图1示意性示出了本申请实施例的光固化打印方法的流程图。
[0062] 如图1所示，该光固化打印方法可以包括：
[0063] 步骤S100：将连续纤维织物或纱线固定在所述打印平台上。
[0064] 步骤S102：将所述打印平台移入所述料槽中，使得所述连续纤维织物或纱线浸润在所述光固化树脂中。
[0065] 步骤S104：通过所述紫外光发射装置发射紫外光至所述光固化树脂，以得到固化物；其中，所述固化物为以所述光固化树脂为基体，以所述连续纤维织物或纱线为增强体的复合材料。
[0066] 在本实施例中，将连续纤维织物或纱线固定在打印平台上，再进行光固化打印。接着，将打印平台移入料槽中，由于料槽中预先装有用于3D打印的光固化树脂，预先固定在打印平台上的连续纤维织物或纱线可以被料槽中的光固化树脂充分浸润，进而形成以光固化树脂为基体、以连续纤维织物或纱线为增强体的复合材料。
[0067] 由于连续纤维的结构具有高拉伸强度和刚度特性，将连续纤维作为增强体和光固化树脂(基体)复合，可以得到纤维增强的光固化树脂，从而大幅度提高光固化树脂的强度和刚度。紫外线照射至光固化树脂，可以得到固化物。固化物是连续纤维和光固化树脂的固态混合物，可以作为构成目标产品的其中一层。纱线是纤维材料，具备高拉伸强度和高刚度，也可以作为增强体。
[0068] 在本实施例中，由于将连续纤维织物或纱线固定在打印平台上，因此在光固化打印开始时，连续纤维织物或纱线就可以有效地跟随打印平台进入所述料槽中从而被光固化树脂充分浸润，使得连续纤维织物或纱线可以作为增强材料与光固化树脂复合。在紫外线照射至光固化树脂的情形下，可以实现对纤维增强的光固化树脂的3D打印，从而获得高强度高刚度的零部件，满足工业场景的应用需要，有效提升使用体验。
[0069] 另一方面，相比基于模具加工的复合材料成型技术，本实施例中采用的上述光固化打印技术，通过紫外线光照射固定在打印平台并浸润在光固化树脂中的连续纤维织物或纱线，使得包括光固化树脂和连续纤维织物(或纱线)两种组分的复合材料固化成型。该复合材料成型过程无需模具、无需机加工，简化了复合材料成型工艺，可以提高成型效率，有效降低成本。
[0070] 需要说明的是，3D打印实质是通过逐层叠加来构造三维物体。上述实施例中生成的固化物可以作为构成目标产品的其中一层，下面将对如何得到目标产品进行介绍。
[0071] 在可选的实施例中，如图2所示，该光固化打印方法可以包括：
[0072] 步骤S200：将所述打印平台从所述料槽中逐步抬升，重复固定、浸润和固化，直至得到满足设计尺寸的目标产品。
[0073] 在本实施例中，将打印平台从装有液态光固化树脂的料槽中逐步抬升，并重复固定、浸润和固化。每次抬升后打印平台都会处在新的液面层，将紫外线照射至新液面层中的光固化树脂上，会形成新的一层固化物。每次抬升打印平台都可以在上一次形成固化物的基础上新增一层固化物，逐步抬升打印平台可以对固化物层层叠加，逐层构建所需要的三维物体，最终得到满足设计尺寸的目标产品。需要说明的是，设计尺寸可以包括目标产品的形状、大小、厚度等。
[0074] 通过将打印平台逐步抬升，重复固定、浸润和固化，逐层叠加固化物，可以得到满足设计尺寸的目标产品。在每一层的固化物都是纤维增强的光固化树脂的基础上，可以保证得到的目标产品具有高强度和高刚度。
[0075] 为了降低3D打印的操作难度，可以预先对连续纤维织物进行处理。下面提供一个示例性的方法。
[0076] 在可选的实施例中，如图3所示，该光固化打印方法包括：
[0077] 步骤S300：根据所述目标产品的目标形状，确定所述连续纤维织物的第一形状。
[0078] 步骤S302：根据所述第一形状，对待裁切连续纤维织物进行裁切，以得到所述连续纤维织物。
[0079] 在本实施例中，可以将连续纤维织物按照所要打印的目标产品的形状进行裁切，将裁切后的连续纤维织物固定在打印平台上。这样做的好处是可以使固定在打印平台上的连续纤维织物满足目标产品的形状要求，减少3D打印的操作难度。
[0080] 在完成光固化打印，并得到目标产品的情况下，需要对该目标产品进行多个后处理步骤，以提升目标产品的性能。下面将提供多个对目标产品进行后处理的实施例。
[0081] 在可选的实施例中，如图4所示，该光固化打印方法可以包括：
[0082] 步骤S400：在得到所述目标产品的情形下，通过清洗溶剂去除所述目标产品表面上的残留光固化树脂。
[0083] 在得到目标产品后，为了进一步提高目标产品的性能和美观度，可以对残留在目标产品表面的多余树脂进行处理。
[0084] 在本实施例中，可以采用乙醇等清洗溶剂，对所述目标产品表面进行擦拭或直接浸泡所述目标产品，从而可以有效去除目标产品表面的残留光固化树脂，提高目标产品的表面性能，而且不损伤目标产品的结构。
[0085] 在一些实施例中，也可以采用刮刀或刷子，清除目标产品表面的残留光固化树脂，以提高目标产品的表面性能。
[0086] 需要说明的是，可以采用多种方式去除目标产品表面的残留光固化树脂，如超声波震荡清洗，可以根据实际需要进行选择，在此不做限定。
[0087] 在可选的实施例中，如图5所示，所述光固化打印方法还可以包括：
[0088] 步骤S500：将清洗后的所述目标产品烘干。
[0089] 在本实施例中，将清洗后的目标产品进行烘干处理，可以使得残留的清洗溶剂挥发，避免影响目标产品的之后的处理步骤。在一些实施例中，也可以采用吹风机或气枪清楚目标产品表面残留的清洗液，根据实际需要选择，在此不做限定。
[0090] 在可选的实施例中，如图6所示，所述光固化打印方法还可以包括：
[0091] 步骤S600：在所述目标产品被烘干的情形下，通过光照或加热，再次固化所述目标产品。
[0092] 虽然打印完成时，目标产品已经成型，但其表面仍然比较黏并且相对较软，导致上述情况的原因可能是没有反应彻底至完全固化。因此，为了提高目标产品的稳定性及刚强度，可以对目标产品进行再次固化。如本实施例采用的技术手段，可以通过光照、加热等方式再次固化目标产品，从而有效改善目标产品的强度和稳定性，使其表面更加坚硬和干燥，便于对目标产品进行打磨和喷漆处理。
[0093] 另外，如步骤S100所述，为了实现对纤维增强的光固化树脂的3D打印，需要预先将连续纤维织物有效固定在打印平台上。固定方法有多种，下面将提供多个示例性的实施例。
[0094] 在可选的实施例中，如图7所示，步骤S100“将连续纤维织物固定在所述打印平台上”可以包括：
[0095] 步骤S700：通过粘接剂将所述连续纤维织物固定在所述打印平台上。
[0096] 在本实施例中，可以使用粘接剂或其他类似材料将所述连续纤维织物粘连在所述打印平台上。因此，在打印平台移动时，连续纤维织物会跟随所述打印平台一起移动。这样，在打印平台移入装有光固化树脂的料槽中时，连续纤维织物能够被光固化树脂完全浸润，使得连续纤维织物可以作为增强材料与光固化树脂复合，从而获得纤维增强的光固化树脂，进而实现3D打印纤维增强的光固化树脂。
[0097] 在可选的实施例中，如图8所示，步骤S100“将连续纤维织物固定在所述打印平台上”可以包括：
[0098] 步骤S800：将所述预浸料固定在所述打印平台上；
[0099] 其中，所述预浸料是所述光固化树脂和所述连续纤维织物的组合物，所述预浸料具有粘性。
[0100] 在本实施例中，可以采用具有粘性且包含有连续纤维织物组分的预浸料替换粘接剂，将预浸料固定在打印平台上。在打印平台移动时，预浸料会跟随所述打印平台移动。这样，在打印平台移入装有光固化树脂的料槽中时，预浸料能够被光固化树脂完全浸润，使得预浸料中的连续纤维织物组分可以作为增强材料与光固化树脂复合，从而能够获得纤维增强的光固化树脂，进而实现3D打印纤维增强的光固化树脂。
[0101] 在可选的实施例中，如图9所示，步骤S100“将连续纤维织物固定在所述打印平台上”可以包括：
[0102] 步骤S900：通过铺丝机自动铺放所述连续纤维织物，并将所述连续纤维织物固定在所述打印平台上。
[0103] 铺丝机可以用在丝束铺放过程中，自动控制丝束的铺放轨迹，并实现自动铺放。在本实施例中，采用铺丝机来控制连续纤维织物的铺放轨迹，并实现连续纤维织物的自动铺放，从而快速地将连续纤维织物固定在打印平台上，有效提高生产效率和降低成本。
[0104] 在可选的实施例中，所述光固化树脂可以包括混合短切纤维的光固化树脂。在光固化树脂中添加短切纤维，可以有效增强光固化树脂打印件的强度和刚度，提高打印件的稳定性和抗冲击性。
[0105] 为了使得本申请实施例更加容易理解，以下结合图10提供一个示例性应用。在示例性应用中，该光固化打印方法应用于3D打印设备，所述3D打印设备包括：打印平台、料槽和紫外光发射装置；其中，所述料槽用于装载光固化树脂。
[0106] S11，将连续纤维织物按照目标产品的造型裁切形状。
[0107] S12，将连续纤维织物固定在打印平台上。
[0108] S13，将打印平台下降到料槽中，使连续纤维织物被光固化树脂充分浸润。
[0109] 充分浸润包括连续纤维织物被光固化树脂完全浸润，由此可以得到纤维增强的光固化树脂。
[0110] S14，紫外线发射装置发射紫外线光照射光固化树脂。
[0111] S15，将打印平台逐步抬升，重复S11～S14逐层打印，直到得到目标产品。
[0112] S16，从打印平台上取下目标产品。
[0113] S17，清洗目标产品表面残留的光固化树脂。
[0114] S18，烘干清洗后的目标产品。
[0115] S19，对烘干后的目标产品进行再次固化。
[0116] 相比本发明人了解到的光固化打印技术，本申请实施例提供的技术方案可以打印纤维增强的光固化树脂，从而获得高强度高刚度的零部件，能够满足工业场景的应用需要，有效提升使用体验。相比传统复合材料成型技术，本技术方案无需模具、无需机加工，简化了复合材料成型工艺，提高成型效率，有效降低成本。
[0117] 需说明的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0118] 为了便于描述，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0119] 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0120] 除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0121] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0122] 还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发申请的范围内。
[0123] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0124] 还需要说明的是，以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
