Поворотная ванна для фотополимерного 3d-принтера

Полезная модель относится к области аддитивных технологий, а именно к способу 3d-печати деталей фотополимерными композициями.
Техническим результатом полезной модели является повышение скорости 3d-печати детали фотополимерными композициями.
Технический результат достигается благодаря применению поворотной ванны с фотополимерной композицией или вращению изготавливаемого объекта в процессе послойной 3d-печати детали из жидких фотополимерных смол.
Известная технология стереолитографической 3d-печати, отражённая в патенте № US5554336A от 10.09.1996, выглядит следующим образом: источник света, необходимый для отверждения фотополимерной композиции, расположен под или над ванной с расходным материалом. Готовая 3d-модель, порезанная на слои заданной оператором толщины, в процессе изготовления послойно экспонируется на печатную площадку. Фотополимерная композиция полимеризуется только на участках, которые подверглись облучению источником света. Печать может осуществляться сверху-вниз или снизу-вверх. В случае, если печать осуществляется снизу-вверх, дно ванны с фотополимерной композиции выполняется из прозрачного антиадгезионного материала, как правило, FEP плёнки. После отверждения первого слоя необходимо поднять печатную платформу на высоту следующего слоя, засветить второй слой и так далее. Однако за счёт того, что плёнка не является абсолютным антиадгезионным материалом и, после отверждения, полимеризованный слой прилипает к пленке, требуется поднять платформу на высоту большую толщине следующего слоя. Кроме того, плёнка, при отрыве слоя от поверхности прогибается, что дополнительно увеличивает высоту, на которую требуется поднять печатную платформу. В следствии этого, после поднятия печатной платформы на высоту, превышающую толщину слоя, требуется опустить печатную платформу до уровня толщины печатного слоя.
Недостатком известного способа является то, что подъём и опускание платформы требует дополнительного времени, увеличивающего срок изготовления детали.
Известен способ 3d-печати объекта из фотополимерной композиции (патент США №US 7438846 B2 от 21.10.2008г.), включающий осуществление послойной проекции светового излучения, перемещение изготавливаемого объекта на печатной платформе вдоль оси построения. При этом зона формирования со стороны светового излучения ограничена эластичной пленкой.
В процессе послойного светового отверждения фотополимер может приклеиваться к эластичной плёнке из-за образования химических связей и адгезировать к поверхности плёнки из-за эффекта присоски, поскольку сформированная поверхность прижимается к плоскости плёнки атмосферным давлением с одной стороны и печатной платформой с другой стороны. Оба эффекта препятствуют плавному поступлению жидкого фотополимера в зону экспозиции сечения изделия и требует поднятия печатной платформы с полимеризованными слоями изготавливаемой модели на высоту, достаточную для эластичного прогиба плёнки и отделения от неё нижнего слоя изготавливаемого объекта. В процессе перемещения, происходит отрыв эластичной пленки от поверхности отвержденного изделия за счет упругих свойств пленки. В процессе перемещения формируемого изделия фотополимерная композиция поступает в промежуток между изделием и поверхностью эластичной плёнки. Затем печатная платформа с изделием перемещается вниз, на расстояние равное толщине следующего печатного слоя. Описанный цикл повторяют при формировании каждого слоя объекта.
Недостатками известного способа является то, что он не обеспечивает достаточно высокую скорость 3D-печати из-за необходимости перемещения печатной платформы до уровня прогиба плёнки и последующего возвращения на уровень толщины слоя изготавливаемой детали.
Известен способ формирования трехмерного изделия из жидкого фотополимера (патент Канады №CA2898106A1 от 21.08.2014г.), отверждаемого световым излучением, включающий непрерывную полимеризацию фотополимерной композиции световой проекцией, перемещение изготавливаемого объекта вдоль оси построения, формирование нижней части изделия в подвижной граничной зоны фотополимера.
В известном способе подвижность граничной зоны фотополимерной композиции обеспечивают ингибированием материала в нижней слое построения объекта. При этом в подвижную граничную зону построения объекта подают ингибитор полимеризации. Наличие ингибитора в граничном слое позволяет осуществлять 3d-печать объекта непрерывно. При этом слой вблизи светового излучения остаётся неотверждённым, что препятствует адгезии нижнего слоя изготавливаемого объекта к граничной зоне. Непрерывное перемещение изделия вдоль оси построения позволяет увеличить скорость изготовления объекта.
Недостатками известного способа является то, что он требует для своего применения специального фотополимерного материала, с учетом необходимости его ингибирования и применения соответствующих реагентов. Кроме того, указанный способ снижает качество получаемой 3D-детали в следствии плавающей границы начала полимеризации жидкого фотополимерного материала.
Наиболее близким по технической сущности является способ формирования трехмерного изделия из жидкого фотополимера (патент США №US20130292862A1 от 07.11.2013), включающий послойную экспозицию изготавливаемого объекта, перемещение формируемого изделия вдоль оси построения, полимеризацию слоя фотополимерной композиции в граничной зоне построения.
В известном способе ванна с фотополимером, имеющая прозрачное дно из антиадгезионного материала, совершает боковое (скользящее) движение, затем, в сдвинутом положении, производится насыщение материала ингибитором полимеризации. Благодаря этому граничный слой фотополимера, находящийся в контакте с поверхностью дна ёмкости с фотополимерной композицией, в дальнейшем сохраняется в не отвержденном (жидком) состоянии.
Известный способ предотвращает адгезию нижнего слоя изготавливаемого объекта к дну ёмкости с фотополимерной композицией, однако процесс связан с регулярными боковыми перемещениями ёмкости и механической очисткой дна ёмкости. Изготовление объекта осуществляется с перерывами для выполнения этих операций.
Недостатками известного способа является то, что он требует дополнительного времени на боковое перемещение ёмкости с фотополимерной композицией и насыщения её ингибитором полимеризации.
Основной технологической проблемой прототипа является низкая производительность, связанная с необходимостью перемещения печатающей платформы на расстояние, превышающее толщину печатаемого слоя.
Задачей полезной модели является сокращение времени аддитивного производства 3d-объектов посредствам фотополимерной 3d-печати.
Техническим результатом полезной модели является повышение производительности фотополимерных 3d-принтеров.
Указанный технический результат достигается за счет того, что исключается необходимость в дополнительном подъёме и опускании печатной платформы. Это достигается за счёт применения поворотной ванны с прозрачным жёстким дном, выполненным из антиадгезионного материала или вращения изготавливаемого объекта на печатной платформе. В этом случае отрыв изготавливаемой детали происходит за счёт момента кручения одновременно с подъёмом платформы на толщину слоя. За счёт отсутствия необходимости в подъёме и опускании печатной платформы увеличивается скорость 3d-печати и достигается необходимый технический результат полезной модели.
Пример 1
Фигура 1. Световой поток от источника света 5 проходит через формообразующую матрицу 4 и попадает на дно ванны 3. Дно ванны изготовлено из жёсткого материала с антиадгезионными свойствами. В ванну залитка фотополимерная композиция. Под действием излучения происходит отверждение слоя фотополимера 2. Отверждённый фотополимер находится на печатной платформе 1.
При отверждении слоя происходит поднятие печатной платформы 1. Высота поднятия равна толщине печатного слоя. При этом для того, чтобы изготовленный слой отделился, ванна 3, либо печатная платформа 1, либо обе эти детали начинают вращаться.