一种光固化型3D打印装置及打印方法

摘要

本发明提供了一种光固化型3D打印装置及打印方法。该装置包括：壳体，壳体适于盛放液态光敏树脂，壳体的一个端面包括一透光面板；承载平台，设于壳体内，用于承载成型工件；驱动机构，用于驱动承载平台做靠近和远离透光面板的运动；光学系统，包括位于壳体外且与透光面板相对的曝光装置，曝光装置适于从出光侧照射出光束图案，使壳体内紧贴透光面板的一层液态光敏树脂被可控固化；以及压强调节元件，设于壳体上，用于调节壳体内部的压强，压强调节元件用于至少在承载平台远离所述透光面板期间，降低壳体内部所受到的环境气压以使成型工件与透光面板分离。本发明适于高精度要求的精细3D模型打印。

权利要求

1.一种光固化型3D打印装置，包括：

壳体，所述壳体适于盛放液态光敏树脂，所述壳体的一个端面包括一透光面板；

承载平台，设于所述壳体内，用于承载成型工件；

驱动机构，用于驱动所述承载平台做靠近和远离所述透光面板的运动；

光学系统，包括位于所述壳体外且与所述透光面板相对的曝光装置，所述曝光装置适于从出光侧照射出光束图案，使所述壳体内紧贴所述透光面板的一层液态光敏树脂被可控固化；以及压强调节元件，设于所述壳体上，用于调节所述壳体内部的压强，所述压强调节元件用于至少在所述承载平台远离所述透光面板期间，降低所述壳体内部所受到的环境气压以使所述成型工件与所述透光面板分离，以及，所述压强调节元件用于在所述成型工件与所述透光面板分离之后，至少部分恢复所述壳体内部所受到的环境气压。

2.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，在所述成型工件打印过程中，所述壳体保持封闭并充满所述液态光敏树脂。

3.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，所述驱动机构设于所述壳体外并通过穿过所述壳体的连接杆连接所述承载平台。

4.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，所述透光面板接触所述液态光敏树脂的一侧具有一接触层，所述接触层为不粘材料。

5.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，所述压强调节元件包括：活塞，所述活塞与所述壳体内的液态光敏树脂接触；以及驱动器，所述驱动器与所述活塞连接，所述驱动器用于驱动所述活塞做往复运动。

6.如权利要求1光固化型3D打印装置，其特征在于，所述压强调节元件包括：与所述壳体连接的第二管道，所述第二管道中包括气体，所述气体与所述壳体内的液态光敏树脂接触；以及与所述第二管道连接的第二泵，所述第二泵用于向所述第二管道输入气体和从所述第二管道抽出气体。

7.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，还包括：与所述壳体连接的储料箱，所述储料箱用于存储液态光敏树脂；

与所述储料箱连接的第一泵，所述第一泵用于在开始打印前将所述储料箱中的液态光敏树脂注入所述壳体中，使所述壳体中充满液态光敏树脂，且在结束打印后将所述壳体中的液态光敏树脂回注到所述储料箱中；以及与所述壳体连通的通气阀，所述通气阀在液态光敏树脂注入所述壳体中时和液态光敏树脂回注到所述储料箱中时打开，且在所述成型工件打印过程中关闭。

8.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，还包括压强计，所述压强计用于测量所述壳体内部的压强。

9.如权利要求1所述的光固化型3D打印装置，其特征在于，所述曝光装置的出光侧与所述透光面板之间的空间被沉浸液体所充满，使从所述出光侧照射出来的光线穿过所述沉浸液体后到达所述壳体内的液态光敏树脂。

10.一种光固化型3D打印方法，包括：

将盛放液态光敏树脂的壳体内的承载平台移动到打印位置；

光学系统向所述壳体上的透光面板照射出光束图案，所述光束图案穿过所述透光面板使液态光敏树脂被可控固化，在所述承载平台上形成一层成型工件；

降低所述壳体内部所受到的环境气压；

所述承载平台向远离所述透光面板的方向运动，使所述成型工件与所述透光面板分离；

至少部分恢复所述壳体内部所受到的环境气压；以及所述承载平台运动到下一次的打印位置。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：在打印开始之前，打开壳体上与储料箱连接的通气阀，从所述储料箱向所述壳体内注入液态光敏树脂；

在打印开始前关闭所述通气阀；以及

在打印结束之后，打开所述通气阀，将所述壳体中的液态光敏树脂回注到所述储料箱中。

说明书

一种光固化型3D打印装置及打印方法

技术领域

[0001] 本发明涉及三维(3D)打印装置，尤其是涉及一种光固化型3D打印装置。

背景技术

[0002] 3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件将模型分层，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削等方式生产最终成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

[0003] 目前3D打印技术的成型方式仍在不断演变，在各种成型方式中，光固化法是较为成熟的方式。光固化法是利用光敏材料(通常为光敏树脂)被紫外激光照射后发生固化的原理，进行材料累加成型，具有成型精度高、表面光洁度好、材料利用率高等特点。

[0004] 根据光束与盛液槽的相对位置，光固化型3D打印机通常可以分为上置式、下置式或侧置式。图1是一种上置式光固化型3D打印装置的结构示意图，其中光学系统120位于盛液槽110的上方，光束从上方照射盛液槽110中的液态光敏树脂。参考图1所示，该3D打印装置100包括用于容纳液态光敏树脂的盛液槽110、用于使光敏树脂固化的光学系统120、以及用于连接成型工件的升降平台130。光学系统120位于盛液槽110上方，并可照射光束图案使盛液槽110最上面的一层光敏树脂根据该光束图案而固化，该层已固化光敏树脂是所要打印的三维工件中的一层，称之为一层成型工件。每次光学系统120照射光束图案致使一层光敏树脂固化后，升降平台130都会略微下降以带动该层成型工件下降预定的距离，此时3D打印装置100中的涂布装置(图未示)将液态光敏树脂涂布到成型工件的表面以备下一次照射。如此循环，从三维模型的最底层至最顶层逐层打印，累加得到成型的三维工件。

[0005] 然而，使用涂布装置会产生涂布不均匀的问题，从而影响打印的精度，尤其对于微、纳米级的三维打印来说，涂布不均匀对打印精度的影响巨大，几乎无法实现。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有压强调节功能的光固化型3D打印装置。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种光固化型3D打印装置，包括：壳体，所述壳体适于盛放液态光敏树脂，所述壳体的一个端面包括一透光面板；承载平台，设于所述壳体内，用于承载成型工件；驱动机构，用于驱动所述承载平台做靠近和远离所述透光面板的运动；光学系统，包括位于所述壳体外且与所述透光面板相对的曝光装置，所述曝光装置适于从出光侧照射出光束图案，使所述壳体内紧贴所述透光面板的一层液态光敏树脂被可控固化；以及压强调节元件，设于所述壳体上，用于调节所述壳体内部的压强，所述压强调节元件用于至少在所述承载平台远离所述透光面板期间，降低所述壳体内部所受到的环境气压以使所述成型工件与所述透光面板分离。

[0008] 在本发明的一实施例中，所述压强调节元件用于在所述成型工件与所述透光面板分离之后，至少部分恢复所述壳体内部所受到的环境气压。

[0009] 在本发明的一实施例中，在所述成型工件打印过程中，所述壳体保持封闭并充满所述液态光敏树脂。

[0010] 在本发明的一实施例中，所述驱动机构设于所述壳体外并通过穿过所述壳体的连接杆连接所述承载平台。

[0011] 在本发明的一实施例中，所述透光面板接触所述液态光敏树脂的一侧具有一接触层，所述接触层为不粘材料。

[0012] 在本发明的一实施例中，所述压强调节元件包括：活塞，所述活塞与所述壳体内的液态光敏树脂接触；以及驱动器，所述驱动器与所述活塞连接，所述驱动器用于驱动所述活塞做往复运动。

[0013] 在本发明的一实施例中，所述压强调节元件包括：与所述壳体连接的第二管道，所述第二管道中包括气体，所述气体与所述壳体内的液态光敏树脂接触；以及与所述第二管道连接的第二泵，所述第二泵用于向所述第二管道输入气体和从所述第二管道抽出气体。

[0014] 在本发明的一实施例中，还包括：与所述壳体连接的储料箱，所述储料箱用于存储液态光敏树脂；与所述储料箱连接的第一泵，所述第一泵用于在开始打印前将所述储料箱中的液态光敏树脂注入所述壳体中，使所述壳体中充满液态光敏树脂，且在结束打印后将所述壳体中的液态光敏树脂回注到所述储料箱中；以及与所述壳体连通的通气阀，所述通气阀在液态光敏树脂注入所述壳体中时和液态光敏树脂回注到所述储料箱中时打开，且在所述成型工件打印过程中关闭。

[0015] 在本发明的一实施例中，还包括压强计，所述压强计用于测量所述壳体内部的压强。

[0016] 在本发明的一实施例中，所述曝光装置的出光侧与所述透光面板之间的空间被沉浸液体所充满，使从所述出光侧照射出来的光线穿过所述沉浸液体后到达所述壳体内的液态光敏树脂。

[0017] 本发明为解决上述技术问题还提出一种光固化型3D打印方法，包括：将盛放液态光敏树脂的壳体内的承载平台移动到打印位置；光学系统向所述壳体上的透光面板照射出光束图案，所述光束图案穿过所述透光面板使液态光敏树脂被可控固化，在所述承载平台上形成一层成型工件；降低所述壳体内部所受到的环境气压；所述承载平台向远离所述透光面板的方向运动，使所述成型工件与所述透光面板分离；至少部分恢复所述壳体内部所受到的环境气压；以及所述承载平台运动到下一次的打印位置。

[0018] 在本发明的一实施例中，还包括：在打印开始之前，打开壳体上与储料箱连接的通气阀，从所述储料箱向所述壳体内注入液态光敏树脂；在打印开始前关闭所述通气阀；以及在打印结束之后，打开所述通气阀，将所述壳体中的液态光敏树脂回注到所述储料箱中。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的压强调节元件可以调节壳体内部的压强，通过降低壳体内部所受的环境气压降低承载平台带动成型工件远离透光面板时所遇到的阻力，可以保护成型工件的成功率和完整性，通过至少部分恢复壳体内部所受的环境气压可以防止壳体和透光面板的变形，有利于高精度要求的精细3D模型打印，并有利于增加液态光敏树脂流入打印区的速度和充满度，提高3D打印的效率和质量。

附图说明

[0020] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

[0021] 图1是一种上置式光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0022] 图2是本发明一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0023] 图3是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0024] 图4A是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0025] 图4B是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0026] 图5是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图；

[0027] 图6是根据本发明一实施例的光固化型3D打印方法的示例性流程图；

[0028] 图7A‑7D是本发明一实施例的光固化型3D打印方法的过程示意图。

具体实施方式

[0029] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

[0030] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0031] 如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

[0032] 本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

[0033] 图2是本发明一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图。参考图2所示，该光固化型3D打印装置200包括壳体210、承载平台220、驱动机构230、光学系统240和压强调节元件250。需要说明，图2以上置式3D打印装置为例来说明本发明的实施例，其并不用于限制本发明的光固化型3D打印装置的打印方式。本发明的光固化型3D打印装置可以是上置式、下置式或侧置式等方式。

[0034] 壳体210用于盛放液态光敏树脂。如图2所示，该壳体210中已经充满了用于成型工件的液态光敏树脂。图2所示为该壳体210的正视剖视图，其中该壳体210的形状为长方体，为一可以封闭的箱体。图2不用于限制壳体210的具体形状。在其他的实施例中，壳体210的形状可以是任意适用的形状，例如圆筒形。

[0035] 参考图2所示，壳体210的一个端面211上具有一透光面板212。从光学系统240照射出的光束可以穿过该透光面板212到达端面211下方的液态光敏树脂，受到光束照射的液态光敏树脂被固化形成成型工件。液态光敏树脂的打印厚度(层厚)由光学系统240的照射参数以及承载平台220上的成型工件的上表面与透光面板212的下表面之间的距离确定。对于长方体的壳体210来说，该端面211是该长方体朝向光学系统240方向的面。本发明对透光面板212的大小和形状不做限制，该透光面板212可以是面积小于等于端面211的任意形状。优选地，该透光面板212是玻璃。壳体210的表面除透光面板212之外都由不透光材料组成，以提高强度。

[0036] 本发明的3D打印装置由于采用透光面板212，无需使用涂布装置，可以避免由于涂布不均匀造成的精度问题，提高打印精度。

[0037] 在一些实施例中，透光面板212与液态光敏树脂相接触的一侧为该透光面板212的下表面，在该下表面上设置有一层接触层，该接触层为一种不粘材料。该接触层可以避免固化后的树脂粘附在透光面板212的下表面，并且使已固化树脂在外力的作用下方便与壳体内部的下表面分离。在另一些实施例中，比如高精度微米‑纳米打印，由于精度要求高，往往采用直接在玻璃，即透光面板212，上镀敷不粘层的方案。

[0038] 参考图2所示，承载平台220设置在壳体210内部，用于承载成型工件。在图2所示的状态下，尚未开始进行打印，承载平台220的上表面上还没有承载已经成型的工件。

[0039] 参考图2所示，在壳体210的下方设置有驱动机构230，该驱动机构230与承载平台220相连接，用于驱动承载平台220做靠近和远离透光面板212的运动。对于图2所示的实施例，驱动机构230驱动承载平台220沿垂直方向做上下运动。对于下置式的3D打印装置，驱动机构230也驱动承载平台220沿垂直方向做上下运动。对于侧置式的3D打印装置，驱动机构
230驱动承载平台220在水平方向做左右运动。

[0040] 在图2所示的实施例中，驱动机构230主要设置在壳体210外部，并通过穿过壳体210的连接杆231连接承载平台220，从而带动承载平台220运动。连接杆231可以是一种丝杠。该连接杆231的设置需保证壳体210中的液态光敏树脂不会漏出，例如在连接杆231与壳体210相交的部分设置密封垫圈等。

[0041] 参考图2所示，光学系统240包括位于壳体210外且与透光面板212相对应的曝光装置241。该曝光装置241适于从出光侧241a照射出光束图案，使壳体210内紧贴透光面板212的一层液态光敏树脂被可控固化。在图2所示的实施例中，曝光装置241位于壳体210上方，其出光侧241a位于曝光装置241靠近透光面板212的一侧。在出光侧241a与透光面板212之间具有一定的间距和空隙。图2所示不用于限制出光侧241a与透光面板212之间的距离，该距离可以根据需要来设置。图2所示的光学系统240仅为示意，不用于限制本发明的光学系统240的具体结构。

[0042] 可以理解，对于图2所示的上置式的打印方式，该光学系统240可以不位于壳体210的正上方，只要从光学系统240中照射出来的光束从上自下照射壳体210的透光面板212即可。例如光学系统240发出平行光，在壳体210上方设置镜面，通过镜面反射使光束照射到透光面板212。当然该光束可以是垂直射入透光面板212，也可以以一定角度倾斜。

[0043] 参考图2所示，压强调节元件250设于壳体210上，用于调节壳体210内部的压强。需要说明，在自然状态下，壳体210内部充满液态光敏树脂，因此壳体210内部的压强包括液态光敏树脂的重力产生的压强，此外，壳体210由于处在大气环境中，壳体210所受到的环境气压(大气压强)也传递到壳体210内部。压强调节元件250用于调节壳体210内部所受的环境气压。

[0044] 压强调节元件250用于至少在承载平台220远离透光面板212期间，降低壳体210内部所受的环境气压，也就是说，使壳体210内部所受的气压小于环境气压。在本发明中，环境气压是指壳体210外部的环境气压，通常情况下为1个大气压。

[0045] 根据图2所示的实施例，在进行3D打印的过程中，当完成一层成型工件的打印之后，成型工件和透光面板212的下表面之间没有空隙，由于存在大气压强，成型工件和透光面板212的下表面之间紧密贴附，很难分开。

[0046] 假设大气压强为1kg/cm2，成型工件和透光面板212接触面积为5cm2，则要将成型工件和透光面板212下表面分离所需的拉力(P)为：

[0047] P＝1kg/cm2*5cm2＝5kg＝5*9.8N＝49N

[0048] 此外，成型工件的上表面和透光面板212下表面之间还存在一定的粘接力，使得承载平台220带动其上的成型工件向下移动时需要克服很大的阻力，这样的硬拉可能造成成型工件或透光面板212的损坏。

[0049] 在承载平台220远离透光面板212期间，即已经完成了某层成型工件的打印之后，压强调节元件250调节壳体内部的压强，使成型工件在壳体210内部受到的压强降低，减小了前述的阻力，使承载平台220仅需克服粘接力，而该粘接力可以通过透光面板212下表面的接触层来降低，进而可以轻松的带动其上的成型工件向下移动，并与透光面板212分离。

[0050] 压强调节元件250在承载平台220远离透光面板212期间降低壳体210内部所受到的环境气压，包括在承载平台220在远离透光面板212的整个动态过程中，还包括在承载平台220将要远离透光面板212之前的时间段。

[0051] 当壳体210内部所受的气压小于环境气压时，会造成透光面板212的上表面和下表面所受的压强不平衡，即，透光面板212的上表面仍然受到环境气压，而透光面板212的下表面所承受的压强小于透光面板212的上表面所受到的环境气压。这种不平衡有利于承载平台220带动成型工件与透光面板212的下表面分离，但是同时也可能造成透光面板212的变形。如果在进行曝光时，透光面板212具有形变，则会影响打印精度。

[0052] 在一些实施例中，压强调节元件250还用于在成型工件与透光面板212分离之后，至少部分恢复壳体210内部所受到的环境气压。这里的“至少部分恢复”包括只恢复部分壳体210内部所受到的环境气压、完全恢复壳体210内部所受到的环境气压以及使壳体210内部所受到的环境气压大于其原来所受的环境气压三种情况。由于成型工件已经成功地与透光面板212的下表面分离，此时通过压强调节元件250恢复壳体210内部的环境气压，平衡透光面板212的上下表面所受到的气压，使透光面板212恢复平衡状态，不会由于长期的变形而造成透光面板212的损坏，或者影响打印精度。另一方面，恢复壳体210内部的环境气压甚至使壳体210内部的压强大于环境气压，可以加速液态光敏树脂充满成型工件与透光面板之间的打印区域，提高打印效率。

[0053] 在另一些实施例中，本发明的光固化型3D打印装置200还包括压强计(图未示)，该压强计用于测量壳体210内部的压强。该压强计可以位于壳体210内部，也可以位于壳体210上，或者与该壳体210相连接。该压强计可用于测量气压或液压。压强调节元件250根据壳体210内部的压强实时进行调节。例如，在需要增加压力时，当压强计测量到壳体210内部的压强达到某增压阈值，即停止增压；在需要减小压强时，当压强计测量到壳体210内部的压强达到某减压阈值，即停止减压。

[0054] 在一些实施例中，压强调节元件250包括活塞和驱动器。图2中示出了压强调节元件250中的活塞251。活塞251与壳体210内部的液态光敏树脂接触。驱动器(图未示)在壳体210的外部并与活塞251连接，用于驱动活塞251做往复运动。可以理解，活塞251由于与液态光敏树脂接触，因此活塞251与液态光敏树脂接触到的部分应采用不会与液态光敏树脂发生反应的材料。在图2所示的实施例中，驱动器带动活塞251向远离壳体210的方向移动时，可以抵消壳体210内部所受到的环境气压，即降低壳体210内部所受到的环境气压，驱动器带动活塞251向靠近壳体210的方向移动时，可以恢复壳体210内部所受到的环境气压。因此，在承载平台220远离透光面板212期间，驱动器带动活塞251向远离壳体210的方向移动；
在成型工件与透光面板212分离之后，驱动器带动活塞251向靠近壳体210的方向移动。

[0055] 当液态光敏树脂被固化之后，打印材料从液态到固态的变化会造成一定的体积损3
失。例如体积损失为5％，若液态光敏树脂的体积为1cm ，全部经过固化之后的固态光敏树
3
脂的体积为0.95cm。本发明的压强调节元件250中的活塞251还可以平衡打印材料的损失。
随着壳体210内部液态光敏树脂体积的收缩，活塞251的调节位置可以相应的发生变化。例如，假设活塞251位于第一位置时可以降低壳体210内部所受到的环境气压，活塞251位于第二位置时可以恢复壳体210内部所受到的环境气压，在打印过程中，该第一位置和第二位置的具体位置是逐渐变化的。

[0056] 在一些实施例中，在活塞和驱动器之间还包括弹簧结构。驱动器通过弹簧结构与活塞相连，当活塞远离壳体210时，弹簧结构被拉伸，当活塞靠近壳体210时，弹簧结构被压缩。可以通过控制弹簧结构的拉力来控制控制壳体内部压强。例如，假设活塞的横截面积是2
1cm ，那么当驱动器驱使活塞移动到某一位置，弹簧结构产生1kg的拉力后就能基本平衡掉大气压强，使壳体内部压强基本为0。

[0057] 在图2所示的实施例中，活塞251位于壳体210侧面靠近顶面的位置。该位置靠近壳体210的顶面，即透光面板212所在的端面211。本发明对于压强调节元件250的具体位置不做限制，该压强调节元件250可以设置的壳体210上的任意位置，可以产生相同的作用。

[0058] 参考图2所示，在一些实施例中，本发明的光固化型3D打印装置200还包括储料箱260、第一泵270和与壳体210连通的通气阀280。该储料箱260用于存储足够多的液态光敏树脂。如图2所示，在储料箱260和壳体210之间具有一连通管道271。通常在打印开始之前，壳体210中没有液态光敏树脂，第一泵270与储料箱260连接，用于在开始打印前将储料箱260中所存储的液态光敏树脂注入到壳体210中，且在结束打印后将壳体210中的液态光敏树脂回注到储料箱260中。当壳体210中的液态光敏树脂都被抽出后，可以打开壳体210，从中取出已完成打印的3D成型工件。

[0059] 在液态光敏树脂从储料箱260注入到壳体210中时，通气阀280需打开，以使壳体210中的气体被排出；当储料箱260中剩余的液态光敏树脂需要被回注到储料箱260中时，通气阀280也需打开，使气体进入壳体210中，降低抽出时遇到的阻力；在进行3D打印的过程中，通气阀280需关闭，保证在打印过程中没有空气存在于壳体210内。

[0060] 在一些实施例中，在通气阀280与壳体210及储料箱260之间还包括第一管道281。在将液态光敏树脂注入到壳体210中时，通气阀280开启，当第一管道281中有液态光敏树脂溢出并通过第一管道281流回储料箱260，此时再关闭通气阀280，从而使壳体210中的空气完全被排空。

[0061] 在一些实施例中，储料箱260可以是一个密封腔体，向储料箱260或向壳体210中注入压力，可使液态光敏树脂在储料箱260和壳体210之间传递。

[0062] 图3是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图。与图2所示的实施例相比，图3所示的实施例中的压强调节元件350与图2中的压强调节元件250有所不同，除此之外，图3所示的实施例中的元件与图2基本上相同，因此，图2的说明内容可以用于解释图3中的这些元件的结构、形状和功能。这里参考图3对压强调节元件350进行详细说明。参考图3所示，该光固化型3D打印装置300中的压强调节元件350包括与壳体210连接的第二管道351以及与该第二管道351连接的第二泵352。第二管道351中包括一段气体351a和一段液态光敏树脂351b。第二泵352连接在第二管道351远离壳体210的一端，用于向第二管道351输入气体和从第二管道351中抽出气体。优选地，第二泵352是一种气泵。

[0063] 第二管道351与壳体210相连通，使得第二管道351中的液态光敏树脂351b与壳体210内的液态光敏树脂相接触。在图3所示的实施例中，第二管道351包括两段相互垂直的管道，第二泵352设置在垂直方向的管道的端口处。根据连通器原理，在第二管道351中的一段气体351处于环境气压的状态下，位于第二管道351中的液态光敏树脂的液面高度应当和壳体210中的液态光敏树脂的液面高度相等。

[0064] 在图3所示的实施例中，当第二泵352从第二管道351中抽出气体时，可以降低使壳体210内部所受到的环境气压；当第二泵352向第二管道351中输入气体时，可以恢复壳体210内部所受到的环境气压。因此，至少在承载平台220远离透光面板212期间，第二泵352从第二管道351中抽出气体；在成型工件与透光面板212分离之后，第二泵352向第二管道351中输入气体。

[0065] 第二泵352输入气体或抽出气体的时间可以固定设置，也可以根据某些测量而定。在包括压强计的实施例中，可以根据压强计测量的壳体210内部的压强来确定第二泵352的工作参数，包括泵的功率、工作时间等。

[0066] 图4A是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图。参考图4A所示，该实施例的光固化型3D打印装置401是一种侧置式的3D打印装置，壳体410中充满了液态光敏树脂，该壳体410的侧面411具有一个透光面板412。承载平台420设于壳体410内部，用于承载成型工件。驱动机构430可以带动承载平台420沿水平方向做往复运动，使承载平台420靠近和远离透光面板412。光学系统440包括位于壳体410外且与透光面板412相对的曝光装置441。光束图案从曝光装置441的出光侧441a的侧面照射进壳体410内部，使壳体410内紧贴透光面板412的一层液态光敏树脂被可控固化。在图4A所示的实施例中，光学系统440位于壳体410的右边。在其他的实施例中，只要光束从壳体410的侧面进入壳体410内部即可，而无需限定光学系统440的具体位置。

[0067] 压强调节元件450位于壳体410上，用于调节壳体410内部的压强。该压强调节元件450用于至少在承载平台420远离透光面板412期间，降低壳体410内部所受到的环境气压。
关于压强调节单元450的具体实时方式与图2和3所示的实施例相同，图2和3所相关的说明内容可用于说明图4A所示的实施例。

[0068] 图4A所示是本发明的光固化型3D打印装置采用侧置式打印方式的示例，不用于限制侧置式的方向，以及承载平台的数量。在一些实施例中，可以在壳体410水平相对的两侧同时进行光束照射，这些实施例相应地包括两个承载平台。

[0069] 图4B是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图。参考图4B所示，该实施例的光固化型3D打印装置402是一种下置式的3D打印装置，与图4A所示光固化型3D打印装置401相比，图4B所示的光固化型3D打印装置402中的各个部件沿用图4A中的标号。由于光学系统440位于壳体410的下方，侧面411位于壳体410的底面，相应地，透光面板412也位于壳体410的底面。

[0070] 参考图4B所示，壳体410中充满了液态光敏树脂，该壳体410的侧面411具有一个透光面板412。承载平台420设于壳体410内部，用于承载成型工件。驱动机构430可以带动承载平台420沿垂直方向做往复运动，使承载平台420靠近和远离透光面板412。光学系统440包括位于壳体410外且与透光面板412相对的曝光装置441。光束图案从曝光装置441的出光侧441a的侧面照射进壳体410内部，使壳体410内紧贴透光面板412的一层液态光敏树脂被可控固化。在图4B所示的实施例中，光学系统440位于壳体410的下方。在其他的实施例中，只要光束从壳体410的下方进入壳体410内部即可，而无需限定光学系统440的具体位置。

[0071] 参考图4B所示，储料箱260与壳体410相连接。该储料箱260与图2所示实施例的储料箱260相同，关于图2中储料箱260的描述都适用于图4B中的储料箱260。优选地，储料箱260在壳体410的靠近底部的位置与壳体410相连接。

[0072] 压强调节元件450位于壳体410上，用于调节壳体410内部的压强。该压强调节元件450用于至少在承载平台420远离透光面板412期间，降低壳体410内部所受到的环境气压。
关于压强调节单元450的具体实时方式与图2和3所示的实施例相同，图2和3所相关的说明内容可用于说明图4B所示的实施例。

[0073] 图5是本发明又一实施例的光固化型3D打印装置的结构示意图。参考图5所示，在该实施例的光固化型3D打印装置中，在曝光装置241的出光侧241a与透光面板212之间的空间被沉浸液体510所充满，使从出光侧241a照射出来的光线穿过沉浸液体510后到达壳体210内的液态光敏树脂。

[0074] 在图5所示的实施例中，出光侧241a与透光面板212的上表面之间的距离比较近，使得该沉浸液体510可以充满该出光侧241a与透光面板212的上表面之间的空间而不会流失，当然如果间隙较大，则本实施例中还需要包括用于保持沉浸液体510的机构，以随时补充和抽走沉浸液体510。从出光侧241a照射出的光束图案完全通过该沉浸液体510之后再到达壳体210内的液态光敏树脂，而不会通过空气。

[0075] 图5所示实施例的有益效果在于，由于出光侧241a(例如：镜头)与透光面板212之间的介质是液体可以有效提高数值孔径，从而减小光的衍射问题对成像质量的影响，提高成像分辨率，实现浸没式的打印，使打印精度提高到纳米的程度，可以大大提高3D打印的精度。

[0076] 本发明对于沉浸液体510的材料不做限制，可以采用任意适用的液体，例如去离子水，或者其他液体。

[0077] 图5以图2所示的光固化型3D打印装置为例给出示意，并不用于该浸没式打印所适用的打印装置的具体结构。在图3和4A、4B所示的实施例中，也可以在出光侧241a与透光面板212的外表面之间设置沉浸液体510。在这些实施例中，为了保证出光侧241a与透光面板212的外表面之间充满沉浸液体510，也可以添加额外的辅助装置，例如可装盛沉浸液体510的容器等。

[0078] 对于高精度的3D模型打印来说，成型工件与透光面板212的下表面分离所遇到的阻力对该层成型工件造成的损害会更加严重。因此，采用本发明的光固化型3D打印装置，通过压强调节元件250在打印的过程中调节壳体210内的压强，使成型工件轻松地与透光面板212的下表面分离，从而保护成型工件的完整性。

[0079] 图6是根据本发明一实施例的光固化型3D打印方法的示例性流程图。图2‑5所示实施例的3D打印装置都可以按照图6所示的方法步骤进行三维模型的打印。因此，前文关于图2‑5的说明适于解释本发明的3D打印方法。图7A‑7D是根据本发明的光固化型3D打印方法进行打印的过程示意图。以下结合图6和图7A‑7D说明本发明的光固化型3D打印方法。参考图6所示，该光固化型3D打印方法包括以下的步骤：

[0080] 步骤610，将盛放液态光敏树脂的壳体内的承载平台移动到打印位置。

[0081] 在本步骤中，承载平台移动到打印位置，光学系统准备进行曝光。参考图7A所示，在打印刚开时，承载平台720上没有成型工件，则承载平台720移动到该承载平台720与透光面板712之间具有一个打印层厚d的位置。在打印的过程中，承载平台720上具有已成型工件，则承载平台720移动到其上的成型工件的顶部与透光面板712之间具有一个打印层厚d的位置。

[0082] 在一些实施例中，在打印开始之前，壳体710内部没有液态光敏树脂，本发明的打印方法还包括打开壳体710上与储料箱760连接的通气阀780，从储料箱760向壳体710内注入液态光敏树脂；在成型工件打印开始前关闭该通气阀780；以及在打印结束之后，打开通气阀780，将壳体710中剩余的液态光敏树脂回注到储料箱760中，以便于打开壳体710将最终的3D成型工件取出。可以通过与储料箱760连接的第一泵770来执行液态光敏树脂注入壳体710和回注到储料箱760的动作。

[0083] 步骤620，光学系统向壳体上的透光面板照射出光束图案，光束图案穿过透光面板使液态光敏树脂被可控固化，在承载平台上形成一层成型工件。

[0084] 参考图7B所示，光学系统740向透光面板712照射光束图案，在承载平台720上形成了一层成型工件721。在此步骤中，该层液态光敏树脂即为最靠近透光面板712的一层液态光敏树脂。

[0085] 步骤630，降低壳体内部所受到的环境气压。

[0086] 本步骤可以通过前文所述的压强调节元件来调节壳体内部的压强，相应的调节方法和步骤可以参考前文所述。由于降低了壳体内部所受到的环境气压，使透光面板712的下表面受到的压强降低，使已成型工件易于和透光面板分离。

[0087] 步骤640，承载平台向远离透光面板的方向运动，使成型工件与透光面板分离。

[0088] 参考图7C所示，通过步骤630的压强调节，使得成型工件721与透光面板712分离所遇到的阻力变小，从而使承载平台720可以轻松地带动成型工件721与透光面板712分离。

[0089] 步骤650，至少部分恢复壳体内部所受到的环境气压。

[0090] 本步骤可以通过前文所述的压强调节元件来调节壳体内部的压强，至少部分恢复壳体内部所受到的环境气压，相应的调节方法和步骤可以参考前文所述。

[0091] 步骤660，承载平台运动到下一次的打印位置。为下一层的打印做好准备。

[0092] 在本步骤中，承载平台可以先远离透光面板一段距离，再靠近透光面板，最后到达与透光面板之间的距离为一个层厚的位置，以确保成型工件和透光面板有效分离；承载平台也可以在步骤640中远离透光面板的过程中，停止在距离透光面板一个层厚的位置，但必须保证成型工件和透光区充分分离。本发明对承载平台在到达下一次的打印位置之前的移动过程不做限制。步骤650和660两个步骤次序可以交换。

[0093] 步骤610‑660可以反复执行，以实现3D模型的逐层打印。

[0094] 参考图7D所示，在整体3D模型完成打印之后，打开通气阀780，将壳体710中剩余的液态光敏树脂回注到储料箱760中，以便于打开壳体710将最终的3D成型工件取出。显然，储料箱760中所存储的液态光敏树脂的液面升高。

[0095] 图7A‑7D中所示的光固化型3D打印装置对应于图5所示实施例的光固化型3D打印装置。在曝光装置241的出光侧241a与透光面板212之间的空间被沉浸液体510所充满。可以理解，图7A‑7D不用于限制本发明的光固化型3D打印方法的实施装置。

[0096] 根据图6所示的打印方法，1.可以减小成型工件与透光面板分离的阻力；2.加速液态光敏树脂充满成型工件与透光面板之间的打印区域；3.保证打印精度，特别是层厚精度，保证成型工件的完整性和打印质量，4.提高整体打印的效率。

[0097] 本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

[0098] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。