CN119408155B - 基于slips润滑界面的快速光固化3d打印系统及slips润滑界面的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印技术领域，公开了一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法，包括快速光固化打印台和光机，所述光机放置在快速光固化打印台前方，为快速光固化打印台提供光照，所述快速光固化打印台包括液槽，所述液槽用于注入固化液，所述液槽底部具有SLIPS润滑界面，所述SLIPS润滑界面起到润滑作用，减少固化液粘附。本发明通过将SLIPS润滑界面技术应用于快速光固化3D打印系统中，提高了打印过程中材料与打印平台间的滑动性能，减少了材料粘附，从而提升了打印件的质量和打印效率。SLIPS润滑界面的设计不仅能够显著降低打印失败率，还能够延长设备的使用寿命。

Description

基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界 面的制备方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法。

背景技术

在快速发展的制造业和科研领域中，光固化3D打印技术作为一项革命性的制造手段，已经广泛应用于医疗器械、航空航天、精密零件制造等多个领域。传统数字光处理（DLP）技术虽然在精度和复杂度方面表现出色，但其打印效率低下、表面质量受限于明显的阶梯效应等问题日益凸显。阶梯效应源于逐层固化的过程，尤其是在打印斜面和曲面时，每层固化树脂边缘的台阶痕迹会导致最终制品表面粗糙，影响美观及功能性能。为提升打印效率，减少表面缺陷，快速光固化技术成为研究热点，旨在通过连续打印过程缩短打印周期，但这对打印平台与固化树脂间的分离界面提出了更高要求。

目前，连续液面光固化（CLIP）技术通过氧气抑制固化过程，实现了几乎无间断的打印，提高了效率，但其依赖的特殊透气膜成本高昂且需要定期更换，增加了使用成本与维护复杂度。此外，如何在高速连续打印中保持打印界面的稳定性，防止膜材的快速损耗，是CLIP技术面临的另一大挑战。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法，以解决快速光固化3D打印过程中存在的粘附问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法的具体技术方案如下：

一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，包括快速光固化打印台和光机，所述光机放置在快速光固化打印台前方，为快速光固化打印台提供光照，所述快速光固化打印台包括液槽，所述液槽用于注入固化液，所述液槽底部具有SLIPS润滑界面，所述SLIPS润滑界面起到润滑作用，减少固化液粘附。

进一步的，所述SLIPS润滑界面包括基底结构和润滑液层，所述润滑液层覆盖于基底结构之上，所述基底结构和润滑液层接触角度大于80度。

进一步的，所述基底结构由基底材料构成，所述基底材料选择PDMS材料，所述基底结构表面具有几何形态的微纳结构。

进一步的，所述润滑液层为全氟聚醚油。

进一步的，所述快速光固化打印台还包括工作台面、玻璃、光路折射镜面、成型平台和升降机构，所述玻璃安装在工作台上表面，所述液槽安装在玻璃上表面，所述升降机构固定安装在工作台面一侧，所述成型平台安装在升降机构上，对准液槽，所述光路折射镜面安装在工作台面下方，面对光机，所述光机用于发射特定波长的光束以固化液态固化液，所述工作台面用于承载待打印物体，所述升降机构实现打印过程中的精确位移控制。

进一步的，所述光机采用高功率LE3D或激光器作为光源，工作台面由光学面包板制成，升降机构采用步进电机传动方式。

进一步的，所述升降机构包括步进电机、丝杆、导轨和滑块，所述导轨竖直固定在工作台面一侧，所述步进电机固定安装在导轨上方，所述丝杆与导轨平行，上端与步进电机固定连接，所述滑块与丝杆螺纹连接，并与导轨滑动连接，所述成型平台与滑块前端固定连接，所述丝杆在步进电机的带动下转动，带动滑块上下运动实现成型平台上下运动。

本发明还公开了一种SLIPS润滑界面的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：将PDMS基体与固化剂混合均匀；

步骤S2：向PDMS混合物中加入一水柠檬酸作为牺牲模板，一水柠檬酸颗粒具有一定的尺寸分布，最终得到所需孔隙结构的多孔材料，颗粒充分分散在PDMS内；

步骤S3：将含有牺牲模板的PDMS混合物放入真空环境中进行脱气处理，以去除内部可能存在的空气泡；

步骤S4：把脱气后的混合物倒入模具中，进行固化处理，使得PDMS从液态转变为固态；

步骤S5：一旦PDMS完全固化后，将整个结构浸泡水中，随着时间推移，一水柠檬酸晶体会逐渐溶解于水中，在PDMS内部留下空洞形成多孔结构；

步骤S6：彻底清洗所有残留物并让样品干燥，形成基底结构；

步骤S7：在基底结构上注入选定的润滑液，形成稳定的SLIPS润滑界面，在注入润滑液前，对基底结构表面进行清洗和干燥，以确保润滑液能稳定地附着在基底上；

步骤S8：通过浸泡润滑液，保证形成稳定的SLIPS润滑界面。

本发明的一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法具有以下优点：

（1）本发明通过将SLIPS润滑界面技术应用于快速光固化3D打印系统中，提高了打印过程中材料与打印平台间的滑动性能，减少了材料粘附，从而提升了打印件的质量和打印效率。SLIPS润滑界面的设计不仅能够显著降低打印失败率，还能够延长设备的使用寿命。

（2）通过在基底结构上形成稳定的润滑液层，本发明实现了打印平台表面的超疏水效果，使得打印过程中材料易于脱离，减少了废料的产生，提高了材料利用率。同时，润滑液层的存在降低了打印过程中可能产生的磨损，进一步节约了维护成本。

（3）本发明提供的快速光固化打印平台结合了SLIPS润滑界面技术，使得整个系统的操作更加简便，减少了传统打印过程中复杂的校准和维护工作。由于不需要频繁更换或清洁打印平台，因此简化了操作流程，降低了对操作人员的技术要求。

（4）采用本发明的快速光固化3D打印系统，可以在不改变现有打印设备主体结构的前提下，轻松升级现有的打印系统，无需重新设计或采购新的打印设备，极大地节省了设备更新换代的成本。此外，本发明还具有广泛的应用前景，适用于多种材质的快速成型，包括但不限于树脂、塑料和其他可光固化的材料。

综上所述，本发明提供了一种高效、低成本且易于实施的快速光固化3D打印解决方案，不仅改善了打印质量和效率，还降低了维护和操作成本，具有广阔的应用前景和显著的经济效益。

附图说明

图1为本发明的快速光固化3D打印系统整体示意图；

图2为本发明的快速光固化打印台整体示意图；

图3为本发明的SLIPS润滑界面与打印平台结合剖面示意图；

图4为本发明的SLIPS润滑界面基底结构示意图；

图5为普通光固化打印产品效果示意图；

图6为本发明的快速光固化打印产品效果对比图。

图中标记说明：1、快速光固化打印台；11、工作台面；12、玻璃；13、液槽；14、光路折射镜面；15、成型平台；16、升降机构；161、步进电机；162、丝杆；163、导轨；164、滑块；17、SLIPS润滑界面；171、基底结构；172、润滑液层；2、光机。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统及SLIPS润滑界面的制备方法做进一步详细的描述。

如图1图2所示，本发明的一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，包括快速光固化打印台1和光机2，光机2放置在快速光固化打印台1前方，为快速光固化打印台1提供光照，快速光固化打印台1包括工作台面11、玻璃12、液槽13、光路折射镜面14、成型平台15和升降机构16，玻璃12安装在工作台上表面，液槽13安装在玻璃12上表面，升降机构16固定安装在工作台面11一侧，成型平台15安装在升降机构16上，对准液槽13，光路折射镜面14安装在工作台面11下方，面对光机2。液槽13底部具有SLIPS润滑界面17。光机2用于发射特定波长的光束以固化液态固化液，工作台面11用于承载待打印物体，升降机构16实现打印过程中的精确位移控制。

使用时，将固化液注入液槽13，成型平台15接触液面，在光机2光照的作用下和升降机构16抬升的作用下，固化液逐层固化成型，在工作台面11和成型平台15之间形成3D打印效果。SLIPS润滑界面17在工作台面与液态固化液之间起到润滑作用，减少材料粘附。优选的，液态固化液为树脂。

如图3所示，SLIPS润滑界面17包括基底结构171和润滑液层172，润滑液层172覆盖于基底结构173之上，基底结构171和润滑液层172接触角度大于80度，增强润滑液的固定能力和界面的拒水性能，从而提高SLIPS润滑界面的稳定性和自修复能力。所述基底结构171由基底材料构成，基底材料选择PDMS材料，所述基底结构171表面经过微纳加工处理，以形成具有特定几何形态的微纳结构，以增强润滑液层的附着性和界面的稳定性。

所述润滑液层172选用具有高流动性且化学性质稳定的液体材料，如全氟聚醚油等，润滑液层172通过润滑液注入系统持续供给并维持在预定厚度范围内，以确保打印过程中材料与SLIPS润滑界面之间产生最小摩擦力，从而提高打印精度和速度。

优选的，所述光机2采用高功率LED或激光器作为光源，工作台面11由光学面包板制成，升降机构16采用步进电机传动方式。

升降机构16包括步进电机161、丝杆162、导轨163、滑块164，导轨163竖直固定在工作台面11一侧，步进电机161固定安装在导轨163上方，丝杆162与导轨163平行，上端与步进电机161固定连接，滑块164与丝杆162螺纹连接，并与导轨163滑动连接，成型平台15与滑块164前端固定连接。丝杆162在步进电机161的带动下转动，带动滑块164上下运动实现成型平台15上下运动。

本发明的SLIPS润滑界面17的制备方法包括如下步骤：

步骤S1：将PDMS基体与固化剂混合均匀。

步骤S2：向PDMS混合物中加入一水柠檬酸作为牺牲模板。一水柠檬酸颗粒具有一定的尺寸分布，以便最终得到所需孔隙结构的多孔材料。确保颗粒充分分散在PDMS内。

步骤S3：将含有牺牲模板的PDMS混合物放入真空环境中进行脱气处理，以去除内部可能存在的空气泡。

步骤S4：把脱气后的混合物倒入模具中，进行固化处理，使得PDMS从液态转变为固态。

步骤S5：一旦PDMS完全固化后，将整个结构浸泡水中。随着时间推移，一水柠檬酸晶体会逐渐溶解于水中，在PDMS内部留下空洞形成多孔结构。

步骤S6：彻底清洗所有残留物并让样品自然风干或者用其他方法加速干燥过程，形成基底结构171。

步骤S7：在基底结构171上注入选定的润滑液，形成稳定的SLIPS润滑界面17。在注入润滑液前，需要对基底结构171表面进行清洗和干燥，以确保润滑液能稳定地附着在基底上；

步骤S8：通过浸泡润滑液，保证形成稳定的SLIPS润滑界面。

本发明的一种快速光固化3D打印系统打印具有复杂几何形状和高表面光洁度的三维物体的方法，具体过程为：

步骤S1：使用3D建模软件设计三维模型；

步骤S2：将设计模型切片处理，生成打印路径；

步骤S3：设置优化的打印参数，包括但不限于曝光强度、曝光时间、提拉速度和曝光间隔；

步骤S4：启动打印系统，通过SLIPS润滑界面减少粘附，快速连续地固化树脂，形成打印物体；

步骤S5：打印完成后，进行表面处理和后固化处理，以确保最终产品的物理和化学性能。

本发明所提供的一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，通过设计特定的微纳结构和润滑液层，不仅解决了快速光固化3D打印中润滑界面易失稳受损的问题，还提高了打印效率和打印件的表面质量。整套工艺流程简单易行，成本较低，灵活性高，适应范围广。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，包括快速光固化打印台（1）和光机（2），所述光机（2）放置在快速光固化打印台（1）前方，为快速光固化打印台（1）提供光照，所述快速光固化打印台（1）包括液槽（13），所述液槽（13）用于注入固化液，其特征在于，所述液槽（13）底部具有SLIPS润滑界面（17），所述SLIPS润滑界面（17）起到润滑作用，减少固化液粘附；所述SLIPS润滑界面（17）包括基底结构（171）和润滑液层（172），所述润滑液层（172）覆盖于基底结构（171）之上，所述基底结构（171）和润滑液层（172）接触角度大于80度；所述基底结构（171）由基底材料构成，所述基底材料选择PDMS材料，所述基底结构（171）表面具有几何形态的微纳结构。

2.根据权利要求1所述的基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，其特征在于，所述润滑液层（172）为全氟聚醚油。

3.根据权利要求1所述的基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，其特征在于，所述快速光固化打印台（1）还包括工作台面（11）、玻璃（12）、光路折射镜面（14）、成型平台（15）和升降机构（16），所述玻璃（12）安装在工作台上表面，所述液槽（13）安装在玻璃（12）上表面，所述升降机构（16）固定安装在工作台面（11）一侧，所述成型平台（15）安装在升降机构（16）上，对准液槽（13），所述光路折射镜面（14）安装在工作台面（11）下方，面对光机（2），所述光机（2）用于发射特定波长的光束以固化液态固化液，所述工作台面（11）用于承载待打印物体，所述升降机构（16）实现打印过程中的精确位移控制。

4.根据权利要求3所述的基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，其特征在于，所述光机（2）采用高功率LE3D或激光器作为光源，工作台面（11）由光学面包板制成，升降机构（16）采用步进电机（161）传动方式。

5.根据权利要求4所述的基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统，其特征在于，所述升降机构（16）包括步进电机（161）、丝杆（162）、导轨（163）和滑块（164），所述导轨（163）竖直固定在工作台面（11）一侧，所述步进电机（161）固定安装在导轨（163）上方，所述丝杆（162）与导轨（163）平行，上端与步进电机（161）固定连接，所述滑块（164）与丝杆（162）螺纹连接，并与导轨（163）滑动连接，所述成型平台（15）与滑块（164）前端固定连接，所述丝杆（162）在步进电机（161）的带动下转动，带动滑块（164）上下运动实现成型平台（15）上下运动。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于SLIPS润滑界面的快速光固化3D打印系统的SLIPS润滑界面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将PDMS基体与固化剂混合均匀；

步骤S2：向PDMS混合物中加入一水柠檬酸作为牺牲模板，一水柠檬酸颗粒具有一定的尺寸分布，最终得到所需孔隙结构的多孔材料，颗粒充分分散在PDMS内；

步骤S3：将含有牺牲模板的PDMS混合物放入真空环境中进行脱气处理，以去除内部可能存在的空气泡；

步骤S4：把脱气后的混合物倒入模具中，进行固化处理，使得PDMS从液态转变为固态；

步骤S5：一旦PDMS完全固化后，将整个结构浸泡水中，随着时间推移，一水柠檬酸晶体会逐渐溶解于水中，在PDMS内部留下空洞形成多孔结构；

步骤S6：彻底清洗所有残留物并让样品干燥，形成基底结构（171）；

步骤S7：在基底结构（171）上注入选定的润滑液，形成稳定的SLIPS润滑界面（17），在注入润滑液前，对基底结构（171）表面进行清洗和干燥，以确保润滑液能稳定地附着在基底上；

步骤S8：通过浸泡润滑液，保证形成稳定的SLIPS润滑界面（17）。