直写式近红外光固化3D打印的环照式光源装置

本申请涉及增材制造，特别涉及一种直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置。

背景技术：

1、目前，3d打印技术主要面向于金属材料、陶瓷材料以及聚合物材料；其中聚合物材料的3d打印成型方式通常通过热辅助或光辅助进行。直写技术(diw，direct ink writing)常用于3d打印的实施方法，可利用热固性或光固性3d打印油墨实现增材制造，在微结构成型、智能器件制备等领域已有大量应用。

2、基于diw的3d打印使用的油墨通常为热固化型或紫外光(uv)固化型。其中对于热固化型油墨，当成型大直径特征尺寸的线条或大体积形体中，由于油墨自身重力影响，结构容易出现缺陷或塌陷，因而热固化型油墨受限于小尺寸3d打印中应用。

3、近红外光固化3d打印是基于上转换材料的近红外光聚合(ucap)可由上转换材料将近红外光转化为紫外/可见光，激发自由基光引发剂产生活性种，诱导材料发生聚合反应。ucap实现了高穿透性近红外光在光聚合反应中的应用，由此突破了复杂感光材料体系(有色、高填料含量)和超厚感光材料的直接光聚合。

4、相关技术中：

5、专利cn111590877b公开了一种基于近红外光聚合的墨水直写三维打印的方法，直写喷头在三维空间中运动或静止，墨水从直写喷头中被挤出，在接受近红外光的照射，固化后完成三维物体成型，使用近红外光固化的方法，解决了直写打印过程中结构容易出现的缺陷及塌陷的问题。然而，上述方法因为使用单点光源的方法，使用的近红外光的功率较大，此外由于光源的定位为了避免照射到针头，需照射在针头下方，因此在打印的过程中存在单方向运动固化较好反方向固化不好的现象。

6、专利cn218171415u公开了一种光源位置可调的光固化直写式打印喷头，能够调整光源的固定位置。然而，光源为直线，只能从一个角度实现挤出材料的固化，当材料从光源照射的反方向挤出运动时，容易导致材料不能实时固化，影响打印；此外，装置调整过程比较麻烦，需通过调整光源照射角度且照射在针头下的指定位置，严重影响打印效率。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、一种直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，包括：

4、龙门式三轴移动平台；

5、环照式光源组件，其包括安装于所述龙门式三轴移动平台上的环照光平台，所述环照光平台具有第一中心孔和位于所述第一中心孔外周的多组倾斜孔，多组所述倾斜孔内均对应插接有光源发射灯头；

6、可调节固定环，其安装于所述龙门式三轴移动平台上、且位于所述环照式光源组件的上方，其具有第二中心孔和位于侧壁的调节件；

7、挤料针筒，其可上下移动地穿设于所述第一中心孔和所述第二中心孔内、且通过所述调节件固定，其底部具有针头，所述针头用于将所述挤料针筒内的墨料以墨料长丝的形式导出。

8、在一种可能实现的方式中，所述第一中心孔与所述第二中心孔同轴，且与所述挤料针筒的直径相适配。

9、在一种可能实现的方式中，多组所述倾斜孔沿所述第一中心孔的中轴线均匀间隔分布。

10、在一种可能实现的方式中，所述光源发射灯头用于发射近红外光束。

11、在一种可能实现的方式中，所述调节件为调节螺栓，所述可调节固定环的侧壁具有与所述调节螺栓适配的螺纹孔。

12、在一种可能实现的方式中，所述倾斜孔和所述光源发射灯头的数量至少为三组。

13、在一种可能实现的方式中，所述墨料为近红外光引发体系光固化墨水，所述近红外光引发体系光固化墨水的组成如下：

14、光引发剂0.5-2％；

15、光敏树脂30-80％；

16、触变剂5-20％；

17、上转化材料0.5-3％。

18、在一种可能实现的方式中，所述光敏树脂为丙烯酸酯双键的树脂、含乙烯基醚双键的树脂、含环氧基团的树脂中的一种或多种；所述光引发剂为双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、樟脑醌、[二乙基-(4-甲氧基苯甲酰基)锗基]-(4-甲氧基苯基)甲酮中的一种或多种；所述上转换材料为nayf4、bayf5、nagdf4、liyf4、naybf4、na3scf6、yf3、gdof中的一种或多种；所述触变剂为硫酸钡、钛白粉、二氧化硅、滑石粉中的一种或多种。

19、在一种可能实现的方式中，所述墨料为近红外光热协同固化体系墨水，所述近红外光引发体系光固化墨水的组成如下：

20、光引发剂0.5-2％；

21、热引发剂0.5-20％；

22、光敏树脂30-80％；

23、触变剂5-20％；

24、上转化材料0.5-3％。

25、在一种可能实现的方式中，所述热引发剂为有机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、无机过氧化物引发剂、氧化还原引发剂中的一种或多种；所述光引发剂为双2,6-二氟-3-吡咯苯基二茂钛、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、樟脑醌、[二乙基-(4-甲氧基苯甲酰基)锗基]-(4-甲氧基苯基)甲酮中的一种或多种；所述光敏树脂为丙烯酸酯双键的树脂、含乙烯基醚双键的树脂、含环氧基团的树脂中的一种或多种；所述上转换材料为nayf4、bayf5、nagdf4、liyf4、naybf4、na3scf6、yf3、gdof中的一种或多种；所述触变剂为硫酸钡、钛白粉、二氧化硅、滑石粉中的一种或多种。

26、本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

27、本申请区别于近红外单侧点光源，光源为环形光圈，使打印过程中，无论从运动角度如何变化，挤出的墨料长丝始终有近红外光照射，能够解决单侧点光源导致的反方向运动固化不均匀的现象；通过设置可上下移动地挤料针筒，即可调整挤料针筒底部针头的上下位置，进而实现近红外光束与针头位置的匹配调整，相对于复杂的单光源xyz轴调整的方法，极大地提升了打印效率。

技术特征：

1.一种直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述第一中心孔与所述第二中心孔同轴，且与所述挤料针筒的直径相适配。

3.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，多组所述倾斜孔沿所述第一中心孔的中轴线均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述光源发射灯头用于发射近红外光束。

5.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述调节件为调节螺栓，所述可调节固定环的侧壁具有与所述调节螺栓适配的螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述倾斜孔和所述光源发射灯头的数量至少为三组。

7.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述墨料为近红外光引发体系光固化墨水，所述近红外光引发体系光固化墨水的组成如下：

8.根据权利要求7所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述光敏树脂为丙烯酸酯双键的树脂、含乙烯基醚双键的树脂、含环氧基团的树脂中的一种或多种；

9.根据权利要求1所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述墨料为近红外光热协同固化体系墨水，所述近红外光引发体系光固化墨水的组成如下：

10.根据权利要求9所述的直写式近红外光固化3d打印的环照式光源装置，其特征在于，所述热引发剂为有机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、无机过氧化物引发剂、氧化还原引发剂中的一种或多种；

技术总结
本申请关于一种直写式近红外光固化3D打印的环照式光源装置，涉及增材制造领域。本申请区别于近红外单侧点光源，光源为环形光圈，使打印过程中，无论从运动角度如何变化，挤出的墨料长丝始终有近红外光照射，能够解决单侧点光源导致的反方向运动固化不均匀的现象；通过设置可上下移动地挤料针筒，即可调整挤料针筒底部针头的上下位置，进而实现近红外光束与针头位置的匹配调整，相对于复杂的单光源XYZ轴调整的方法，极大地提升了打印效率。

技术研发人员：石国宏,刘仁
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23