臺北工業(yè)大學：一種基于自底向上面曝光3D打印技術(shù)的主動分離方法的研究

供稿人:王永輝、連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

自底向上面曝光3D打印技術(shù)與自頂向下面曝光3D打印技術(shù)相比，自底向上3D打印具有零件高度不受限于料池深度的特點，這使得其打印機可以更加的小巧。此外，由于固化面在上下兩個約束表面之間，這使得固化平面的表面平行度和表面質(zhì)量更容易被控制。

但是由于固化層需要與下約束表面分離，這會產(chǎn)生一個分離力，這種分離力的大小如果大于打印零件層與層之間的連接力，零件將會斷裂。研究人員為了減小這種風險，通常會降低抬升的速度，使液體緩慢的流入真空區(qū)域，導致打印時間增加。

臺灣國立臺北工業(yè)大學在2017年的一項基于自底向上面曝光的主動分離方法的研究中給出了新的啟示。這項技術(shù)將原本硬質(zhì)的透明底板換成了柔性的特氟龍膜，特氟龍膜的上面存放待固化的液體，特氟龍膜的下面是一個不透空氣的腔體，腔體底面是透明的底板，腔體內(nèi)存放著水，腔體具有進水口和出水口，如圖1。

圖1

具體分離過程如圖2所示。開始打印時如（a）所示，打印平臺下降，水泵抽出腔體內(nèi)的水，特氟龍膜被吸附在透明底板上如（b）所示，曝光如（c）所示，打印平臺上升，水泵給腔體內(nèi)注水如（d）所示，水泵抽水，特氟龍膜與固化層開始分離，這種分離方式類似于揭開膠帶如（e）（f）（g）所示，打印結(jié)束。這種新的分離方式被稱為ASBUS。

圖2

顯然，該研究設計并成功制造的自底向上面曝光的3D打印機，能夠打印出大體積物體，外殼結(jié)構(gòu)以及具有大橫截面的實體模型。其零件高度為300mm，xy軸的最大尺寸為216×192mm。經(jīng)過測試拉力值，傳感器給出數(shù)據(jù)證明，ASBUS將20N（傳統(tǒng)直接分離方式）的分離力值顯著降低至0.8N，這種主動分離方法解決了自底向上面曝光方法的主要缺點。

參考文獻：
Wang JC, Ruilova M, Lin YH. The Development of an Active Separation Method for Bottom-Up Stereolithography System. J. IEEE/SICE International Symposium on System Integration, Vol 108-114, 2017.