臺北工業(yè)大學(xué)：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(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，這使得其打印機(jī)可以更加的小巧。此外，由于固化面在上下兩個(gè)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(gè)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(fēng)險(xiǎn)，通常會降低抬升的速度，使液體緩慢的流入真空區(qū)域，導(dǎo)致打印時(shí)間增加。

臺灣國立臺北工業(yè)大學(xué)在2017年的一項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)并成功制造的自底向上面曝光的3D打印機(jī)，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(shí)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?yán)χ担瑐鞲衅鹘o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(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：
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.