专利名称：一种降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法
技术领域：
本发明涉及光固化立体成型原型件的后处理方法，特别是一种降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法，该方法通过物理化学方法对原型件表面进行处理，以快速降低原型件表面粗糙度。
背景技术：
快速成型技术是基于材料累加的加工成型方法，快速成型技术能够加快产品的推陈出新，缩短产品的设计、生产周期。立体光固化成型法是目前多种快速成型方法中应用最广，精度最高的一种方法，它具有制作效率高，材料利用率接近100％的优点，能成型形状特别复杂(如空心零件)、特别精细的零件。但是，成型后的原型件表面仍会存在由成型过程中台阶效应引起的精度偏差，这是跟立体光固化成型法材料累加成型的工作原理相关，是不可避免的。
目前国内外基本上都是通过成型工艺中软件，硬件，成型材料以及成型过程中参数等的优化来提高原型精度，但是这些优化的代价是成本的提高，并且只能减小台阶效应的影响，而不能从根本上消除台阶效应。通过后处理工艺对原型件进行处理，可以对已成型的台阶效应弥补，减小由台阶效应引起的误差，相比较通过增加层数来提高精度的方法大幅度的降低了生产成本，缩短了制造时间。目前常用的后处理工艺有打磨，机械二次加工等机械加工方式，其缺点在于需要在成型时预留加工余量，利用机械加工来二次处理，需要耗费大量的人力，物力，进一步增加了加工成本，同时不适用于表面形状比较复杂的零件。
根据申请人所进行的资料检索，截至目前还没有关于通过物理化学方法对原型件表面进行处理以降低原型件表面粗糙度的相关文献和专利。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用物理化学法降低光固化原型件表面粗糙度的方法。该方法通过树脂涂料的配制以及涂挂工艺的调整对立体光固化原型件进行后处理，在立体光固化原型件表面形成均匀涂层。该涂层极薄而不影响原型件的尺寸精度，能够在很短的时间内减小由成型过程中不可避免的台阶效应所引起的制造误差，降低原型件表面粗糙度；在成型时无需预留加工余量，节约成本，保证了零件的尺寸精度；该方法与磨削等机加工工艺相比较，没有二次误差的影响。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种降低立体光固化快速原型件表面粗糙度的物理化学方法，其特征在于，包括下列步骤首先配制树脂涂料，该树脂涂料的制备方法是在树脂中按光固化树脂质量百分比加入下列原料表面活性剂≤0.1％，活性稀释剂5％～30％，流平剂≤1％；并调节树脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之间；将树脂涂料采用刷涂、浸透或喷涂的方式涂挂在立体光固化树脂原型件表面；然后通过固化工艺在立体光固化原型件表面形成厚度不超过300μm的均匀涂层。
本发明的方法能够使立体光固化快速原型件表面粗糙度从原来的6μm～15μm降低到3μm以内。消除了立体光固化法产生的台阶效应，操作简便，并且极大的节省了生产成本，且不影响立体光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的应用前景，使快速成型件更好的应用于生产加工过程。
图1是通过树脂涂料涂挂来降低原型件表面粗糙度示意图；以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
本发明给出了一种基于光固化立体成型技术的降低立体光固化原型件表面粗糙度的物理化学方法，该方法首先通过配制光固化或常温固化树脂涂料，此涂料粘度较低，具有一定的润湿性及流平性，能够在原型件表面形成很薄的均匀涂层；其次将树脂涂料涂挂(浸透、刷涂或喷涂)于光固化树脂原型件表面，通过一定的工艺(倒置吹干或旋转甩干)使表面多余树脂流出后，通过相应的固化工艺使表面涂层固化。
本发明采用以下工艺流程(如图1所示)1)配制好树脂涂料，该树脂涂料的制备方法是在树脂中按光固化树脂质量百分比加入下列原料表面活性剂≤0.1％，活性稀释剂5％～30％，流平剂≤1％；并调节树脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之间；2)将树脂涂料采用刷涂、浸透或喷涂的方式涂挂在立体光固化树脂原型件表面；3)使表面多余树脂流出；4)通过光固化(常温固化)等固化方式使立体光固化树脂原型件表面涂层固化，在立体光固化原型件内外表面形成一层极薄的均匀涂层，从而减小台阶效应的影响，降低原型件表面粗糙度。本发明的方法不需二次机加工，节约成本，并且使原型件表面达到工业级的精度。
本发明固化工艺，在短时间内对树脂原型件表面涂层进行固化。通过固化工艺的调整，使涂层固化并不影响原型件本身的尺寸精度。光固化时采用高压汞灯固化，固化时间短，质量好，对树脂进行深层固化；固化完毕后又通过低压紫外灯对表层进行固化，通过固化时间的控制保证涂层质量。常温固化通过树脂涂料的配制调节固化时间，可以通过微加热(不超过树脂原型件变形温度)加速固化。
以下是发明人给出的以光固化涂层为例的具体实施例。
实施例11.调配树脂涂料(1).树脂涂料通过以下几方面调制1)在已有的光固化树脂中加入表面活性剂JFC(聚氧乙烯醚类化合物，加入量不超过光固化树脂质量的0.1％)，加热搅拌或采用其他化学方法使光固化树脂发生化学改性。
2)在光固化树脂中加入市售的活性稀释剂HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量为树脂质量的10％)，以降低树脂粘度。
3)在光固化树脂中再加入市售UV流平剂4325(加入量不超过树脂质量的1％)，以改善树脂的流淌性。
4)调节树脂涂料粘度在0.70Pa.S以内，使树脂涂层性能最优，能在将台阶面完全填平并形成一层极薄的涂层，且涂料涂层与台阶面之间有一定的吸附力。调配完树脂涂料之后，放置30分钟以上，待树脂中气泡消失后再进行下一步工艺。
2.涂挂工艺在已成型立体光固化原型件表面进行涂挂，光固化立体成型原型件成型的基本过程是首先利用CAD三维造型软件设计树脂零件，再由专门的计算机切片软件将三维CAD模型切割成若干薄层平面图形数据。
光固化快速成形开始时，升降台通常下降到距液面不到0.1mm(约十分之几毫米，相当于CAD模型最下一层切片的厚度)处，随后x-y激光扫描器根据第一层(即最下一层)切片的平面图形数据对液面扫描，液面这一层被激光照射到的那部分液态树脂由于光聚合作用而固化在升降台上。接着升降装置又带动升降台使其下降相当于第二层切片厚度的高度，x-y激光扫描器再按照第二层切片的平面图形数据对液面扫描，使新一层液态树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，逐层叠加形成树脂零件。
涂挂工艺是在立体光固化快速原型件表面涂覆一定厚度的涂层，可以通过以下几种方式来实现1)刷涂工艺刷涂工艺主要适合于处理简单且精度要求不高的外表面，其工艺步骤是用细毛刷将已配制好的树脂涂料在要处理的立体光固化快速原型件表面上均匀的刷上适当的厚度，在不高于50℃的温度下放置10分钟后进行固化。
2)浸透工艺该浸透工艺适用于所有表面，具体操作如下将成型好的原型件从成型机中取出，去掉支撑，清除立体光固化原型件表面残余树脂(主要是用酒精，丙酮等化学试剂对原型件立体光固化清洗)；再将立体光固化快速原型件置于事先配制好的树脂涂料中，浸透一定时间(5分钟左右)，使立体光固化快速原型件表面能够完全浸透并有适量的树脂涂料涂挂于立体光固化快速原型件表面，随后将立体光固化快速原型件拿出，并进行悬挂倒置吹干或旋转甩干处理，使表面多余树脂涂料流出，待立体光固化快速原型件表面过量树脂涂料流出后对立体光固化快速原型件表面涂层进行固化。
3)喷涂工艺该喷涂工艺适用于立体光固化原型件外表面以及广口的内表面，其工艺方法是将调配好的树脂涂料装于已设计好的喷涂装置中，将树脂涂料喷涂于立体光固化快速原型件表面，固化后再次喷涂；喷涂数次直至涂层表面符合要求。
3.固化工艺光固化工艺是将清理好的立体光固化原型件浸透于光固化树脂涂料中5分钟左右，浸透好后将立体光固化原型件从光固化树脂涂料中拿出，倒置3分钟(倒置时间可视立体光固化原型件的大小以及形状复杂程度而作调整)，待立体光固化原型件表面上多余树脂流出，涂层稳定时立刻将涂敷好的立体光固化原型件放在高压汞灯下快速固化，固化时间为150秒，深层固化；然后再放于低压汞灯下固化3个小时以上对表层进行固化，固化完成。
实施例2本实施例与实施例1所不同的是在光固化树脂中加入市售的活性稀释剂HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量为树脂质量的8％)，加入表面活性剂JFC(聚氧乙烯醚类化合物，加入量为光固化树脂质量的0.5％)，调节树脂涂料粘度在0.60Pa.S左右，其余均同实施例1。
实施例3本实施例与实施例1所不同的是在光固化树脂中加入市售的活性稀释剂HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量为树脂质量的15％)，加入表面活性剂JFC(聚氧乙烯醚类化合物，加入量为光固化树脂质量的0.8％)，调节树脂涂料粘度在0.40Pa.S左右，其余均同实施例1。
实施例4本实施例与实施例1所不同的是在光固化树脂中加入市售的活性稀释剂HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量为树脂质量的20％)，加入表面活性剂JFC(聚氧乙烯醚类化合物，加入量为光固化树脂质量的0.7％)，调节树脂涂料粘度在0.35Pa.S左右，其余均同实施例1。
实施例5本实施例与实施例1所不同的是在光固化树脂中加入市售的活性稀释剂HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量为树脂质量的30％)，加入表面活性剂JFC(聚氧乙烯醚类化合物，加入量为光固化树脂质量的0.5％)，调节树脂涂料粘度在0.25Pa.S左右，其余均同实施例1。
权利要求
1.一种降低立体光固化快速原型件表面粗糙度的物理化学方法，其特征在于，包括下列步骤首先配制树脂涂料，该树脂涂料的制备方法是在树脂中按光固化树脂质量百分比加入下列原料表面活性剂≤0.1％，活性稀释剂5％～30％，流平剂≤1％；并调节树脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之间；将树脂涂料采用刷涂、浸透或喷涂的方式涂挂在立体光固化树脂原型件表面；然后通过固化工艺在立体光固化原型件表面形成厚度不超过300μm的均匀涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性稀释剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯，且所述的表面活性剂为聚氧乙烯醚类化合物，以及所述的流平剂为UV流平剂4325。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刷涂方法是用细毛刷将树脂涂料在立体光固化原型件表面上均匀的刷上适当的厚度，在不高于50℃的温度下放置10分钟后进行固化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸透方法是将成型好的立体光固化原型件从成型机中取出，去掉支撑，清除立体光固化原型件表面残余树脂；再将立体光固化原型件置于树脂涂料中，浸透5分钟，使立体光固化原型件表面能够完全浸透并有适量的树脂涂料涂挂于立体光固化原型件表面，随后将立体光固化原型件拿出，并进行悬挂倒置吹干或旋转甩干处理，使表面多余树脂涂料流出，待立体光固化原型件表面过量树脂涂料流出后对表面涂层进行固化。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷涂方法是将树脂涂料装于喷涂装置中，直接喷涂于立体光固化原型件表面，形成一层树脂涂料层，待树脂涂料固化后再次喷涂；直至涂层表面符合要求。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述悬挂倒置吹干或旋转甩干使表面多余树脂涂料流出的处理时间为3分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固化工艺采用常温固化、加热固化或采用光固化方式进行。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的光固化方式为先放在高压汞灯下固化5分钟，再置于低压紫外灯下固化3个小时以上。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的常温或加热固化方式时的温度不超过50℃。
全文摘要
本发明公开了一种降低立体光固化快速原型件表面粗糙度的物理化学方法，该方法首先配制树脂涂料，该树脂涂料的制备方法是在树脂中加入下列质量百分比的原料表面活性剂≤0.1％，活性稀释剂5％～30％，流平剂≤1％；并调节树脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之间；然后将树脂涂料采用刷涂、浸透或喷涂的方式涂挂在立体光固化树脂原型件表面；最后通过固化工艺在立体光固化原型件表面形成厚度不超过300μm的均匀涂层，使立体光固化快速原型件表面粗糙度从原来的6μm～15μm降低到3μm以内。该方法能够消除立体光固化法产生的台阶效应，操作简便，且不影响立体光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的应用前景。
文档编号B05D1/38GK101081388SQ20071001818
公开日2007年12月5日 申请日期2007年7月3日 优先权日2007年7月3日
发明者李涤尘, 同颖稚, 吴海华 申请人:西安交通大学