专利名称：一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统的制作方法
技术领域：
本发明属于快速原型制造技术领域，主要涉及光固化快速成型工艺过程中所使用的一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统。
背景技术：
快速原型制造技术是一种基于数字化叠加法制造的新型成型技术，它可以快速、 直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的设计样件或可直接装配使用的零件(工件)，它能有效地缩短产品的研发周期，是提高产品质量、降低产品开发成本的有力工具。光固化快速成型技术是根据工件CAD三维设计模型的分层数据，利用特定波长紫外光以一定的方式照射光敏树脂使其快速固化形成所需的零件(工件)。例如，激光固化快速成型设备主要有紫外激光器、光束扩束聚焦镜、光束扫描振镜、光敏树脂槽、工件托架移动台和计算机系统等。计算机系统根据工件的CAD三维设计模型的分层数据，控制紫外激光束在光敏树脂表面扫描使其固化形成一堆积层。然后，工件托架垂直下降一个堆积层的距离并使已固化的堆积层表面涂覆一层未固化树脂，重复前述的固化步骤使新固化的堆积层粘结在前一次固化的堆积层上，这一过程多次重复直至整个工件制作完成为止，用这种方法可以快速制造出复杂形状的工件。在上述的光固化过程中，工件是通过重复多次的分层固化堆积而成。显然，如何将粘稠度高的光敏树脂快速地在工件已固化层的表面形成一层厚度均勻的待固化树脂层在工件的制作中至关重要，它直接影响工件成型尺寸偏差和质量，偏差严重会导致整个工件报废。将光敏树脂适当加热可以降低其粘稠度而增加流动性，当完成一层固化后，托架带动工件下移到一合适高度使工件的已固化层浸没在经加热的光敏树脂中，再辅予负压吸附刮刀的刮平动作帮助，就可以在工件已固化层的表面上快速地涂覆一层厚度均勻的待固化光敏树脂层。目前常用有两种方法用于光固化快速成型工艺的光敏树脂加热。第一种是直接加热法，是将电加热板直接贴在树脂槽的底部或/和四周对树脂进行加热。该方法加热不均，使树脂温度呈现区域性的梯度变化，在制作工件过程中由于温度的变化可直接影响其成型精度，使工件达不到要求。另外，跟加热板距离较近的树脂温度长时间偏高，极容易造成树脂热分解或出现热固化现象，严重者导致整槽树脂报废。第二种是间接加热法，是通过恒温控制装置控制的加热器加热导热介质，如导热油或空气等，树脂槽可以设计为夹层结构，在夹层中注入导热介质来加热树脂使其温度维持在某一设定值。该方法对树脂槽的强度和制作工艺要求较高且树脂槽夹层不易清洗，在更换导热油时也易造成环境污染。采用热空气加热可以降低树脂槽的制作要求，但加热效果不如使用导热油好。上述的两种加热方法最多也仅能从树脂槽的底部和四周共五个面对树脂进行加热，由于光敏树脂的热传导系数较低，上述的两种加热方法都无法保证光束扫描面上的树脂温度是维持在一个理想的设定值，工作面上的树脂由于温度不均勻导致固化后工件尺寸变形和内应力增大。另外，光敏树脂长期暴露在空气中极易吸收环境中水分导致树脂的性能发生改变，在南方潮湿环境使用尤甚，树脂吸水后导致制作的工件发软、变形而无法使用。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术加热不均勻的缺点，提出一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统，能实现树脂槽内的树脂六个方向的全方位均勻加热和恒温控制，保证光束扫描面上的树脂温度维持在一个理想的设定值，同时，能够避免光敏树脂长期暴露在空气中吸收环境中的水分。为实现上述目的，本发明一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统，包括树脂槽、密闭工作室和空气加热和注入控制装置，所述树脂槽内腔和外腔之间设置夹层，底部设置夹层进气口，上方设置夹层排气通道，所述密闭工作室为设置在树脂槽上方且和树脂槽密封连接的空腔体，其顶部设有工作室排气口，所述空气加热和注入控制装置输出的热空气经夹层进气口注入到夹层内，该热空气在夹层内流动，由夹层排气通道排出至密闭工作室内，再经工作室排气口排出且输入空气加热和注入控制装置加热循环。本发明把经过空气加热和注入控制装置除湿和恒温加热的热空气注入树脂槽的夹层中流动，夹层在底部和四周共五个方向支撑、包围着树脂槽的内层容腔，热空气在夹层中从树脂的内层底部和四周五个方向对树脂进行加热，在树脂槽夹层内流动的热空气由树脂槽夹层上方的排气通道流出进入树脂槽上方密封的工作室，对光束扫描工作面的树脂进行加热，使扫描工作面的光敏树脂温度稳定在某个设定值，达到对树脂槽从上下和四周六个面全方位均勻加热的目的。同时，进入工作室的热空气可降低工作室环境的湿度，对光敏树脂具有除湿作用。由密闭工作室排出的温度略低的热空气重新进入空气加热和注入控制装置加热形成循环。 上述夹层进气口最佳设有两个，分布在夹层底部两侧。上述夹层排气通道可为排气孔或槽，均勻分布在夹层上方。在一种实施方式中，上述空气加热和注入控制装置包括风机和加热装置，由工作室排气口排出的空气经风机送至加热装置加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口。在第二种实施方式中，上述空气加热和注入控制装置包括风机、加热装置、树脂温度传感器和树脂恒温控制装置，由工作室排气口排出的空气经风机送至加热装置加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口，树脂温度传感器设于树脂槽里的树脂内，树脂恒温控制装置输入树脂温度传感器的温度感应信号，输出控制信号至加热装置控制加热装置加热或停止。在第三种实施方式中，上述空气加热和注入控制装置包括风机、加热装置、加热器温度传感器和加热器恒温控制装置，由工作室排气口排出的空气经风机送至加热装置加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口，加热器温度传感器设于加热装置内，加热器恒温控制装置输入加热器温度传感器的温度感应信号，输出控制信号至加热装置控制加热装置加热或停止。在最佳实施方式中，上述空气加热和注入控制装置包括风机、加热装置、加热器温度传感器、树脂温度传感器和恒温控制装置，由工作室排气口排出的空气经风机送至加热装置加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口，加热器温度传感器设于加热装置内，树脂温度传感器设于树脂槽里的树脂内，恒温控制装置输入加热器温度传感器和树脂温度传感器的温度感应信号，输出控制信号至加热装置控制加热装置加热或停止。所述恒温控制装置可分为加热器恒温控制装置和树脂恒温控制装置，加热器恒温控制装置输入加热器温度传感器的温度感应信号，输出控制信号至加热装置控制加热装置加热或停止， 使加热装置维持在设定的温度范围内，实现空气恒温加热。树脂恒温控制装置输入树脂温度传感器的温度感应信号，输出控制信号至加热装置控制加热装置加热或停止，树脂温度传感器放置在树脂内用于检测树脂温度，当树脂温度达到某一设定值时，加热装置停止工作，使树脂温度维持在设定的工作范围内。上述空气加热和注入控制装置还包括空气除湿装置，设置在工作室排气口和风机之间，或者，设置在加热装置和树脂槽底部的夹层进气口之间。所述空气除湿装置可为压缩机制冷的空气除湿机，或可为半导体制冷器，或可为填充吸潮材料的除湿装置。在对树脂加热的同时也使包括密闭工作室在内的整个循环回路保持干燥。上述加热装置最佳具有大的散热表面积。本发明由于采用具有夹层结构的树脂槽和设于其上方的密闭工作室，避免了光敏树脂暴露在空气中吸收环境中的水分。通过在夹层中注入经除湿加热的热空气，并使其在夹层和树脂槽上方的工作室形成循环，实现了树脂槽内的树脂六个方向的全方位均勻加热和恒温控制，克服了现有技术加热不均勻的缺点。由于本发明在热空气的循环回路中接入了空气除湿装置，在对树脂进行加热的同时也降低了工作室的湿度并维持在合适的范围内，从而使光束扫描工作面上树脂的每一层固化时成型精度都不受温度和湿度的影响，提高了工件的成型精度。另外，本发明结构紧凑合理，热风的除湿和加热在一个闭合的循环回路内完成，提高了热量的利用率。
图1为实施例的树脂槽结构示意图；图2为实施例的具有夹层结构的树脂槽剖视图；图3为实施例的工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。如图1至图3所示，本发明实施例包括树脂槽、密闭工作室15和空气加热和注入控制装置，所述树脂槽内腔1和外腔3之间设置夹层2，底部设置两个夹层进气口 4，分布在两侧，上方设置夹层排气通道5，为排气孔或槽，均勻分布在夹层2上方。所述密闭工作室 15为设置在树脂槽上方且和树脂槽密封连接的空腔体，其顶部设有工作室排气口 16，空气加热和注入控制装置包括空气除湿装置18、风机6、加热装置9、加热器温度传感器22、加热器恒温控制装置21、树脂温度传感器14和树脂恒温控制装置19，由工作室排气口 16排出的空气经空气除湿装置18除湿，再经风机6送至加热装置9加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口 4，注入到夹层2内，该热空气在夹层2内流动，由夹层排气通道5排出至密闭工作室15内，再经工作室排气口 16排出，形成加热除湿循环。加热器温度传感器 22设于加热装置9内，树脂温度传感器14设于树脂槽里的树脂内，加热器恒温控制装置21 输入加热器温度传感器22的温度感应信号，输出控制信号至加热装置9，树脂恒温控制装置19输入树脂温度传感器14的温度感应信号，输出控制信号至加热装置9。本发明实施例的树脂槽内腔1和外腔3之间设置有夹层2，树脂槽底部设置进气口 4，树脂槽夹层顶部均布排气孔或槽5，排气孔或槽5和夹层2连通，由进气口 4注入的热空气从底部和四周对树脂槽内腔1盛装的树脂进行加热并由排气孔或槽5排出。由排气孔或槽5排出的热风进入树脂槽上方的工作室15，进入工作室的热风维持工作室的环境温度在设定的范围内，对树脂槽工作面的树脂11进行加温和起除湿干燥作用，树脂11的工作面即为放置于工作台12上的工件13的成型面。工作室15内温度稍微降低的热风由工作室15 上方的排气口 16排出并由管道17连接至除湿装置18除去其中的湿气，干燥后的空气由管道20与风机6的进风口 7连接，风机6将除湿后的空气送至加热装置9中进行加热，加热后的热风由管道10与树脂槽底部的进气口 4连接注入到树脂槽的夹层2中，形成对树脂11 的加热和除湿循环。本发明实施例的加热装置9具有大的散热表面积，安装在一个保温装置内，布置在风机6的出风口 8处，由风机6送出的经除湿的空气进入加热装置9加热，加热装置9上放置有加热器温度传感器22用于检测加热器的温度，加热器恒温控制装置21与加热器温度传感器22和加热装置9连接实现热风的恒温控制。树脂恒温控制装置19分别与放置在树脂槽内的树脂温度传感器14也和加热装置9连接，所述树脂温度传感器放置在树脂内用于检测树脂温度，当树脂温度达到某一设定值时，加热装置停止工作使树脂温度维持在设定的工作范围内。加热器恒温控制装置21和树脂恒温控制装置19实现对加热装置9联动控制，最终结果使树脂槽工作面上的树脂温度维持在设定的工作范围内。本发明实施例的除湿装置18由一台压缩机制冷的空气除湿机构成，由工作室排气口 16排出的温度稍微降低并带有湿气的热风经过空气除湿机的冷凝器时，其湿气在冷凝器中凝结成水分排出，经除湿的空气经除湿机的散热器初步加热后再经风机6输出进入加热装置9加热，达到了节能的效果。除湿装置18也可以由半导体制冷器构成，由工作室排气口 16排出的温度稍微降低并带有湿气的热风经过半导体制冷器的冷端凝结出水分排出，经干燥后的空气导向流经半导体制冷器的热端，对空气起初步加热和降低半导体制冷器热端的温度作用。
权利要求
1.一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统，其特征在于包括树脂槽、密闭工作室(1 和空气加热和注入控制装置，所述树脂槽内腔(1)和外腔C3)之间设置夹层O)，底部设置夹层进气口 G)，上方设置夹层排气通道(5)，所述密封工作室(1 为设置在树脂槽上方且和树脂槽密封连接的空腔体，其顶部设有工作室排气口(16)，所述空气加热和注入控制装置输出的热空气经夹层进气口(4)注入到夹层O)内，该热空气在夹层O)内流动， 由夹层排气通道(5)排出至密封工作室(15)内，再经工作室排气口(16)排出且输入空气加热和注入控制装置加热循环。
2.根据权利要求1所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述夹层进气口(4)设有两个，分布在夹层( 底部两侧，所述夹层排气通道( 为排气孔或槽，均勻分布在夹层(2) 上方。
3.根据权利要求1所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述空气加热和注入控制装置包括风机(6)和加热装置(9)，由工作室排气口(16)排出的空气经风机(6)送至加热装置(9)加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口 G)。
4.根据权利要求1所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述空气加热和注入控制装置包括风机(6)、加热装置(9)、树脂温度传感器(14)和树脂恒温控制装置(19)，由工作室排气口(16)排出的空气经风机(6)送至加热装置(9)加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口 G)，树脂温度传感器(14)设于树脂槽里的树脂内，树脂恒温控制装置 (19)输入树脂温度传感器(14)的温度感应信号，输出控制信号至加热装置(9)控制加热装置(9)加热或停止。
5.根据权利要求1所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述空气加热和注入控制装置包括风机(6)、加热装置(9)、加热器温度传感器0 和加热器恒温控制装置(21)，由工作室排气口(16)排出的空气经风机(6)送至加热装置(9)加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口 G)，加热器温度传感器0 设于加热装置(9)内，加热器恒温控制装置输入加热器温度传感器0 的温度感应信号，输出控制信号至加热装置(9)控制加热装置(9)加热或停止。
6.根据权利要求1所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述空气加热和注入控制装置包括风机(6)、加热装置(9)、加热器温度传感器(22)、树脂温度传感器(14)和恒温控制装置(19、21)，由工作室排气口 (16)排出的空气经风机(6)送至加热装置(9)加热，加热后的热风输送至树脂槽底部的夹层进气口 G)，加热器温度传感器0 设于加热装置(9) 内，树脂温度传感器(14)设于树脂槽里的树脂内，恒温控制装置(19、21)输入加热器温度传感器0 和树脂温度传感器(14)的温度感应信号，输出控制信号至加热装置(9)控制加热装置(9)加热或停止。
7.根据权利要求6所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述恒温控制装置分为加热器恒温控制装置和树脂恒温控制装置(19)，加热器恒温控制装置输入加热器温度传感器0 的温度感应信号，输出控制信号至加热装置(9)控制加热装置(9)加热或停止，树脂恒温控制装置(19)输入树脂温度传感器(14)的温度感应信号，输出控制信号至加热装置(9)控制加热装置(9)加热或停止。
8.根据权利要求3至7任一项所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述空气加热和注入控制装置还包括空气除湿装置(18)，设置在工作室排气口(16)和风机(6)之间，或者，设置在加热装置(9)和树脂槽底部的夹层进气口(4)之间。
9.根据权利要求8所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述除湿装置(18)为压缩机制冷的空气除湿机，或为半导体制冷器，或为填充吸潮材料的除湿装置。
10.根据权利要求3至7任一项所述的树脂加热干燥系统，其特征在于所述加热装置 (9)具有大的散热表面积。
全文摘要
一种光固化快速成型设备树脂加热干燥系统，包括树脂槽、密闭工作室和空气加热和注入控制装置，所述树脂槽内腔和外腔之间设置夹层，底部设置夹层进气口，上方设置夹层排气通道，所述密闭工作室为设置在树脂槽上方且和树脂槽密封连接的空腔体，其顶部设有工作室排气口，所述空气加热和注入控制装置输出的热空气经夹层进气口注入到夹层内，该热空气在夹层内流动，由夹层排气通道排出至密闭工作室内，再经工作室排气口排出且输入空气加热和注入控制装置加热循环。本发明能实现树脂槽内的树脂六个方向的全方位均匀加热和恒温控制，保证光束扫描面上的树脂温度维持在一个理想的设定值，同时，能够避免光敏树脂长期暴露在空气中吸收环境中的水分。
文档编号B29C67/00GK102350793SQ20111025585
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者刘玉鹏, 叶世栋, 张海强, 李耀棠 申请人:中国科学院广州电子技术研究所