一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置与方法与流程

文档序号:13109115
技术领域本发明涉及面投影3D成形装置,尤其涉及一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置与方法。

背景技术:
3D打印是新型快速成型制造技术。它通过专用软件对三维模型进行切片分层,获得截面数据,然后导入快速成型设备,采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术。通过逐层累加,可以几乎完成任意几何形状零件的制造,具备加工单件,小批量,复杂几何结构,组织致密的优点。陶瓷等一些材料,由于高硬、耐磨、抗压强度、自然纯真,晶莹剔透、色泽逼真等特点获得广泛应用。然而,目前陶瓷等材料成型常用的激光选区熔化技术,激光选区烧结其往往存在比较大弊端,比如激光选区熔化技术成型中应力非常大,成型出来的样品往往开裂,性能非常差,而激光选区烧结需要陶瓷覆膜,其材料成本附加比较高,而且成型精度成形效率大大受到限制。高粘度光敏混合材料,如陶瓷与光敏树脂混合浆料,由于流动性差、不宜铺展等原因,现有的3D成形装置难以成型,如何快速、高精度实现高粘度光敏混合材料的3D成形是目前难题。

技术实现要素:
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足,提供一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置与方法。解决了现有技术采用高粘度光敏混合材料(如陶瓷与光敏树脂混合浆料)由于流动性差、不宜铺展等原因,而导致成型难、成型速度慢、成型精度低等技术问题。本发明通过下述技术方案实现:一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置,包括控制系统、工作台、置于工作台上的成型机构、置于工作台上的用于盛装光敏树脂材料的浆料盒以及置于工作台下方的数字化投影紫外光源设备;所述成型机构的运动、数字化投影紫外光源设备的运行指令由控制系统控制;所述浆料盒的截面形状为圆形结构,它包括浆料盒外层缸11和置于其内的旋转浆料盒内层缸10,旋转浆料盒内层缸10由电机驱动其在浆料盒外层缸11内顺时针或者逆时针360°旋转;所述工作台上还设有一刮板机构;当旋转浆料盒内层缸10转动时,刮板机构将旋转浆料盒内层缸10内盛装的液态的光敏树脂材料均匀铺展,使光敏树脂材料的表面沿水平面方向平整、均匀。所述刮板机构包括水平刮板8、悬臂9、轴12和升降基台13;水平刮板8置于旋转浆料盒内层缸10内的光敏树脂材料上方,水平刮板8的下侧边缘与光敏树脂材料的液面接触;悬臂9的一端连接水平刮板8,另一端通过轴12安装在升降基台13上;调节升降基台13的高度,改变水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的液面接触的深度,进而改变光敏树脂材料的铺展厚度。当升降基台13升高时,水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触深度变浅;当升降基台13降低时,水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触深度加深。所述水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触为线与面接触。所述水平刮板8的一端向旋转浆料盒内层缸10的内壁方向延伸,并与内壁滑动接触,另一端向旋转浆料盒内层缸10的圆形方向延伸;水平刮板8与悬臂9为活动连接,且它们之间的角度可调。所述水平刮板8为陶瓷材质。所述水平刮板8的长度≤旋转浆料盒内层缸10半径。所述成型机构包括设置在工作台一侧的直线电机导轨2、安装在直线电机导轨2上的Z轴滑块1、安装在Z轴滑块1上的成型基板6;成型基板6跟随Z轴滑块1在旋转浆料盒内层缸10的上方作上下垂直移动。成型基板6通过Z轴滑块1上紧固板5将其固定在Z轴滑块1的卡槽上。所述数字化投影紫外光源设备包括数字化投影紫外光源发生器4和投影反射板14;投影反射板14将数字化投影紫外光源发生器4发射的投影光束15,投影到旋转浆料盒内层缸10内的光敏树脂材料表面,并控制投影光束15在光敏树脂材料表面X和Y方向的移动,实现液态的光敏树脂材料的光固化成型。一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置在成形零件过程中的运行方法,包括如下步骤:(1)将正向设计或逆向设计好的三维模型,通过分层软件进行离散分层;(2)按照分层数据,将数字化投影紫外光源设备的紫外光源调制为分层数据面投影;(3)Z轴滑块1带动成型基板6下行,当成型基板6的下表面与光敏树脂材料表面接触时停止下行;投影光束数据与光敏树脂材料表面发生反应并固化附着到成型基板6的下表面,完成当前层固化;(4)当前层固化后,Z轴滑块1带动成型基板6上升一层,使附着在成型基板6上的固化层脱离光敏树脂材料的液面;(5)旋转浆料盒内层缸10在电机驱动下,持续作360°旋转;液态的光敏树脂材料跟随旋转浆料盒内层缸10同步转动,其表面被陶瓷水平刮板刮平,并恢复至平整、均匀的水平面状态;(6)Z轴滑块1带动成型基板6下行,使固化层与光敏树脂材料液体界面接触时停止下行;(7)重复循环步骤3至步骤6;直至最后一层投影数据与光敏树脂材料发生反应,固化完成后,取下样品;(8)将样品高温烧结,脱脂获得最终致密形态成型零件。本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:本发明采用了圆形的浆料盒,它包括浆料盒外层缸和置于其内的旋转浆料盒内层缸,旋转浆料盒内层缸由电机驱动其在浆料盒外层缸内顺时针或者逆时针360°旋转;工作台上还设有一刮板机构;当旋转浆料盒内层缸转动时,刮板机构将旋转浆料盒内层缸内盛装的液态的光敏树脂材料均匀铺展,使光敏树脂材料的表面沿水平面方向平整、均匀。由于采用可旋转浆料盒内层缸和水平刮板,高粘度光敏混合材料可通过可旋转浆料盒内层缸的转动,由水平刮板均匀的铺展在工作台上。本发明为升降式的刮板机构,它包括水平刮板、悬臂、轴和升降基台;水平刮板置于旋转浆料盒内层缸内的光敏树脂材料上方,水平刮板的下侧边缘与光敏树脂材料的液面接触;悬臂的一端连接水平刮板,另一端通过轴(12)安装在升降基台上;调节升降基台的高度,改变水平刮板的下边缘与光敏树脂材料的液面接触的深度,进而改变光敏树脂材料的铺展厚度。由于采用可调升降基台,可直接通过升降基台调节水平刮板距离成型平台的高度,即控制高粘度光敏混合材料铺展厚度,从而使成型材料、成型厚度等参数可根据需要直接调节。本发明采用了精密的直线电机导轨,成形基板可通过固定在直线电机导轨上的Z轴滑块,由直线电机控制其沿导轨上下移动,实现光敏树脂材料逐层累加成型,可实现不同高粘度光敏混合材料的高精度成型,对现有数字化面投影3D成型设备实现高粘度光敏混合材料的成型具有重要意义。本发明造价低廉,技术手段简便易行,有效解决了现有数字化面投影3D成形装置,在采用流动性差、不宜铺展的高粘度光敏混合材料作为成型材料时,所遇到的成型难、成型速度慢、成型精度低等技术难题。附图说明图1是本发明高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置结构示意图。图2是本发明高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置左视图。图3是本发明高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置工作示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。实施例如图1至3所示。本发明公开了一种高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置,包括控制系统、工作台、置于工作台上的成型机构、置于工作台上的用于盛装光敏树脂材料的浆料盒以及置于工作台下方的数字化投影紫外光源设备;所述成型机构的运动、数字化投影紫外光源设备的运行指令由控制系统控制;所述浆料盒的截面形状为圆形结构,它包括浆料盒外层缸11和置于其内的旋转浆料盒内层缸10,旋转浆料盒内层缸10由电机驱动其在浆料盒外层缸11内顺时针或者逆时针360°旋转;所述工作台上还设有一刮板机构;当旋转浆料盒内层缸10转动时,刮板机构将旋转浆料盒内层缸10内盛装的液态的光敏树脂材料均匀铺展,使光敏树脂材料的表面沿水平面方向平整、均匀。所述刮板机构包括水平刮板8、悬臂9、轴12和升降基台13;水平刮板8置于旋转浆料盒内层缸10内的光敏树脂材料上方,水平刮板8的下侧边缘与光敏树脂材料的液面接触;悬臂9的一端连接水平刮板8,另一端通过轴12安装在升降基台13上;调节升降基台13的高度,改变水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的液面接触的深度,进而改变光敏树脂材料的铺展厚度,以适用于不同种类光敏树脂材料的成型,如流动性差、粘度高的陶瓷与光敏树脂混合浆料等。当升降基台13升高时,水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触深度变浅;当升降基台13降低时,水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触深度加深。升降基台13的高度调节,可实现不同种类光敏树脂材料的成型。所述水平刮板8的下边缘与光敏树脂材料的接触为线与面接触,以使其光敏树脂材料的液面更加平整、光洁。所述水平刮板8的一端向旋转浆料盒内层缸10的内壁方向延伸,并与内壁滑动接触,另一端向旋转浆料盒内层缸10的圆形方向延伸;水平刮板8与悬臂9为活动连接,且它们之间的角度可调。可很好的适应于不同结构形状、尺寸及特殊工艺要求的工件成型。所述水平刮板8为陶瓷材质。所述水平刮板8的长度≤旋转浆料盒内层缸10半径。所述成型机构包括设置在工作台一侧的直线电机导轨2、安装在直线电机导轨2上的Z轴滑块1、安装在Z轴滑块1上的成型基板6;成型基板6跟随Z轴滑块1在旋转浆料盒内层缸10的上方作上下垂直移动。成型基板6通过Z轴滑块1上紧固板5将其固定在Z轴滑块1的卡槽上。所述成型基板6的下表面为一向下延伸的小平台,采用倒置的方式通过Z轴滑块1固定在(精密)直线电机导轨2上;所述数字化投影紫外光源设备包括数字化投影紫外光源发生器4和投影反射板14;投影反射板14将数字化投影紫外光源发生器4发射的投影光束15(特定波长与强度的紫外光),投影到旋转浆料盒内层缸10内的光敏树脂材料表面,并控制投影光束15在光敏树脂材料表面X和Y方向的移动,实现液态的光敏树脂材料的光固化成型。本发明高粘度光敏混合材料数字化面投影3D成形装置在成形零件过程中的运行方法,包括如下步骤:(1)将正向设计或逆向设计好的三维模型,通过分层软件进行离散分层;(2)按照分层数据,将数字化投影紫外光源设备的紫外光源调制为分层数据面投影;(3)Z轴滑块1带动成型基板6下行,当成型基板6的下表面与光敏树脂材料表面接触时停止下行;投影光束数据与光敏树脂材料(高粘度光敏混合材料)表面发生反应并固化附着到成型基板6的下表面,完成当前层固化(为下一层提供固化附着点);(4)当前层固化后,Z轴滑块1带动成型基板6上升一层,使附着在成型基板6上的固化层脱离光敏树脂材料的液面;(5)旋转浆料盒内层缸10在电机驱动下,持续作360°旋转;液态的光敏树脂材料跟随旋转浆料盒内层缸10同步转动,其表面被陶瓷水平刮板刮平,并恢复至平整、均匀的水平面状态。工作前,需事先通过刮板机构的升降基台13,设定好水平刮板8与光敏树脂材料接触的深度,用于设定成型厚度。(6)Z轴滑块1带动成型基板6下行,使固化层与光敏树脂材料液体界面接触时停止下行;(7)重复循环步骤3至步骤6;直至最后一层投影数据与光敏树脂材料发生反应,固化完成后,取下样品;(8)将样品高温烧结,脱脂获得最终致密形态成型零件。如上所述,便可较好地实现本发明。本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。...
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