一种环形密封结构制备装置及其制备方法与流程

本发明涉及工业制造技术领域，尤其涉及一种环形密封结构制备装置及其制备方法。

背景技术：

环形密封结构是具有圆形截面的环状结构，由于其规则的外形和优良的结构特性，在材料制备、食品加工和生物医学中得到广泛的应用，如常见的o型橡胶圈、甜甜圈面包、环形药片等。目前常用的制备环形密封结构的方法为模具成型法，即采用上下模模压成形工艺，具有产量高、制品性能稳定等优势。但是利用这种方法所制备的环形密封结构会在模具接缝处形成分模线，导致圆截面不光滑，需在加工过程中增加去除分模线的工序，导致加工成本增加、生产效率降低。

为了解决这一技术问题，形成无瑕疵的圆截面环状结构。我们提出一种新型的结合液-液相打印和光固化技术来制备环形密封结构的装置和方法。该方法利用不相溶的两种液体，在旋转运动下打印出液体环结构，由于液体环中的光固化材料在指定波段光源的照射下可快速固化，即可得到大小均一、精度可控的固体环形密封结构，制备成本大幅降低且操作简单，同时制备的环形密封结构具有精度高、性能稳定等优势，可以在大规模制备环形密封结构中广泛推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种环形密封结构制备装置及其制备方法，旨在解决现有技术中制备环形密封结构的模具成型法中存在的模具接缝处形成分模线，导致圆截面不光滑的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种环形密封结构制备装置，包括固定底板、注液组件、三维微调平台组件、旋转平台组件、光固制备组件和图像检测组件；所述注液组件包括微量注射泵、注射针筒和软管，所述微量注射泵置于所述固定底板上，所述微量注射泵上具有安装槽，所述注射针筒与所述微量注射泵固定连接，并位于所述安装槽内，所述软管与所述注射针筒的出液口连通，所述三维微调平台组件包括三维微距移动平台、针头固定架和出液针头，所述三维微距移动平台置于所述固定底板上，所述针头固定架的一端与所述三维微距移动平台固定连接，所述针头固定架的另一端与所述出液针头过渡配合，且所述出液针头与所述软管远离所述注射针筒的一端连通；

所述旋转平台组件包括电动旋转台、储液盒夹具和储液盒，所述电动旋转台置于所述固定底板上，所述储液盒夹具与所述电动旋转台可拆卸连接，所述储液盒夹具夹持所述储液盒，且所述储液盒位于所述出液针头的正下方；

所述光固制备组件包括紫外光固化机、灯头固定夹具和紫外光固化灯，所述紫外光固化机和所述灯头固定夹具分别置于所述固定底板上，所述灯头固定夹具夹持所述紫外光固化灯；

所述图像检测组件包括支架、led背光源和高速相机，所述支架与所述固定底板可拆卸连接，所述led背光源置于所述三维微距移动平台的下方，所述高速相机与所述支架固定连接，且所述高速相机位于所述储液盒的正上方。

其中，所述注液组件包括固定件、夹持件和滑块，所述固定件的一端贯穿所述夹持件并与所述微量注射泵螺纹连接，且所述夹持件夹持所述注射针筒；所述滑块与所述微量注射泵滑动连接，所述滑块通过置于所述微量注射泵内部的注射泵驱动器带动，所述滑块位于所述夹持件的一侧，且与所述注射针筒的一端贴合。

其中，所述三维微调平台组件还包括平台支座，所述平台支座与所述固定底板可拆卸连接，所述平台支座上具有凹槽和多个定位隔振板，且每个所述定位隔振板分别位于所述三维微距移动平台和所述电动旋转台的下方。

其中，所述三维微距移动平台上具有用于定位所述出液针头的x轴微分头、y轴微分头和z轴微分头。

其中，所述储液盒夹具上具有第一卡环部、夹持部和延展部，所述第一卡环部的两端分别与所述夹持部固定连接，每个所述夹持部远离所述第一卡环部的一端分别与所述延展部固定连接，且每个所述延展部上设有供螺钉贯穿的通孔。

其中，所述灯头固定夹具具有第二卡环部和支耳，所述支耳分别与所述第二卡环部固定连接，并分别位于所述第二卡环部的两端，每个所述支耳上具有供螺钉贯穿的贯穿孔。

其中，所述图像检测组件还包括角铁，所述角铁的两端分别与所述支架和所述固定底板之间通过螺钉螺纹连接。

本发明还提供一种环形密封结构的制备方法，包括如下步骤：

安装环形密封结构制备装置，设置所述电动旋转台的旋转速度，同时设置所述微量注射泵的注液速率和注液量；

加入外部粘性液体至所述储液盒中，静置排除所述储液盒中粘性液体内的气泡，将装有粘性液体的所述储液盒放置于所述电动旋转台上并用所述储液盒夹具固定；

加入光固化材料至所述注射针筒内，并将所述注射针筒安装在所述微量注射泵上，连接好所述软管和所述出液针头，并排尽所述软管和所述出液针头内的空气，使光固化材料充满所述软管和所述出液针头，同时将所述出液针头固定在所述三维微距移动平台上；

开启所述led背光源和所述高速相机，调整所述led背光源光的强度、所述高速相机的焦距和光圈，使得与所述高速相机相连的电脑能拍到清晰的液体环结构；

开启所述电动旋转台电源，控制盛有粘性液体的所述储液盒旋转并达到匀速；

利用所述三维微距移动平台将所述出液针头插入所述储液盒的粘性液体中；

开启所述微量注射泵，所述微量注射泵按照预设的注液速率和注液量，将光固化材料通过所述软管和所述出液针头均匀连续的挤出到所述储液盒的粘性液体中，在边注液边旋转的情况下形成曲面光滑的液体环；

利用所述高速相机记录液体环的形成过程，观测液体环的界面形貌，确保界面不发生形变；

待形成液体环后，关闭所述微量注射泵，并利用所述三维微距移动平台将所述出液针头迅速移出所述储液盒的粘性液体外部；

关闭所述电动旋转台，打开所述紫外光固化机，利用所述紫外光固化灯快速固化液体环，从而形成固态环形密封结构；

待制备完成后取出固态环形密封结构，利用所述高速相机拍摄固态环形密封结构的图像，检测固态环内部是否有缺陷，并利用图像处理软件测量固态环形密封结构的尺寸。

本发明的有益效果体现在：通过利用装满光固化材料的所述注射针筒将液态光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒中，并通过所述微量注射泵控制光固化材料的注液速率和注液量；所述注射针筒与所述出液针头之间通过所述软管连接，所述出液针头与所述三维微距移动平台的所述针头固定架固定连接，制备前需根据拟制备的液体环尺寸设定所述出液针头的位置，以便生成不同尺寸的液体环；所述储液盒通过所述储液盒夹具固定在所述电动旋转台上，在所述注射针筒将光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒之前，应当使所述三维微距移动平台以及固定在其上的所述储液盒旋转并达到匀速；待注入盛满粘性液体的所述储液盒中的光固化材料形成液体环后，所述电动旋转台停止转动，同时停止所述微量注射泵注液，将所述出液针头迅速移动至粘性液体外部。打开所述紫外光固化机，通过所述紫外光固化灯迅速固化液体环，得到曲面光滑的环形密封结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的环形密封结构制备装置的结构示意图。

图2是本发明的环形密封结构制备装置的侧视图。

图3是本发明的环形密封结构制备装置的部分结构放大图。

图4是本发明的三维微距移动平台的结构示意图。

图5是本发明的电动旋转台的结构示意图。

图6是本发明的平台支座的结构示意图。

图7是本发明的灯头固定夹具的结构示意图。

图8是本发明的环形密封结构的制备方法的流程图。

10-固定底板、20-注液组件、21-微量注射泵、211-安装槽、212-夹持件、213-固定件、214-滑块、22-注射针筒、23-软管、30-三维微调平台组件、31-三维微距移动平台、311-x轴微分头、312-y轴微分头、313-z轴微分头、32-针头固定架、33-平台支座、331-凹槽、332-定位隔振板、34-出液针头、40-旋转平台组件、41-电动旋转台、42-储液盒夹具、421-第一卡环部、422-夹持部、423-延展部、424-通孔、43-储液盒、50-光固制备组件、51-紫外光固化机、52-灯头固定夹具、521-第二卡环部、522-支耳、523-贯穿孔、53-紫外光固化灯、60-图像检测组件、61-支架、62-高速相机、63-角铁、64-led背光源。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图7，本发明提供了一种环形密封结构制备装置，包括固定底板10、注液组件20、三维微调平台组件30、旋转平台组件40、光固制备组件50和图像检测组件60；所述注液组件20包括微量注射泵21、注射针筒22和软管23，所述微量注射泵21置于所述固定底板10上，所述微量注射泵21上具有安装槽211，所述注射针筒22与所述微量注射泵21固定连接，并位于所述安装槽211内，所述软管23与所述注射针筒22的出液口连通，所述三维微调平台组件30包括三维微距移动平台31、针头固定架32和出液针头34，所述三维微距移动平台31置于所述固定底板10上，所述针头固定架32的一端与所述三维微距移动平台31固定连接，所述针头固定架32的另一端与所述出液针头34过渡配合，且所述出液针头34与所述软管23远离所述注射针筒22的一端连通；

所述旋转平台组件40包括电动旋转台41、储液盒夹具42和储液盒43，所述电动旋转台41置于所述固定底板10上，所述储液盒夹具42与所述电动旋转台41可拆卸连接，所述储液盒夹具42夹持所述储液盒43，且所述储液盒43位于所述出液针头34的正下方；

所述光固制备组件50包括紫外光固化机51、灯头固定夹具52和紫外光固化灯53，所述紫外光固化机51和所述灯头固定夹具52分别置于所述固定底板10上，所述灯头固定夹具52夹持所述紫外光固化灯53；

所述图像检测组件60包括支架61、led背光源64和高速相机62，所述支架61与所述固定底板10可拆卸连接，所述led背光源64置于所述三维微距移动平台31的下方，所述高速相机62与所述支架61固定连接，且所述高速相机62位于所述储液盒43的正上方。

在本实施方式中，所述注液组件20包括微量注射泵21、注射针筒22和软管23，其中所述微量注射泵21的型号为lsp01-2a，所述微量注射泵21置于所述固定底板10上，所述注射针筒22固定在所述微量注射泵21上，其主要是通过装满液体光固化材料的所述注射针筒22，将光固化材料注入盛满粘性液体的材质为玻璃的所述储液盒43中，并通过所述微量注射泵21控制光固化材料的注液速率和注液量；所述注射针筒22与所述出液针头34之间通过所述软管23连接，所述出液针头34通过连接在型号为m1-637-l1的所述三维微距移动平台31的所述针头固定架32上固定。所述针头固定架32为刚性垂直结构，能够保证所述出液针头34垂直插入盛有粘性液体的所述储液盒43中。

所述电动旋转台41型号为dzprt100-as1，所述电动旋转台41有驱动电机带动旋转，所述旋转平台组件40与所述储液盒夹具42之间通过螺钉连接，所述储液盒43与所述储液盒夹具42之间是通过螺钉拧紧使所述储液盒夹具42的卡环收缩从而达到固定所述储液盒43的目的。

其中，所述灯头固定夹具52与所述固定底板10之间通过螺钉连接固定，所述紫外光固化机51置于所述固定底板10上，所述紫外光固化灯53与所述灯头固定夹具52之间是通过螺钉拧紧使所述灯头固定夹具52的卡环收缩从而达到固定所述紫外光固化灯53的目的。

通过利用装满光固化材料的所述注射针筒22将液态光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒43中，并通过所述微量注射泵21控制光固化材料的注液速率和注液量；所述注射针筒22与所述出液针头34之间通过所述软管23连接，所述出液针头34通过连接在所述三维微距移动平台31的所述针头固定架32上固定，制备前需根据拟制备的圆环尺寸设定所述出液针头34的位置，以便生成不同尺寸的液体环；所述储液盒43通过所述储液盒夹具42固定在所述电动旋转台41上，在所述注射针筒22将光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒43之前，应当使所述三维微距移动平台31以及固定在其上的所述储液盒43旋转并达到匀速；待注入盛满粘性液体的所述储液盒43中的光固化材料形成液体环后，所述电动旋转台41停止转动，同时停止所述微量注射泵21注液，将所述出液针头34迅速移动至粘性液体外部。打开所述紫外光固化机51，通过所述紫外光固化灯53迅速固化液体环，得到曲面光滑的环形密封结构。

进一步地，所述注液组件20包括固定件213、夹持件212和滑块214，所述固定件213的一端贯穿所述夹持件212并与所述微量注射泵21螺纹连接，且所述夹持件212夹持所述注射针筒22；所述滑块214与所述微量注射泵21滑动连接，所述滑块214通过置于所述微量注射泵21内部的注射泵驱动器带动，所述滑块214位于所述夹持件212的一侧，且与所述注射针筒22的一端贴合。

在本实施方式中，所述固定件213为固定螺栓，通过利用所述固定件213的一端贯穿所述夹持件212并与所述微量注射泵21螺纹连接，以此使得所述夹持件212夹持所述注射针筒22，并且配合所述安装槽211，能够将所述注射针筒22固定得更加稳定，不易晃动。其中所述滑块214位于所述夹持件212的一侧，与所述注射针筒22的一端贴合；所述注射泵驱动器位于所述微量注射泵21内部，通过按键设置参数，在显示屏上显示，驱动所述滑块214运动，且推动所述注射针筒22挤出液体。

进一步地，所述三维微调平台组件30还包括平台支座33，所述平台支座33与所述固定底板10可拆卸连接，所述平台支座33上具有凹槽331和多个定位隔振板332，且每个所述定位隔振板332分别位于所述三维微距移动平台31和所述电动旋转台41的下方。

在本实施方式中，其中所述三维微距移动平台31和所述电动旋转台41分别与所述平台支座33螺钉连接，之后所述平台支座33再与所述固定底板10之间通过螺钉连接，并且在所述平台支座33上具有多个定位隔振板332，且每个所述定位隔振板332分别位于所述三维微距移动平台31和所述电动旋转台41的下方，以此能够对所述三维微距移动平台31和所述电动旋转台41的运动起到减震效果，使得该环形密封结构制备装置在制备密封环时更加的平稳，避免影响制备出的固体密封环的质量。

进一步地，所述三维微距移动平台31上具有用于定位所述出液针头34的x轴微分头311、y轴微分头312和z轴微分头313。

在本实施方式中，所述三维微距移动平台31中所述x轴微分头311、所述y轴微分头312、所述z轴微分头313的设置，用于定位所述出液针头34的位置，进而调控所生成液体环的中心直径。而液体环的粗细可以通过调节注液速率和注液量来实现，进而达到精确控制液体环尺寸的目的。

进一步地，所述储液盒夹具42上具有第一卡环部421、夹持部422和延展部423，所述第一卡环部421的两端分别与所述夹持部422固定连接，每个所述夹持部422远离所述第一卡环部421的一端分别与所述延展部423固定连接，且每个所述延展部423上设有供螺钉贯穿的通孔424。

在本实施方式中，所述第一卡环部421、所述夹持部422和所述延展部423一体成型，所述储液盒43放置在所述第一卡环部421、所述夹持部422和所述延展部423围合形成的卡紧结构之间，然后利用带有螺纹的螺钉贯穿所述通孔424，并与螺母螺纹连接，以此将所述储液盒43夹持牢固，同时也便于拆卸。

进一步地，所述灯头固定夹具52具有第二卡环部521和支耳522，所述支耳522分别与所述第二卡环部521固定连接，并分别位于所述第二卡环部521的两端，每个所述支耳522上具有供螺钉贯穿的贯穿孔523。

在本实施方式中，所述第二卡环部521与所述支耳522一体成型，所述紫外光固化灯53放置于所述第二卡环部521与所述支耳522围合形成的箍紧结构之间，然后利用带有螺纹的螺钉贯穿所述贯穿孔523，并与螺母螺纹连接，以此将所述紫外光固化灯53夹持牢固，同时也便于拆卸。其中所述第二卡环部521通过连接杆与所述固定底板10可拆卸连接。

进一步地，所述图像检测组件60还包括角铁63，所述角铁63的两端分别与所述支架61和所述固定底板10之间通过螺钉螺纹连接。

在本实施方式中，所述支架61和所述角铁63均采用铝材制造而成，其中所述角铁63与所述固定底板10之间通过螺钉连接，所述角铁63与所述支架61之间通过螺钉连接固定，以此增加结构稳定性。

请参阅图8，本发明还提供一种环形密封结构的制备方法，包括环形密封结构制备装置，如下步骤：

s1：安装环形密封结构制备装置，设置所述电动旋转台41的旋转速度，同时设置所述微量注射泵21的注液速率和注液量；

s2：加入外部粘性液体至所述储液盒43中，静置排除所述储液盒43中粘性液体内的气泡，将装有粘性液体的所述储液盒43放置于所述电动旋转台41上并用所述储液盒夹具42固定；

s3：加入光固化材料至所述注射针筒22内，并将所述注射针筒22安装在所述微量注射泵21上，连接好所述软管23和所述出液针头34，并排尽所述软管23和所述出液针头34内的空气，使光固化材料充满所述软管23和所述出液针头34，同时将所述出液针头34固定在所述三维微距移动平台31上；

s4：开启所述led背光源64和所述高速相机62，调整所述led背光源64光的强度、所述高速相机62的焦距和光圈，使得与所述高速相机62相连的电脑能拍到清晰的液体环结构；

s5：开启所述电动旋转台41电源，控制盛有粘性液体的所述储液盒43旋转并达到匀速；

s6：利用所述三维微距移动平台31将所述出液针头34插入所述储液盒43的粘性液体中；

s7：开启所述微量注射泵21，所述微量注射泵21按照预设的注液速率和注液量，将光固化材料通过所述软管23和所述出液针头34均匀连续的挤出到所述储液盒43的粘性液体中，在边注液边旋转的情况下形成曲面光滑的液体环；

s8：利用所述高速相机62记录液体环的形成过程，观测液体环的界面形貌，确保界面不发生形变；

s9：待形成液体环后，关闭所述微量注射泵21，并利用所述三维微距移动平台31将所述出液针头34迅速移出所述储液盒43的粘性液体外部；

s10：关闭所述电动旋转台41，打开所述紫外光固化机51，利用所述紫外光固化灯53快速固化液体环，从而形成固态环形密封结构；

s11：待制备完成后取出固态环形密封结构，利用所述高速相机62拍摄固态环形密封结构的图像，检测固态环内部是否有缺陷，并利用图像处理软件测量固态环形密封结构的尺寸。

其中通过利用装满光固化材料的所述注射针筒22将液态光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒43中，并通过所述微量注射泵21控制光固化材料的注液速率和注液量；所述注射针筒22与所述出液针头34之间通过所述软管23连接，所述出液针头34通过连接在所述三维微距移动平台31的所述针头固定架32上固定，制备前需根据拟制备的圆环尺寸设定所述出液针头34的位置，以便生成不同尺寸的液体环；所述储液盒43通过所述储液盒夹具42固定在所述电动旋转台41上，在所述注射针筒22将光固化材料注入盛满粘性液体的所述储液盒43之前，应当使所述三维微距移动平台31以及固定在其上的所述储液盒43旋转并达到匀速；待注入盛满粘性液体的所述储液盒43中的光固化材料形成液体环后，所述电动旋转台41停止转动，同时停止所述微量注射泵21注液，将所述出液针头34迅速移动至粘性液体外部。打开所述紫外光固化机51，通过所述紫外光固化灯53迅速固化液体环，得到曲面光滑的环形密封结构，待制备完成后取出固态环形密封结构，利用所述高速相机62拍摄固态环形密封结构的图像，检测圆环内部是否有缺陷，并利用图像处理软件测量固态环形密封结构的尺寸。

综上所述：一种环形密封结构制备装置及其制备方法其主要是：首先让所述电动旋转台41(型号：dzprt100-as1)以及固定在其上的所述储液盒43旋转并达到匀速；然后通过所述三维微距移动平台31进行xyz三个方向的微调以控制液体环的中心直径。并通过所述微量注射泵21控制注液量进而控制液体环体积，实现精准控制液体环精度的目的。最后，利用所述uv紫外光固化机51快速固化液体环，保证制备的液体环能够迅速转变成固态，避免液体环因固化时间长而发生形变的问题。该系统实现了环形密封结构的可控制备，避免了传统加工工艺中的圆截面瑕疵以及内部缺陷问题，提高了环形密封结构的制备精度。还可通过更换不同尺寸的所述出液针头34，调节注液量和注液速率可得到不同尺寸的液体环，固化后实现大小均一的环形密封结构的可控制备；通过所述微量注射泵21来控制供给流体的注液量和注液速率，保证了液体能够均匀连续的挤出，形成均匀的液体环结构；通过所述高速相机62视觉系统检测圆环内部的缺陷。以此解决了现有技术中的制备环形密封结构的模具成型法中存在的模具接缝处形成分模线，导致圆截面不光滑的技术问题。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。