光固化成型装置及光固化成型方法与流程

本发明涉及三维成型技术领域，特别是涉及一种光固化成型装置及光固化成型方法。

背景技术：

光固化成型装置不仅具有成形表面光滑、成形速度快，而且结构简单、使用该装置制造的产品造价低廉等优点，在增材制造领域具有重要地位。在各种结构形态的光固化成型装置中，通常设有液槽，并通过液槽为光固化成型装置提供原材料。通过光源对液槽的液面进行曝光并相应生成单层固化物，并通过固化台升降、逐层累积固化直至形成完整的三维器件。

而现有的光固化成型装置在这种光固化成形工艺中需要提前预装大量液体材料，导致在光固化材料在制备器件的过程中容易造成光固化材料污染，容易造成光固化材料的浪费或所打印的器件质量不佳等问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种改进的光固化成型装置及光固化成型方法。

本发明提供的光固化装置通过安装有可运动的供料件，并通过供料件上的附着面使得光固化材料能够按需供给，从而改变光固化装置需要提前预装大量液体材料的现状，能够极大地提升光固化材料的利用率，降低光固化材料的变质或损耗，同时降低光固化成形工艺的使用及操作成本。

一种光固化成型装置，包括光源以及固化台，所述固化台具有用于固化光固化材料的工作面，所述光源能够照射所述固化台的工作面并固化位于所述工作面的光固化材料；

所述光固化成型装置还包括供料件、进料组件以及传动件，所述进料组件连通于所述供料件并为所述供料件提供所述光固化材料，所述供料件为透明件，所述供料件连接于所述传动件，所述供料件包括用于附着所述光固化材料的附着面，且所述附着面在所述传动件的作用下将所述光固化材料转移至所述工作面。

进一步地，所述进料组件包括进料件；所述供料件为圆柱状，所述供料件的外周面连接所述进料件并形成所述附着面；所述供料件与所述传动件之间相互固定，所述传动件能够带动所述供料件的附着面沿所述供料件的中心轴线转动，将所述光固化材料转移至所述工作面。

进一步地，所述光源与所述传动件相互固定，所述光源照射至所述工作面，并固化所转移的所述光固化材料。

进一步地，所述进料组件包括进料仓及进料件，所述进料仓连通于所述进料件，所述供料件的外周面连接所述进料件并形成所述附着面，所述进料仓通过所述进料件为所述供料件的附着面提供所述光固化材料。

进一步地，所述进料组件还包括第一储料件以及进料泵，所述第一储料件的一侧连通于所述进料泵，另一侧连通于所述进料仓，所述进料泵将所述所述第一储料件输送至所述进料仓。

进一步地，所述光固化成型装置还包括控制系统、第一真空泵以及第一压力传感器，所述控制系统电性连接于所述第一真空泵以及所述第一压力传感器，所述第一真空泵及所述第一压力传感器设置于所述进料仓内，所述控制系统在所述第一压力传感器的压力反馈后，控制所述第一真空泵调节所述进料仓内的气压；及/或，

所述光固化成型装置还包括控制系统及第一液位传感器，所述控制系统电性连接于所述第一液位传感器，所述第一液位传感器检测所述进料仓内所述光固化材料的液位高度。

进一步地，所述光固化成型装置还包括出料组件，所述出料组件连接于所述供料件的附着面，并与所述进料组件相对设置，所述出料组件回收所述附着面上的剩余光固化材料。

进一步地，所述出料组件包括出料仓及出料件，所述出料仓连通于所述出料件，所述供料件的外周面连接所述出料件，所述出料件移出所述供料件上的剩余光固化材料并回收至所述出料仓。

进一步地，所述出料组件还包括第二储料件以及出料泵，所述第二储料件的一侧连通于所述出料泵，另一侧连通于所述出料仓，所述出料泵将所述所述第二储料件输送至所述出料仓。

进一步地，所述光固化成型装置还包括控制系统、第二真空泵以及第二压力传感器，所述控制系统电性连接于所述第二真空泵以及所述第二压力传感器，所述第二真空泵及所述第二压力传感器设置于所述出料仓内，所述控制系统在所述第二压力传感器的压力反馈后，控制所述第二真空泵调节所述出料仓内的气压；及/或，

所述光固化成型装置还包括控制系统及第二液位传感器，所述控制系统电性连接于所述第二液位传感器，所述第二液位传感器检测所述出料仓内所述光固化材料的液位高度。

进一步地，所述光固化成型装置还包括调节机构，所述调节机构连接于所述固化台，所述调节机构还能够调节所述固化台相对所述供料件升降，并改变所述工作面的位置。

进一步地，所述光固化成型装置还包括架体及转动机构，所述架体用于安装所述传动件、所述供料件、及所述固化台，所述供料件通过所述传动件活动连接于所述架体，所述固化台与所述供料件分别安装于所述架体并相对设置；所述转动机构包括相互啮合的齿轮及齿条，所述齿轮与所述传动件或所述供料件相固定，所述齿条设置于所述架体上，所述齿条及所述齿轮相互配合并带动所述传动件及所述供料件运动。

进一步地，所述光固化成型装置还包括驱动机构，所述驱动机构连接于所述传动件或所述供料件并能够相对所述架体平移，所述驱动机构带动所述传动件或所述供料件相对所述工作面平移，并使连接于所述传动件或所述供料件的所述齿轮在所述齿条的作用下相对所述架体滚动，并带动所述传动件或所述供料件沿所述固化台的台面方向滚动。

本发明提供一种光固化装置，通过活动安装有供料件，并通过供料件上的附着面使得光固化材料能够按需供给，改变光固化装置需要提前预装大量液体材料的现状，能够极大地提升光固化材料的利用率，降低光固化材料的变质或损耗，同时降低了使用及操作成本。

一种光固化成型方法，应用于光固化成型装置，所述光固化成型装置包括光源以及固化台，所述固化台具有用于固化光固化材料的工作面，所述光源能够照射所述固化台的工作面并固化位于所述工作面的光固化材料；所述光固化成型装置还包括供料件、进料组件以及传动件，所述进料组件连通于所述供料件并为所述供料件提供所述光固化材料，所述供料件为透明件，所述供料件连接于所述传动件，所述供料件包括用于附着所述光固化材料的附着面，且所述附着面在所述传动件的作用下将所述光固化材料转移至所述工作面；

所述光固化成型方法包括：

在所述供料件的附着面上附着所述光固化材料；

传动所述附着面以使得所述光固化材料随所述附着面被转移至所述工作面；

将所述光源照射并固化所转移的光固化材料。

进一步地，所述附着面为圆柱面；传动所述附着面以使得所述光固化材料随所述附着面被转移到工作面的步骤包括：

沿所述工作面滚动所述附着面，以使得所述光固化材料随所述附着面被转移到工作面。

进一步地，所述光固化成型装置还包括出料组件，所述出料组件连接于所述供料件的附着面，并与所述进料组件相对设置；在供料件的附着面上附着所述光固化材料的步骤之前还包括：

通过进料组件控制附着于所述附着面的所述光固化材料的供给速度；

通过出料组件控制附着于所述附着面的所述光固化材料的回收速度。

本发明还提供一种光固化成型方法，该光固化成型方法可减少光固化材料的使用，并相应降低固化材料的污染可能性。

附图说明

图1为本发明一实施方式中光固化成型装置的结构示意图；

图2为图1所示光固化成型装置省略部分元件后的结构示意图；

图3为图2所示光固化成型装置的剖视示意图；

图4为图3所示光固化成型装置在a处的放大示意图；

图5为图3所示光固化成型装置在光固化时的结构示意图；

图6为图1所示光固化成型装置另一视角的结构示意图；

图7为本发明一实施方式中光固化成型方法的流程示意图。

元件标号说明

100、光固化成型装置；10、固化台；11、工作面；20、光源；30、架体；40、进料组件；41、进料仓；42、进料泵；43、进料件；431、进料孔；44、第一储料筒；45、第一压力传感器；46、第一真空泵；47、第一液位传感器；50、供料件；51、附着面；60、传动件；70、出料组件；71、出料仓；72、出料泵；73、出料件；731、出料孔；74、第二压力传感器；75、第二真空泵；76、第二液位传感器；80、转动机构；81、齿轮；82、齿条。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1至图2，图1为本发明一实施方式中光固化成型装置100的结构示意图；图2为图1所示光固化成型装置100省略部分元件后的结构示意图。

本发明提供一种光固化成型装置100，用于制造或打印三维器件，例如塑料件或金属件等三维器件。光固化成型装置100可以根据实际需求选用相应的光固化材料。常用的光固化材料包括光敏树脂或pla(polylactide，聚乳酸或聚丙交酯)等。

光固化成型装置100包括固化台10以及光源20，光源20与固化台10相对设置，且光源20能够照射至固化台10并使光固化材料固化成型。固化台10用于承载光固化材料；光源20用于使光固化材料固化并成型。光源20可以选择紫外线或激光等能够使光固化材料固化的光源20。

当然，为了使光固化成型装置100更加集成化，光固化装置还包括架体30。固化台10及光源20分别安装于架体30。

固化台10大致呈长方体，固化台10朝向光源20的一侧为平面，以使得光固化材料能够在平面上固化成型。固化台10具有用于固化光固化材料的工作面11，即正在固化成型的。

可以理解，在其他实施方式中，固化台10可以设置为其它形状，例如圆柱状，只要能够实现承载光固化材料即可；固化台10朝向光源20的一面可以根据实际需求相应设置，例如弧面等。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括调节组件(图未示)，调节组件连接于固化台10。调节组件用于调节固化台10相对于光源20的升降，以使得光源20能够固化工作面11上的光固化材料。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括架体30，架体30上安装有光源20、固化台10以及调节组件；光源20及固化台10相对设置。如此设置，使得光固化成型装置100能够更加集成化地形成台式结构。

请一并参阅图3至图5，图3为图2所示光固化成型装置100的剖视示意图；图4为图3所示光固化成型装置100在a处的放大示意图；图5为图3所示光固化成型装置100在光固化时的结构示意图。

现有的光固化成型装置100在传统的光固化成形工艺中需要提前预装大量液体材料，导致在光固化材料在制备器件的过程中容易造成光固化材料污染，容易造成光固化材料的浪费或所打印的器件质量不佳等问题。

为了改进上述的问题，光固化装置设有进料组件40、供料件50及传动件60。进料组件40连通于供料件50并为供料件50提供光固化材料，供料件50通过传动件60活动安装于固化台10的上方，并使得供料件50附着面51上的光固化材料能够在供料件50活动的情况下按需供给，从而改变光固化装置需要提前预装大量液体材料的现状，能够极大地提升光固化材料的利用率，降低光固化材料的变质或损耗，同时降低光固化成型装置100的使用及操作成本。

具体地，进料组件40安装于架体30且内部盛装有光固化材料；传动件60连接于进料组件40或架体30，并能够带动供料件50相对工作面11运动；供料件50连接于传动件60，且供料件50的外周为用于附着光固化材料的附着面51。附着面51在传动件60的带动下能够相对工作面11运动，并将附着的光固化材料转移至工作面11。光源20能够照射并固化即将转移的光固化材料。

在本实施方式中，供料件50为透明的圆柱状，附着面51为圆柱状的曲面外周。传动件60固定穿设于供料件50，并与供料件50的中心轴线重合；且光源20固定于传动件60并能够沿供料件50的某一固定径向照射至附着面51并固化附着面51上的光固化材料；固化后的光固化材料通过传动件60被转移至工作面11上。传动件60能够带动供料件50的附着面51沿供料件50的中心轴线转动；光源20照射并固化附着面51上的光固化材料，并通过传动件60转移至工作面11。光源20朝向工作面11设置，且能够沿供料件50垂直于工作面11的径向发出光线。本实施方式中，传动件60为转轴。

可以理解，在其他实施方式中，供料件50可以设置为其他形状，例如带状，只要能够实现在传动件60的作用下带动供料件50附着面51上的光固化材料转移至工作台即可；若供料件50设置为带状，则传动件60相应设置为能够拉动带状供料件50运动的传动机构，例如带传动机构，只要能够实现带动附着面51上的光固化材料转移至工作面11即可。附着面51可以不用为圆柱面，也可以是平面，只要能够实现传递光固化材料的功能即可；光源20可以设置于其他位置，只要能够实现照射至转移的光固化材料上即可。

本发明的核心在于：控制供料件50附着面51上的光固化材料供给量，并在传动件60的作用下使附着面51上的光固化材料能够被固化并转移至工作台。

在其中一个实施方式中，进料组件40包括进料仓41、进料泵42及进料件43。进料仓41的一侧连通于进料泵42，另一侧连通于进料件43，进料件43连通于供料件50的附着面51。进料仓41用于连接进料泵42并为进料件43输送光固化材料；进料泵42用于将光固化材料输送至进料仓41；进料件43用于吸入光固化材料并传递至供料件50的附着面51。如此设置，使得进料组件40能够为进料件43持续提供光固化材料，并使光固化成型的过程能够不间断地进行。进料泵42为进料仓41内泵入光固化材料；进料仓41内的光固化材料通过进料件43输送至供料件50的附着面51。

可以理解，在其他实施方式中，当进料件43能够按需吸取进料仓41内的光固化材料，且进料仓41内具有足够的光固化打印材料时，则进料泵42可以省略；或者进料仓41相应省略，进料泵42直接为供料件50泵入适量的光固化材料，只要能够实现为运动的供料件50不间断地提供光固化材料即可。

在其中一个实施方式中，进料件43为进料软板，且该进料软板相对靠近供料件50的一侧开设有进料孔431。进料软板的一侧与进料仓41连接，另一侧与供料件50相连；进料软板开设有进料孔431的一侧贴合于供料件50的附着面51；进料仓41通过进料孔431将光固化材料输送至供料件50的附着面51。进料软板用于将进料仓41内的光固化材料定量传递至供料件50。进料仓41在进料泵42的作用下使进料仓41内保持一定液位的光固化材料，并通过进料软板的进料孔431将光固化材料的输送至供料件50的附着面51。其中，进料软板为具有一定吸液能力的材料制备而成，例如纤维材料等。

在其中一个实施方式中，进料组件40还包括第一储料筒44，第一储料筒44连接于进料泵42于进料仓41之间；第一储料筒44通过管路于进料仓41及进料泵42连接。如此设置，使得第一储料筒44不仅能够使光固化材料相对密封存储，且能够为进料仓41及进料件43不间断地提供光固化材料。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括控制系统(图未示)、第一压力传感器45及第一真空泵46，第一真空泵46及第一压力传感器45分别电性连接于控制系统。第一压力传感器45将进料仓41内的压力反馈至控制系统；控制系统再控制第一真空泵46对进料仓41内的压力进行调节，以使得进料仓41内的压力处于相对恒定的状态。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括第一液位传感器47，第一液位传感器47电性连接于控制系统。第一液位传感器47用于检测进料仓41内的液位并反馈至控制系统，控制系统通过调节进料泵42对进料仓41内的液位进行调节。如此设置，使得进料仓41内的液面能够相对恒定，且对进料件43的供液量也相对恒定。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括出料组件70。出料组件70连接于供料件50，且与进料组件40分别连接于供料件50中心轴线的两侧，并能够实现回收附着面51的光固化材料。可以理解，在其他实施方式中，出料组件70可以设置于供料件50附着面51的任意位置，只要能够实现回收附着面51上的光固化材料即可。

出料组件70包括出料仓71、出料泵72及出料件73。出料仓71的一侧连通于出料泵72，另一侧连通于出料件73，出料件73连通于供料件50的附着面51。出料仓71用于连接出料泵72并通过出料件73对光固化材料进行回收；出料泵72用于回收出料仓71内的光固化材料；出料件73用于吸出附着面51的光固化材料并传递至出料仓71。如此设置，使得出料组件70能够回收附着面51上多余的光固化材料，并使附着面51的光固化材料维持恒定。出料件73将附着面51上的光固化材料回收至出料仓71，并通过出料泵72将出料仓71内的光固化材料及时移出，以使得出料仓71内光固化材料保持在恒定范围内。

可以理解，在其他实施方式中，当出料件73能够及时吸取供料件50附着面51多余的光固化材料并转移至出料仓71时，则出料泵72可以省略；或者，出料泵72直接通过出料件73及时回收附着面51多余的光固化材料，则出料仓71相应省略，只要能够实现为及时回收料件附着面51的光固化材料即可。

同样地，出料件73为出料软板，且该出料软板相对靠近供料件50的一侧开设有出料孔731。且出料软板与进料软板的材质及结构相同，在此不做赘述。

在其中一个实施方式中，第一储料筒44连接于出料泵72于出料仓71之间；第一储料筒44通过管路于出料仓71及出料泵72连接。如此设置，使得第一储料筒44不仅能够使回收的光固化材料相对密封存储，且供料件50上的光固化材料处于相对恒定的动态平衡状态。当然，出料泵72还可以连接于其他储料筒，以回收出料仓71内的光固化材料。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括第二压力传感器74及第二真空泵75，第二真空泵75及第二压力传感器74分别电性连接于控制系统。第二压力传感器74将出料仓71内的压力反馈至控制系统；控制系统再控制第二真空泵75对出料仓71内的压力进行调节，以使得出料仓71内的压力处于相对恒定的状态。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括第二液位传感器76，第二液位传感器76电性连接于控制系统。第二液位传感器76用于检测出料仓71内的液位并反馈至控制系统，控制系统通过调节出料泵72对出料仓71内的液位进行调节。如此设置，能够出料泵72能够及时移出出料仓71内的光固化材料，从而使得确保出料仓71内的液面能够相对恒定。

在其中一个实施方式中，进料仓41及出料仓71为同一储料仓分隔而形成的两个腔室。如此设置，进料仓41及出料仓71的一体设置，使得两者能够便于连接至供料件50，以及时传输或吸取供料件50附着面51的光固化材料。

在其中一个实施方式中，为了使连接有进料仓41及出料仓71的供料件50及转动件能够相对固化台10运动，光固化成型装置100还包括驱动机构(未标号)；驱动机构电性连接于控制系统，并能够控制进料仓41、出料仓71、供料件50及转动件整体运动，以使得光固化材料能够转移至工作面11。其中，驱动机构连接于进料仓41、出料仓71、供料件50或转动件中的任意一者或多者，只要能够实现带动进料仓41、出料仓71、供料件50及转动件整体运动即可。

请参阅图6，图6为图1所示光固化成型装置100另一视角的结构示意图。

在其中一个实施方式中，光固化成型装置100还包括转动机构80。当驱动机构控制进料仓41、出料仓71、供料件50及转动件整体运动时，为了使得供料件50在运动的过程中还能够同时进行转动，并使得附着面51的光固化材料能够转移至工作面11，转动机构80连接于传动件60，并在驱动结构的作用下能够带动传动件60及供料件50转动。

具体地，转动机构80包括相互啮合的齿轮81及齿条82；齿轮81与传动件60之间相互固定；齿条82设置于架体30上并与固化台10平行设置。当驱动机构控制进料仓41、出料仓71、供料件50及转动件整体沿水平方向运动时，齿轮81在齿条82的作用下沿固化台10的台面方向滚动，并带动传动件60及供料件50沿固化台10的台面方向滚动。

此时，控制系统通过进料组件40及出料组件70中的各个传感器的反馈对供料泵及出料泵72进行调节，并控制附着面51的光固化材料处于恒定供料的状态，以使得光固化材料在光源20的作用下转移至工作面11。同时，驱动机构控制进料仓41、出料仓71、供料件50及转动件整体运动的线速度与附着面51相对转动的线速度相同，以使得工作面11上的光固化过程能够连续进行。光固化装置在供料件50自转的过程中完成材料的供给、扫描固化与回收动作。

如此设置，传动件60在齿轮81及齿条82的配合作用下，能够精准控制附着面51的转动线速度。

可以理解，在其他实施方式中，传动件60可以通过其他机构进行转动，例如传动件60直接连接于电机，传动件60在电机的驱动下直接带动供料件50转动。优选地，传动件60设置于供料件50的中心轴线上，以使得传动件60带动供料件50沿中心轴线转动。

本发明提供一种光固化装置，通过安装有可运动的供料件50，并通过供料件50上的附着面51使得光固化材料能够按需供给，从而改变光固化装置需要提前预装大量液体材料的现状，能够极大地提升光固化材料的利用率，降低光固化材料的变质或损耗，同时降低光固化成形工艺的使用及操作成本。

本实施方式中，进料组件40、出料组件70以及两组件中对应的进料及出料元件名称可以互换，因为随着供料件50的转动方向的改变，供料和回收的作用相互转换。

请参阅图7，图7为本发明一实施方式中光固化成型方法的流程示意图。

本发明还提供一种光固化成型方法，光固化成型方法包括：

步骤s10，在供料件的附着面上附着光固化材料；

步骤s20，传动附着面以使得光固化材料随附着面被转移至工作面；

步骤s30，将光源照射并固化所转移的光固化材料。

具体地，通过控制供料件附着面的光固化材料维持在恒定值；控制传动件运动，并带动附着面的光固化材料转移至工作面；保持光源始终照射至所转移的光固化材料上。

传动附着面以使得光固化材料随附着面被转移到工作面的步骤s20包括：

s21，沿工作面滚动附着面，以使得光固化材料随附着面被转移到工作面。

具体地，当供料件设置为透明圆柱状时，传动件能够带动供料件沿固化台的工作面方向滚动，并使附着面的光固化材料转移至工作面。

供料件的附着面上附着光固化材料的步骤s10之前还包括：

步骤s01，通过进料组件控制附着于附着面的光固化材料的供给速度；

步骤s02，通过出料组件控制附着于附着面的光固化材料的回收速度。

本发明还提供一种光固化成型方法，该光固化成型方法可减少光固化材料的使用，并相应降低固化材料的污染可能性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。