一种立体模型成型设备及其成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模型固化成型技术领域，具体涉及一种立体模型成型设备及其成型方 法。
【背景技术】
[0002] 立体模型的成型方法有很多种，其中通过紫外线固化光固化树脂的方法（SLA) 能够提供较高的成形精度以及较好的成形表面平整度。中国专利CN203665945U公开 了一种基于DLP投影光固化三维打印机，包括计算机系统、自动控制系统、DLP投影系统、 成型工作池、供料系统以及升降系统，能够实现高精度的连续光固化成型。中国专利CN 201410795471. 6公开了一种具有刮平功能的激光3D打印机及其光固化打印方法公开了一 种具有刮平功能的激光3D打印机，包括用于构成节本骨架的外框单元、用于盛放打印原液 的料槽、能够与所述的外框单元相对纵向运动且位于所述料槽内工作位的打印单元、用于 提供光固化激光光源的照射单元、位于所述打印单元和所述照射单元之间用于对打印面的 刮平处理的刮平单元以及控制各单元工作状态的控制单元；所述刮平单元能够纵向运动， 其上设置的刮平板能在料槽内水平横向运动，并在一个往复运动中同时完成刮除动作和抹 平动作。中国专利CN201410027198公开了一种基于DLP原理并且从液态树脂下面投影的 3D打印机，其设有树脂槽，所述树脂槽的底板可透光；垂直升降机构上固定连接成型平台， 通过垂直升降机构来调整树脂槽与成型平台之间的距离；计算机用于处理三维模型并将三 维模型顺序分割成具有一定厚度的若干剖面图形，计算机还连接控制电气控制装置，电气 控制装置控制垂直升降机构自动升降成型平台，并控制DLP投影机对树脂槽中光固化树脂 液面照射；DLP投影机设于树脂槽的下方并与计算机相连，DLP投影机将剖面图形的图形光 路经树脂槽的底板透射以照射光固化液态树脂。
[0003] 现有技术的实现成型过程中已固化的固态部分或者未固化的液态部分都会受到 不同程度的扰动。中国专利CN203665945U公开了在每固化完成一层要从供料系统向成型 工作池补充光固化树脂，未固化的液态部分要产生流动；中国专利CN201410795471. 6中 刮平单元够纵向运动对表面的已固化的固态部分和未固化的液态部分造成扰动；中国专利 CN201410027198已固化的部分和树脂槽脱离以及液态树脂流动补充到固化部分和托盘底 面之间都产生扰动。这种扰动使得立体模型的悬空部分时需要额外增加支撑结构，否则在 扰动的作用下，悬空部分在成型过程中会发生错位和变型。成型过程完成后需要将支撑结 构去除，这样一来增加处理工序；二来支撑结构需要与立体模型表面接触，以完成支撑，去 除后影响立体模型表面的平整度。另外，立体模型的成型过程产生柔性体时，这种扰动会影 响成型精度。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中的缺陷，本发明通过一种低扰动的光固化立体模型成型设备 及成型方法，减少了立体模型成型过程中对支撑结构的需求，并进一步适合柔性体的立体 模型成型。
[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种立体模型成型设备，包括设有工作台的 机架，所述工作台上设有筒形结构且开口向上的光固化液容器，所述筒形结构内设有与升 降杆连接进行上下运动的成型平台，所述筒形结构内壁与所述成型平台之间设有密封圈， 所述升降杆与设置在机架上的驱动装置连接，所述成型平台的上方设有在导轨上进行往返 运动的铺液装置，所述铺液装置与设置在机架上的水平驱动装置连接，所述铺液装置设有 铺液壳体和雾化装置，所述雾化装置设有与光固化液供给装置连接的光固化液入口，所述 雾化装置包括与所述光固化液入口连接的雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在所述铺液壳体 内，所述机架上位于所述成型平台上方设有固化光投射装置，所述机架位于所述成型平台 上方设有液面高度位置探测装置。
[0006] 进一步地，所述铺液壳体底部设有均衡挡板，所述均衡挡板上设有开口的均衡槽， 所述均衡槽的工作运动方向为宽度方向，所述均衡槽的运动平面内与所述宽度方向垂直的 方向为长度方向，所述均衡槽在工作长度范围内的所述长度方向上各点对应的沿所述宽度 方向的所述均衡槽开口内的雾化液滴密度的定积分值的相对均方误差不超过10 %。
[0007] 进一步地，所述均衡挡板为相对于成型平台呈中间高四周低的弧形机构，所述均 衡挡板与所述铺液壳体侧壁的交接处的局部最低部设有至少一个排液孔。
[0008] 进一步地，所述工作台上设有光固化液回收槽，所述光固化液回收槽下部设有光 固化液回收装置。
[0009] 进一步地，所述雾化装置包括液体喷嘴、空气超声喷嘴或者低频超声波喷头的一 种或几种。
[0010] 进一步地，所述固化光投射装置为面投影装置或者光束扫描装置。
[0011] 进一步地，所述雾化装置上有加热装置。
[0012] 进一步地，所述光固化液容器外部设有冷却装置。
[0013] 本发明还提供了一种使用本发明的立体模型成型设备的成型方法，包括以下步 骤：
[0014] 步骤1)通过计算机将立体模型按照预先设定厚度做切片分层，得到立体模型的 若干个具有二维形状的层叠成型图形；
[0015] 步骤2)将光固化液容器底部的成型平台移动到投射高度位置，使用所述铺液装 置的所述雾化装置将光固化液雾化成液滴或细小液滴，所述铺液装置沿所述导轨在所述成 型平台上方做水平运动使所述细小液滴在成型平台上铺设成第一层光固化液；
[0016] 步骤3)使用液面高度探测装置测量当前光固化液面的高度位置，下降所述成型 平台使第一层固化液的液面处于所述投射高度位置，按照步骤1)中得到的第一层成型图 形，使用固化光投射装置投射固化光线固化步骤2)中铺设的第一层光固化液，固化的部分 形成第一层模型形状；
[0017] 步骤4)在已进行过固化的上一层光固化液的液面上，再次使用所述铺液装置的 所述雾化装置将光固化液雾化成细小液滴，所述铺液装置沿所述导轨在所述成型平台上方 做水平运动使所述细小液滴铺设成下一层光固化液；
[0018] 步骤5)使用液面高度探测装置测量所述下一层光固化液面高度位置，下降所述 成型平台使下一层光固化液的液面处于投射高度位置，按照步骤1)中得到的下一层成型 图形，使用固化光投射装置投射固化光线固化所述步骤4)中铺设的下一层光固化液，固化 的部分形成下一层模型形状，并且所述固化光投射装置投射足够量的固化光线，使相邻的 上下两层成型图形的重叠部分被固化在一起；
[0019]步骤6)重复若干次步骤4)和步骤5)，直到三维实体的立体模型成型。
[0020] 进一步地，所述成型方法还包括，使用激光通过振镜或者移动反射镜扫描光固化 液表面，由产生的高温将光固化液固化得到立体模型形状的步骤。
[0021] 本发明所述设有雾化与铺液装置的立体模型成型设备与现有技术相比，优越效果 在于：本发明中的铺液装置对光固化液容器的扰动小，减少成型过程对支撑结构的依赖，适 合柔性体的光固化成型优点。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明所述立体模型成型设备的立体结构图；
[0023] 图2为图1中铺液装置的放大结构的主视图；
[0024] 图3为图2中A-A向内部结构剖视图；
[0025] 图4为图1中铺液装置的立体结构图；
[0026] 图5为图1中铺液装置的底部立体结构图；
[0027] 图6为图1中雾化装置产生的细小液滴在工作平面中心密度高的单峰液滴密度分 布曲线不意图；
[0028] 图7为本发明中所述均衡槽开口投影到固化液上表面的示意图。
[0029] 附图标记如下：
[0030] 1-光固化液容器，2-工作台，3-铺液壳体，4-直线轴承，5-雾化装置，6-光固化液 入口，7-光敏传感器，8-横梁，9-固化光投射装置，10-发光器，11-侧板，12-导轨，13-蜗 杆，14-皮带，15-光固化液回收槽，16-成型平台，17-传动轴，18-底板，19-驱动装置， 20-升降杆，21-机架，23-雾化喷嘴，24-压电换能器，25-均衡槽，26-均衡挡板，27-排液 孔。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0032] 实施例1
[0033] 如图1和4所示，具体说明本发明提供的一种的立体模型成型设备，所述成型设备 包括控制装置和U型结构的机架21，所述U型结构的两个侧板11之间设有横梁8，所述横梁 8的下部在机架21中间位置设有工作台2,所述工作台2上嵌装有筒形结构且开口向上的 光固化液容器1，所述筒形结构内设有与升降杆20连接进行上下运动的成型平台16,所述 筒形结构内壁与所述成型平台16之间设有密封圈（图中未画），使光固化液不会渗漏，同时 还不影响成型平台16的上下运动，所述升降杆20与设置在底板18上的驱动装置19连接， 所述成型平台16的上方设有在导轨12上进行往