一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，包括计算机控制系统、打印平台、DLP投影系统、供料系统、树脂液槽以及用于驱动树脂液槽的树脂液槽平向往复运动系统，在树脂液槽底部透明玻璃的上表面涂覆有PDMS薄膜，DLP投影系统由紫外光源、DMD芯片、透镜、反射镜组成，工作中由紫外光源发出的紫外光通过DMD芯片产生的动态掩模图像依次通过透镜、反射镜后，由底部透过聚二甲基硅氧烷薄膜入射至树脂液槽内。与现有技术相比，本发明具有自动化程度高、制造周期短、模型精确度高、模型内部无分层、对人体无损害、成型速度快及可实现连续液面制造等特点。
【专利说明】
一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置
技术领域
[0001]本发明属于快速成型制造技术领域，具体涉及一种用于制备三维光弹性(分析)模型的紫外面曝光快速成型装置。
【背景技术】
[0002]采用光弹性(实验)分析方法不仅能了解到结构物内应力分布的全貌，清晰地反映出应力集中现象，而且能较容易地定出最大应力值及其所在位置，进而方便地获得结构物的边界应力值。传统光弹模型的制作工艺主要是先通过制作模具来浇注模型，再辅以手工、机加工制作模型。这种传统的光弹性模型浇注工艺流程需要多次人工参与，使得模型制作周期长，并且是一项有毒作业，在加热和搅拌的工艺过程中排出的有害气体会对人产生伤害。此外，传统光弹性模型浇注工艺更适合浇注普通型塑料模型，而在将传统光弹性模型浇注工艺用于浇注光弹性试验用的光弹性模型时，模型的材料中存在“云雾”(指材料在光弹仪暗场中观察时呈现的不规则的“云状”亮线)现象，严重的“云雾”将影响光弹性模型的光学性能。并且，使用传统的光弹性模型浇注工艺浇注的光弹性模型表面存在初应力、内部有时有气泡，这使得光弹性模型的光学性能和力学性能不好，进而造成光弹性试验的精度不高，出现在光弹性试验中模型条纹灵敏度不够、面光弹及体光弹冻结效果差等物体，导致在应力分析过程中出现失真现象，影响了光弹性试验的效果。
[0003]面成形光固化成形法是近十年发展起来的一项先进制造技术，它的问世可使模型或模具的制造周期缩短几十倍乃至几百倍，可大大提高企业对市场的响应速度。由于逐点扫描式立体光固化成形法(SL)工艺制备模型或模具时因光斑大(在0.16-0.18_左右)，会引发透光微固体间结合应力不均匀。面成形光固化和SL成形法相比，优势是在计算机控制下利用DLP投影系统经特定波长紫外光聚焦到光敏树脂表面，使之形成由多点组成的面凝固，面固化中微光斑及精度可达nm级别，层间精度可降低到nm级别，通过微固化体细化可以有效降低前者内应力不均匀性，增加后道匀质化处理工序的有效性，且成型零件变形小、成型速度更快。采用光固化快速成形方法可以快速制造三维复杂模型，所使用的成形材料为液态的光敏树脂，这种光敏树脂材料通常由多部分组成，环氧树脂、自由基引发剂、阳离子引发剂、附着力促进剂、流平剂、消泡剂、活性稀释剂等。采用光敏树脂材料代替传统环氧树脂制作光弹模型无疑具有很多优点，比如，制作精度高、工艺简单、节约时间、无毒作业等等。
[0004]但面曝光技术在利用光敏树脂作为模型累加材料时仍存在一些问题，比如在底部数字投影仪的照射下，表面液态光敏树脂的固化可以很快。但是过快的固化速度会使固化了的树脂粘在树脂槽下方的透光玻璃板上，使打印平台与下面的玻璃板粘合，导致模型断裂或内部有分层现象产生。目前本领域对于该项技术的研究仍旧处于发展中阶段，其解决方案并不完善，因而尚不能实现连续液面制造(CLIP)技术。另一方面，在DLP打印平台完成一层的固化并抬升后，液态光敏树脂补液系统不能同步迅速完成对打印区域空缺的填补，因而导致不能进行下一层模型的照射固化，因为在光敏树脂填满打印区域之前，是无法进行照射固化的，因此这也限制了光固化3D打印的速度;此外，在光弹性模型后固化过程中，仍会出现模型内部有未完全固化的光敏树脂，这也会严重影响到光弹性模型在光弹性实验中的测试精度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，该装置具有自动化程度高、制造周期短、模型精确度高、模型内部无分层、对人体无损害、成型速度快及可实现连续液面制造的特点。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，包括计算机控制系统，其特征在于:还包括装有液态光敏树脂(11)的树脂液槽、树脂液槽平向往复运动系统、打印平台、DLP投影系统、供料系统，其中:
[0008]所述的树脂液槽可在受计算机控制系统操控的树脂液槽平向往复运动系统驱动下做平向往复运动，树脂液槽的底部为透明玻璃面，在透明玻璃的上表面涂覆一层厚度为
0.8mm?I.5mm的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜，在树脂液槽上设有与供料系统连通的进料孔；
[0009]所述的打印平台位于树脂液槽的底部透明玻璃面上方，并可在计算机控制系统操控下做直向升降移动；
[0010]所述的DLP投影系统由紫外光源、DMD芯片、透镜、反射镜组成，DMD芯片用于接收计算机控制系统输出的二维截图信息，紫外光源发出的紫外光通过DMD芯片产生的动态掩模图像依次通过透镜、反射镜后，由底部透过聚二甲基硅氧烷薄膜入射至树脂液槽内。
[0011]上述紫外面曝光快速成型装置中，树脂液槽平向往复运动系统采用由驱动电机、曲柄、连杆、滑块、导轨组成的电动对心曲柄滑块运动机构，驱动电机在计算机控制系统操控下驱动曲柄作旋转运动，并通过连杆带动滑块在导轨上作平向往复运动，树脂液槽设置在滑块上。
[0012]上述紫外面曝光快速成型装置中，驱动电机内装有数字式位移传感器，即旋转编码器。
[0013]上述紫外面曝光快速成型装置中，导轨安装在树脂液槽底部两侧，不遮挡树脂液槽底部的透明玻璃板。
[0014]上述紫外面曝光快速成型装置中，紫外光源采用波长为355nm的紫外光激光器。
[0015]上述紫外面曝光快速成型装置中，供料系统包括一个内盛液态光敏树脂的树脂罐，树脂罐的出料孔通过一根软管与树脂液槽的进料孔相通，在树脂液槽的进料孔处设有电磁阀。
[0016]上述紫外面曝光快速成型装置中，树脂罐内盛的液态光敏树脂为Watershed11122 XC光敏树脂。
[0017]采用该紫外面曝光快速成型装置制备三维光弹性模型的方法包括下述的制作步骤:
[0018]一、根据三维光弹性模型的设计图纸在计算机控制系统)上利用Creo、UG等三维软件作出三维光弹性模型的三维模型图，或利用三坐标测量机、三维激光扫描机、工业计算机断层扫描机对三维光弹性模型实物进行测量并获得点云模型图；将三维光弹性模型的三维模型图或点云模型图进行格式转换，输出格式为STL格式;再利用Cura、Makerb0t、XBuilder切片软件对STL文件模型进行切片处理，采用0.05_的分层厚度；
[0019]二、通过供料系统将液态光敏树脂注入到树脂液槽内；
[0020]三、由计算机控制系统控制树脂液槽平向往复运动系统的运动状态，计算机控制系统将电信号传递给DLP投影系统中的DMD芯片，经计算机控制系统切片处理后的三维光弹性模型的三维模型，生成可反映模型二维截面图形的切层数据，由该文件驱动动态视图生成器即DMD芯片，紫外光源发出的紫外光依次通过DLP投影系统中的DMD芯片、透镜和反射镜在树脂液槽底部透明玻璃板上对液态光敏树脂进行自下向上投影照射固化，此时完成一个层厚模型的固化；
[0021]四、计算机控制系统驱动打印平台上移一层的距离，并使树脂液槽随着树脂液槽平向往复运动系统偏移初始位置，完成聚二甲基硅氧烷薄膜与已固化模型层的平滑分离；通过供料系统使液态光敏树脂迅速并均匀地填充打印区域的空缺，再次驱动树脂液槽平向往复运动系统，使树脂液槽复位，之后再使紫外光依次通过DMD芯片、透镜和反射镜在树脂液槽底部透明玻璃板上进行自下向上投影照射固化，完成第二个层厚模型的固化；
[0022]五、重复步骤四，逐层制作，直至整个三维光弹性模型的加工完成；
[0023 ]六、将刚打印完的三维光弹性模型从打印平台上取下放入浓度为95 %的酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体；
[0024]七、等到模型表面的酒精挥发之后，将模型放入紫外光变频振动固化箱中进行后固化，固化时间I?2小时；
[0025]八、将充分固化后的三维光弹性模型放入红外灯电加热箱中，其红外灯功率为2.4KW，温升速率为15 0C /小时，由室温22 °C升至100 °C，恒温2小时后自由降至室温。
[0026]与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下所述。
[0027]1、制备方法简单。传统的光弹性模型浇注工艺需要多次人工参与，且在加热与搅拌的过程中会排出有害气体对人体产生危害。采用本发明所述紫外面曝光快速成型装置制备光弹性模型的方法之简单在于不用先制备模具再进行模型的制作，而是直接在三维软件上画出所需要的模型直接利用紫外面曝光快速成型装置制作，并且省略了数控机床对模型零件的加工时间。
[0028]2、制造周期短。最初的光固化快速成型是基于激光的逐点扫描固化来成型，而本发明所述紫外面曝光快速成型装置是基于SGC(掩膜固化)来进行整层的同时固化，相比于逐点固化来说，整层固化所需的时间更少，因此制造周期短。
[0029]3、模型内无分层断裂现象，且模型固化部分与树脂液槽底部玻璃板无粘结现象。本发明所述紫外面曝光快速成型装置在累加过程中因液槽底部上表面附加一层厚度为
0.8mm?1.5mm的F1DMS薄膜，PDMS薄膜与固化层之间会形成一个非常薄的氧辅助抑制层，可防止固化层附着到PDMS薄膜，且使固化层容易在PDMS薄膜表面滑动，再辅以树脂液槽平向往复运动系统，可以达到便于固化层与PDMS薄膜之间平滑分离的效果。经过这个方法得到的模型无断裂、变形，拥有良好的光学力学性能。
[0030]4、液态光敏树脂补充效率提升。本发明在打印平台上移一个层厚距离过程中，不仅完成了液态光敏树脂的补充，而且经树脂液槽与打印平台的相对运动，可使液态光敏树脂迅速并均匀地填充打印区域的空缺，提升了液态光敏树脂的补充效率。
[0031]5、模型高度尺寸大。由于本发明基于自底向上投影成型的优点所在，树脂液槽槽的深度与零件高度相独立，因此可以使用一个深度低的树脂液槽，以减少所需液态光敏树脂的体积，并且可以向上尽可能长地累加模型。在打印成型过程中，为了及时补充液态光敏树脂，本发明所述紫外面曝光快速成型装置增加了电磁阀、软管、树脂罐等构件，以完成对每个打印成型循环中所需液态光敏树脂的补充。树脂罐中的液态光敏树脂保证了树脂液槽中有充足的打印原料，以便于完成对更尚尺寸的t旲型进彳丁打印制造。
[0032]6、实现连续液面制造。由于本发明解决了模型固化部分与玻璃地板之间的粘结问题与液态光敏树脂补充效率低的问题，同时在打印平台上移一个层厚距离的时间内完成了投影系统紫外光源照射固化、液态光敏树脂的补充，因此，可以在打印平台连续上移的过程中完成循环，实现连续液面制造。
[0033]7、后固化处理模型精度高。本发明成型方法中，在光弹性模型制作结束后，在模型后处理装置中加入变频振动装置，可更加均匀地使光弹性模型内部未固化光敏树脂完成最终固化，以使得光弹性模型精度得以提高。
【附图说明】
[0034]图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。
[0035]图2是本发明装置中树脂液槽平向往复运动系统的结构原理图。
[0036]附图中各数字标号的名称分别是:I一计算机控制系统；2—紫外光源；3 — DMD芯片;4一透镜;5 —反射镜;6 —打印平台；7 —固化模型；8 —聚二甲基娃氧烧(PDMS)薄膜;9 一树脂液槽；10 —树脂液槽平向往复运动系统，101 —驱动电机，102—曲柄(AB)，103—连杆(BC)，104 —滑块，105 —导轨；11—液态光敏树脂；12 —电磁阀；13 —软管；14 —树脂罐。
【具体实施方式】
[0037]以下将结合附图并通过具体实施例对本
【发明内容】
做进一步说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应被认为属于本发明保护的范围。
[0038]参见附图1，本发明所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置由计算机控制系统1、DLP投影系统、装有液态光敏树脂11的树脂液槽9、树脂液槽平向往复运动系统(电动对心曲柄滑块运动机构)10、打印平台6、供料系统等部分组成。
[0039]计算机控制系统I的主要用处有四:其一是用于处理三维模型，它将三维模型的STL文件模型分为若干个层厚(50?200μπι)均等的二维截面图形，并将切层数据存储为能够生成零件二维截面图形的视图文件，由该文件驱动视图发生器，将二维截面图形信息传递给DMD芯片3，从而进行DLP投影，选择性的对液态光敏树脂实行整层固化;其二是用于控制打印平台6作升降移动;其三是用于控制树脂液槽平向往复运动系统10中的对心曲柄滑块运动机构，从而保证PDMS薄膜与模型固化部分平滑分离并使液态光敏树脂11迅速并均匀地填充打印区域的空缺;其四则是用于控制供料系统中的电磁阀12的开关与流通速度，确保树脂液槽9内维持一定量的液态光敏树脂11以完成模型的打印。
[0040]DLP投影系统包括紫外光源2、DMD芯片3、透镜4和反射镜5。本发明的DLP投影系统采用自下向上式投影，其相对于传统的光固化成型机自上向下式投影的优点在于省略了刮板的刮平过程(刮平过程只有自上向下式投影系统)。紫外光源2采用波长为355nm的紫外光激光器，它产生的紫外光通过DMD芯片3产生的动态掩模图像投射到树脂液槽9底部，透过底部玻璃板，固化一层打印平台6与聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜8之间的液态光敏树脂11。
[0041]树脂液槽9设置在树脂液槽平向往复运动系统10之上，其底部为透明玻璃面，以保证紫外光源完全透过。在透明玻璃的上表面涂覆一层厚度为1.0mm的聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)8，该PDMS薄膜无色无味、透光率100%，具有生理惰性及良好的化学稳定性，可防止在紫外光源经DLP投影系统照射下液态光敏树脂固化后附着于树脂液槽底部表面的情况。在树脂液槽9侧壁上沿处开有与供料系统连通的进料孔。
[0042]树脂液槽平向往复运动系统10采用电动对心曲柄滑块运动机构，其具体结构如图2所示，由驱动电机11、曲柄102、连杆103、滑块104和导轨105组成。驱动电机1I内装有数字式位移传感器(与驱动电机同轴安装)，即旋转编码器，它是一种位置检测元件，用以测量轴(曲柄102)的旋转角度位置，其输出为电脉冲信号，工作中随着电机的旋转，旋转编码器连续发出电脉冲信号，计算机控制系统通过对电信号的接收、处理来判断旋转角度与位置。曲柄102的长度要保证满足小于连杆103的长度(AB<BC)，工作中由曲柄102由计算机控制系统I所控制的驱动电机101进行驱动作旋转运动，并且带动连杆103使滑块作往复运动。曲柄滑块运动机构中的滑块104的上端与树脂液槽9固定连接，工作中驱动电机I由单向转动运动转变为滑块104的往复运动，带动树脂液槽9进行往复运动，这样也避免了电机正转反转所消耗的时间以及提高效率。滑块104同时可在导轨105上进行运动，减少摩擦损失的能量。滑块104与导轨105安装于树脂液槽9底部两侧，不遮挡树脂液槽9底部的透明玻璃板。在本发明具体实施方案中，树脂液槽平向往复运动系统10可以实现树脂液槽9的往复运动，从而达到TOMS薄膜与模型固化部分的平滑分离，提升PDMS薄膜使用寿命，并可以使液态光敏树脂11迅速并均匀地填充打印区域的空缺。
[0043]打印平台6位于树脂液槽9的底部透明玻璃面上方，并可在计算机控制系统I操控下做直向升降移动，工作中每加工完一层模型，打印平台6上移一个层厚的距离。
[0044]供料系统由树脂罐14、软管13、电磁阀12组成。包括一个内盛液态光敏树脂11的树脂罐14，树脂罐14用于储存并在每个打印循环步骤中向树脂液槽9提供液态光敏树脂，树脂罐14内盛的液态光敏树脂11为Watershed 11122 XC光敏树脂，Watershed 11122 XC光敏树脂透明接近无色，具有类ABS性能，抗吸湿性能强、耐温性高。软管13为树脂罐14与电磁阀12之间的传输路径。电磁阀12设在树脂液槽9的进料孔处，其功能为:通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开，液态光敏树脂从树脂罐14经软管13、电磁阀12补充进树脂液槽;断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，停止液态光敏树脂的补充。电磁阀12可对液态光敏树脂的补充速度进行调节以便于在固定时间内完成对不同体积液态光敏树脂的补充。
[0045]以下介绍一种通过该紫外面曝光快速成型装置制备三维光弹性模型的具体工作步骤，所述的三维光弹性模型为航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头结构的模型。
[0046]步骤一:
[0047]根据叶片榫头模型的设计图纸在计算机控制系统I上利用Creo、UG等三维软件做出叶片榫头的三维模型图，或利用三坐标测量机(CMM)、三维激光扫描、工业计算机断层扫描等对叶片榫头实物进行测量并获得点云模型图；将叶片榫头的三维模型图或点云模型图进行格式转换，输出格式为STL格式;再利用Cura、Makerb0t、XBuilder等切片软件对STL文件模型进行切片处理，采用0.05_的分层厚度。
[0048]步骤二:
[0049]通过供料系统将Watershed11122 XC光敏树脂注入到树脂液槽9内。
[0050]步骤三:
[0051 ]树脂液槽平向往复运动系统10采用对心曲柄滑块运动机构，在对心曲柄滑块运动机构中，计算机控制系统I控制驱动电机101转动带动曲柄102转动，当曲柄102与连杆103第一次共线时，驱动电机101内安装的旋转编码器将此时旋转位置的电脉冲信号传递给计算机控制系统I，计算机控制系统I继而将电信号传递给DLP投影系统中的DMD芯片3;同时，经计算机控制系统I切片处理后的叶片榫头三维模型生成可反映模型二维截面图形的切层数据，由该文件驱动动态视图生成器即DMD芯片3，紫外光源2发出波长为355nm的紫外光依次通过DLP投影系统中的DMD芯片3、透镜4、反射镜5在树脂液槽9底部透明玻璃板上进行自下向上投影照射固化，此时完成固化模型7—层的固化。
[0052]当曲柄102离开与连杆103第一次共线位置并继续转动后，在曲柄102与连杆103第二次共线之前时，计算机控制系统I驱动打印平台6上移，同时，树脂液槽9随着由树脂液槽平向往复运动系统10 (电动对心曲柄滑块运动机构)1驱动的滑块104在导轨105上的移动，完成PDMS薄膜与固化模型7的平滑分离。
[0053]当曲柄102转动到与连杆103第二次共线时，驱动电机101内的旋转编码器将此时旋转位置的电脉冲信号传递给计算机控制系统I，计算机控制系统I对电磁阀12进行通电，使树脂罐14中的液态光敏树脂11经软管13、电磁阀12以设定好的流速补充进树脂液槽9中。
[0054]当曲柄102继续转动并在曲柄102与连杆103处在第一次共线位置之前时，液态光敏树脂11迅速并均匀地填充打印区域的空缺。
[0055]当曲柄102与连杆103再次处在第一次共线位置时，计算机控制系统I对电磁阀12进行断电，树脂罐14中的液态光敏树脂11停止向树脂液槽9中补充，同时计算机控制系统I再次控制紫外光源2发出波长为355nm的紫外光通过DLP投影系统中的DMD芯片3、透镜4、反射镜5在树脂液槽9底部透明玻璃板上进行自下向上投影照射固化，完成模型7下一层的固化。以此循环，完成整个模型的制作。
[0056]计算机控制系统I根据由驱动电机101驱动的曲柄102旋转一周过程中对其发出的电脉冲信号，同时完成了在打印平台6上移一个层厚距离的时间内完成了投影系统紫外光源2对树脂液槽9内液态光敏树脂11的照射固化、PDMS薄膜8与固化模型7的平滑分离以及液态光敏树脂11的补充，因此，可以在打印平台6连续上移的过程中完成循环，实现连续液面制造。
[0057]步骤四:
[0058]将刚打印完的叶片榫头的固化模型7从紫外面曝光快速成型装置的打印平台6上取下并放入浓度为95%的酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体。
[0059]步骤五:
[0060]等到模型表面的酒精挥发之后，将模型放入紫外光变频振动固化箱中进行后固化。紫外光变频振动固化箱的容积为650mm X 650mm X 800mm，固化箱内分布有8支40W功率、波长为355nm的紫外荧光灯管，且装有变频振动装置的固化箱，该变频振动装置参数为电机功率60w，电压22(^，调频范围0?50!12，振幅范围0?61111]1，振幅调节方式为调节偏心快，固化时间1.5小时。
[0061]步骤六:
[0062]将充分固化的叶片榫头模型放入红外灯电加热箱中，其红外灯功率为2.4KW，温升速率为15°C/小时，由室温22°C升至100°C，恒温2小时后自由降至室温。所得到叶片榫头模型内部无分层现象，且适宜进行光弹性实验观察内部应力分布。
【主权项】
1.一种用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，包括计算机控制系统(I)，其特征在于:还包括装有液态光敏树脂(11)的树脂液槽(9)、树脂液槽平向往复运动系统(10)、打印平台(6)、DLP投影系统、供料系统，其中:所述的树脂液槽(9)可在受计算机控制系统(I)操控的树脂液槽平向往复运动系统(10)驱动下做平向往复运动，树脂液槽(9)的底部为透明玻璃面，在透明玻璃的上表面涂覆一层厚度为0.8_?1.5_的聚二甲基硅氧烷薄膜(8)，在树脂液槽(9)上设有与供料系统连通的进料孔；所述的打印平台(6)位于树脂液槽(9)的底部透明玻璃面上方，并可在计算机控制系统(I)操控下做直向升降移动；所述的DLP投影系统由紫外光源(2 )、DMD芯片(3)、透镜(4)、反射镜(5)组成，DMD芯片(3)用于接收计算机控制系统(I)输出的二维截图信息，紫外光源(2)发出的紫外光通过DMD芯片(3)产生的动态掩模图像依次通过透镜(4)、反射镜(5)后，由底部透过聚二甲基硅氧烷薄膜(8)入射至树脂液槽(9)内。2.根据权利要求1所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:所述的树脂液槽平向往复运动系统(10)采用由驱动电机(101)、曲柄(102)、连杆(103),滑块(104)、导轨(105)组成的电动对心曲柄滑块运动机构，驱动电机(101)在计算机控制系统(I)操控下驱动曲柄(102)作旋转运动，并通过连杆(103)带动滑块(104)在导轨(105)上作平向往复运动，树脂液槽(9)设置在滑块(104)上。3.根据权利要求2所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:所述的驱动电机(101)内装有数字式位移传感器。4.根据权利要求2所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:所述的导轨(105)安装在树脂液槽(9)底部两侧。5.根据权利要求1所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:所述的紫外光源(2)采用波长为355nm的紫外光激光器。6.根据权利要求1所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:所述的供料系统包括一个内盛液态光敏树脂(11)的树脂罐(14)，树脂罐(14)的出料孔通过一根软管(13)与树脂液槽(9)的进料孔相通，在树脂液槽(9)的进料孔处设有电磁阀(12)。7.根据权利要求6所述的用于制备三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，其特征在于:树脂罐(14)内盛的液态光敏树脂(11)为Watershed 11122 XC光敏树脂。8.—种采用权利要求1所述紫外面曝光快速成型装置制备三维光弹性模型的方法，其特征在于包括下述的制作步骤: 8.1、根据三维光弹性模型的设计图纸在计算机控制系统(I)上利用Creo、UG等三维软件作出三维光弹性模型的三维模型图，或利用三坐标测量机、三维激光扫描机、工业计算机断层扫描机对三维光弹性模型实物进行测量并获得点云模型图；将三维光弹性模型的三维模型图或点云模型图进行格式转换，输出格式为STL格式;再利用Cura、Makerb0t、XBuilder切片软件对STL文件模型进行切片处理，采用0.05_的分层厚度； 8.2、通过供料系统将液态光敏树脂注入到树脂液槽(9)内； 8.3、由计算机控制系统(I)控制树脂液槽平向往复运动系统(10)的运动状态，计算机控制系统(I)将电信号传递给DLP投影系统中的DMD芯片(3)，经计算机控制系统(I)切片处理后的三维光弹性模型的三维模型，生成可反映模型二维截面图形的切层数据，由该文件驱动动态视图生成器即DMD芯片，紫外光源(2)发出的紫外光依次通过DLP投影系统中的DMD芯片(3)、透镜(4)和反射镜(5)在树脂液槽(9)底部透明玻璃板上对液态光敏树脂进行自下向上投影照射固化，此时完成一个层厚模型的固化； 8.4、计算机控制系统(I)驱动打印平台(6)上移一层的距离，并使树脂液槽(9)随着树脂液槽平向往复运动系统(10)偏移初始位置，完成聚二甲基硅氧烷薄膜(8)与已固化模型层的平滑分离;通过供料系统使液态光敏树脂迅速并均匀地填充打印区域的空缺，再次驱动树脂液槽平向往复运动系统(10)，使树脂液槽(9)复位，之后再使紫外光依次通过DMD芯片(3)、透镜(4)和反射镜(5)在树脂液槽(9)底部透明玻璃板上进行自下向上投影照射固化，完成第二个层厚模型的固化； 8.5、重复步骤8.4，逐层制作，直至整个三维光弹性模型的加工完成； 8.6、将刚打印完的三维光弹性模型从打印平台(6)上取下放入浓度为95%的酒精溶液中，去除模型底部支撑，清洗掉附着在模型表面的残余光敏树脂液体； 8.7、等到模型表面的酒精挥发之后，将模型放入紫外光变频振动固化箱中进行后固化，固化时间I?2小时； 8.8、将充分固化后的三维光弹性模型放入红外灯电加热箱中，其红外灯功率为2.4KW，温升速率为15 0C /小时，由室温22 °C升至100 °C，恒温2小时后自由降至室温。
【文档编号】B29C67/00GK105946237SQ201610480168
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】宗学文, 徐文博, 王丹, 肖涵, 亦康·宗
【申请人】西安科技大学