本发明属于机械制造中增材制造领域，涉及一种陶瓷光固化3d打印系统及方法。
背景技术
光固化3d打印技术由于其成形精度高，表面质量好，所以在快速成型制造工艺中应用较为广泛，也是3d打印技术中最早商业化的技术。其主要是通光源依据当前层的图案选择性照射光聚合浆料使其固化一层，然后工作台移动到第二层的位置进行选择性固化，如此循环层层累计，直到整个切层打印完，得到完整的光固化成形件。光固化3d打印技术目前主要有激光扫描光固化和面曝光光固化，其中面曝光光固化由于其一次成形一个截面，极大地减小了打印时间，提高了打印效率，因此在光固化技术中应用更为广泛。
但是面曝光光固化技术成形精度极大地取决于所使用的投影芯片及投影镜头，当打印结构较大，形状较为简单的零件时，分辨率较大的投影镜头可以满足制造要求，当打印结构较小，形状复杂，且含有内部较小孔洞以及薄壁的零件时，对投影分辨率的要求就比较高，甚至可能达到几微米，即微光固化。而且一台设备被设计完成后，投影设备及投影镜头的分辨率就已经确定，因此所打印陶瓷零件的能力也就确定，要想实现任意结构的成形，就必须更换不同分辨率的投影设备和投影镜头，不仅增加成本也使工序变得更加复杂。
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，提供了一种陶瓷光固化3d打印系统及方法，该系统及方法能够根据打印零件的结构要求选择不同的投影分辨率，从而成形的零件精度高，表面质量好。
为达到上述目的，本发明所述的陶瓷光固化3d打印系统包括dlp投影系统、计算机、液槽、透明底板、弹性分离膜、工作台、位于液槽内的涂层刮板、用于带动涂层刮板在液槽内移动的驱动装置、用于为液槽内提供光固化浆液的供液系统以及用于控制工作台在竖直方向上移动的z轴控制系统；
液槽位于透明底板上，弹性分离膜位于透明底板与液槽之间，工作台位于液槽的正上方；
所述dlp投影系统包括dlp投影机构、固定架、投影镜头、旋转台及镜头转换器，其中，投影镜头位于透明底板的正下方，dlp投影机构固定于固定架上，dlp投影机构发出的光经投影镜头、透明底板及弹性分离膜照射到液槽内的光固化浆液上，镜头转换器固定于旋转台上，且镜头转换器上设置有固定板，固定板上设置有安装孔，投影镜头位于所述安装孔内；
计算机的输出端与dlp投影机构的控制端、供液系统的控制端、z轴控制系统的控制端及驱动装置的控制端相连接。
所述驱动装置包括带轮电机、第一带轮轴、第二带轮轴及皮带；
带轮电机的输出轴与第一带轮轴相连接，第一带轮轴的端部及第二带轮轴的端部均设置有带轮，皮带套接于第一带轮轴的带轮上及第二带轮轴的带轮上，涂层刮板的端部固定于皮带上，涂层刮板位于液槽内。
还包括线性导轨，其中，涂层刮板位于所述线性导轨上，且通过皮带带动涂层刮板在所述线性导轨上移动。
顶丝插入于固定板的侧面与投影镜头的侧面相接触将投影镜头固定于安装孔内。
z轴控制系统包括z轴电机、z轴平移台及z轴悬臂梁，其中，通过z轴电机带动z轴悬臂梁在z轴平移台上上下移动，工作台固定于z轴悬臂梁的底部，z轴电机的控制端与计算机的输出端相连接。
供液系统包括储料箱及蠕动泵，其中，储料箱的出口与蠕动泵的入口相连通，蠕动泵的出口经软管与液槽相连通。
还包括用于调节涂层刮板高度的微分头。
通过调整投影镜头的位置及方向，使投影分辨率在1.2μm至50μm之间变化。
本发明所述的陶瓷光固化3d打印方法包括以下步骤：
1)将待打印陶瓷零件的stl格式文件导入到计算机中，计算机对待打印陶瓷零件的stl格式文件进行布局及切层处理；
2)计算机控制供液系统向液槽内注入光固化浆料，计算机控制驱动装置带动涂层刮板移动，使液槽内的光固化浆料铺平；
3)计算机控制z轴控制系统带动工作台向下移动，使工作台与液槽内的光固化浆料上表面相接触；
4)计算机根据待打印零件的形状控制dlp投影系统发出紫外光，所述紫外光穿过透明底板及弹性分离膜照射到液槽内的光固化浆料，从而使光固化浆料固化，并粘接于工作台的底部，完成第一层待打印陶瓷零件的打印；
5)计算机控制z轴控制系统带动工作台向上移动，使工作台脱离液槽，然后重复步骤2)至步骤4)，使下一层待打印陶瓷零件粘结于上一层待打印零件的底部，完成下一层待打印陶瓷零件的打印；
6)重复步骤5)，直至完成待打印陶瓷零件的打印为止。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的陶瓷光固化3d打印系统及方法在具体操作时，镜头转换器固定于旋转台上，且镜头转换器上设置有固定板，固定板上设置有安装孔，投影镜头位于所述安装孔内，在变分辨率时，只需将投影镜头拆卸下来，然后反方向安装所需打印要求的投影镜头即可。另外，在成形过程中，通过计算机控制驱动装置带动涂层刮板移动，使液槽内的光固化浆料铺平，以提高零件的成形率及零件表面的质量。另外，通过涂层刮板在液槽内移动，可以防止浆料沉淀，以确保陶瓷打印的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中dlp投影系统的结构示意图；
图3为本发明的流程图。
其中，1为z轴电机、2为z轴平移台、3为z轴悬臂梁、4为液槽，5为皮带、6为第一带轮轴、7为固定架、8为dlp投影机构、9为旋转台、10为镜头转换器、11为投影镜头、12为线性导轨、13为透明底板、14为微分头、15为涂层刮板、16为工作台、17为带轮电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的陶瓷光固化3d打印系统包括dlp投影系统、计算机、液槽4、透明底板13、弹性分离膜、工作台16、位于液槽4内的涂层刮板15、用于带动涂层刮板15在液槽4内移动的驱动装置、用于为液槽4内提供光固化浆液的供液系统以及用于控制工作台16在竖直方向上移动的z轴控制系统；液槽4位于透明底板13上，弹性分离膜位于透明底板13与液槽4之间，工作台16位于液槽4的正上方；所述dlp投影系统包括dlp投影机构8、固定架7、投影镜头11、旋转台9及镜头转换器10，其中，投影镜头11位于透明底板13的正下方，dlp投影机构8固定于固定架7上，dlp投影机构8发出的光经投影镜头11、透明底板13及弹性分离膜照射到液槽4内的光固化浆液上，镜头转换器10固定于旋转台9上，且镜头转换器10上设置有固定板，固定板上设置有安装孔，投影镜头11位于所述安装孔内；计算机的输出端与dlp投影机构8的控制端、供液系统的控制端、z轴控制系统的控制端及驱动装置的控制端相连接。
所述驱动装置包括带轮电机17、第一带轮轴6、第二带轮轴及皮带5；带轮电机17的输出轴与第一带轮轴6相连接，第一带轮轴6的端部及第二带轮轴的端部均设置有带轮，皮带5套接于第一带轮轴6的带轮上及第二带轮轴的带轮上，涂层刮板15的端部固定于皮带5上，涂层刮板15位于液槽4内。本发明还包括线性导轨12，其中，涂层刮板15位于所述线性导轨12上，且通过皮带5带动涂层刮板15在所述线性导轨12上移动。
顶丝插入于固定板的侧面与投影镜头11的侧面相接触将投影镜头11固定于安装孔内；z轴控制系统包括z轴电机1、z轴平移台2及z轴悬臂梁3，其中，通过z轴电机1带动z轴悬臂梁3在z轴平移台2上上下移动，工作台16固定于z轴悬臂梁3的底部，z轴电机1的控制端与计算机的输出端相连接。
供液系统包括储料箱及蠕动泵，其中，储料箱的出口与蠕动泵的入口相连通，蠕动泵的出口经软管与液槽4相连通。本发明还包括用于调节涂层刮板15高度的微分头14。
参考图3，本发明所述的陶瓷光固化3d打印方法包括以下步骤：
1)将待打印陶瓷零件的stl格式文件导入到计算机中，计算机对待打印陶瓷零件的stl格式文件进行布局及切层处理；
2)计算机控制供液系统向液槽4内注入光固化浆料，计算机控制驱动装置带动涂层刮板15移动，使液槽4内的光固化浆料铺平；
3)计算机控制z轴控制系统带动工作台16向下移动，使工作台16与液槽4内的光固化浆料上表面相接触；
4)计算机根据待打印零件的形状控制dlp投影系统发出紫外光，所述紫外光穿过透明底板13及弹性分离膜照射到液槽4内的光固化浆料，从而使光固化浆料固化，并粘接于工作台16的底部，完成第一层待打印陶瓷零件的打印；
5)计算机控制z轴控制系统带动工作台16向上移动，使工作台16脱离液槽4，然后重复步骤2)至步骤4)，使下一层待打印陶瓷零件粘结于上一层待打印零件的底部，完成下一层待打印陶瓷零件的打印；
6)重复步骤5)，直至完成待打印陶瓷零件的打印为止。
在将工作台16向下移动的过程中，先将工作台16以5mm/s的速度移动，当工作台16距液槽4底部不足5mm时，则采用0.5mm/s的速度继续下降，当工作台16遇到阻力时，则以0.1mm/s的速度移动，当工作台16与液槽4内的浆液完全接触时，则控制工作台16停止向下移动。
本发明采用dlp投影机构8与镜头转换器10的组合实现不同分辨率的转换，以满足不同陶瓷零件的加工要求。镜头转换器10位于旋转台9上，投影镜头11固定位置处分布有三个对称的顶丝。当加工宏观结构件时，则采用较大的分辨率，例如，打印100μm以上零件时采用的分辨率为50μm×50μm；当加工1微米以下的亚微米级结构件时，采用较小的分辨率，在更换时，将dlp投影机构8的投影镜头11拆除，转动旋转台9，使镜头转换器固定板位于dlp投影机构8正上方，然后反向安装所需打印要求的投影镜头11，然后调节投影镜头11与液槽4底部的距离，以实现微光固化的要求。