一种非接触式补液的光固化设备及其工作方法与流程

本发明涉及光固化成型技术领域，具体涉及一种非接触式补液的光固化设备及其工作方法。

背景技术：

在3d打印行业，数字立体光固化快速成型技术占有十分重要的地位，近几年随着3d打印的快速发展，行业对设备成型的尺寸、精度的要求更加严苛。

数字立体光固化成型技术主要利用紫外光固化带有光诱发剂的光敏树脂单体产生聚合反应,使之由液形态变为固形态的一种成型技术。目前主流成型技术里有sla(激光动态扫描)、dlp(数字面投影)、lcd(数字掩膜技术)。

当下这三种技术方案种都存在十分致命的缺点：上提式成型方式中打印速度、制造精度、表面质量和内部应力都会受固化面与离型面分离的影响；下沉式成型方式中打印速度、制造精度、表面质量和内部应力会受涂覆刮刀的影响。

上提式的成型方式中，光敏树脂遇到紫外光固化在储液槽底膜上固化时，会产生一定附着力，为了使得固化后的光敏树脂固形截面与储液槽底膜完全分离，不得不每层固化完成后将z轴以一个极其慢的速度上提一定距离，使之与储液槽底膜完全分离，在分离的同时，储液槽底膜和光敏树脂固化后的固形态相互作用，使得光敏树脂固形态内部产生一定内应力，在长期反复提拉分离的作用力下，成型后的光敏树脂固形态内部存在大量的内应力，最终成型后得到的物件精度、表面质量和力学性能都比较差，同时，储液槽底膜也在长期反复提拉分离的作用力下会产生应力疲劳变形，造成膜破坏，影响使用寿命，设备的稳定性也降低，更换储液槽底膜也变得频繁，无形中增加使用成本。

下沉式成型方式中，主要以sla的成型方式居多，也有少部分为dlp和lcd采用下沉式结构，其成型过程中光敏树脂固形态逐层下降，在光敏树脂固液接触面上受到液态的张力影响，液态树脂不会主动涂覆到被固化后下降一定分层厚度的固形态截面上，由此我们需要用主动涂覆的方式将液形态光敏树脂均匀的涂覆到固形态上，使得每固化一层光敏树脂后，刮刀将以一定的机械速度涂覆成型后的树脂表面。这种方式虽然没有了离型分离的过程，但是增加了刮刀涂覆过程，整个成型速度同样没有得到提升，反而更加缓慢。在刮刀涂覆的过程中还增加了刮刀刮蹭固形态光敏树脂的风险，导致成型失败。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种非接触式补液的光固化设备及其工作方法，用以解决现有技术中成型后的光固化产品精度、质量和力学性能等较差的问题。

本发明一方面提供了一种非接触式补液的光固化设备，包括储料槽，所述储料槽内设置成型平台，所述成型平台底部固定连接托板，所述托板侧面固定连接连接杆，所述成型平台正上方设置石英玻璃，所述石英玻璃的外周密封连接密封槽，所述石英玻璃正上方设置振镜，所述振镜侧面设置激光器，所述储料槽上端设置上溢流口、下溢流口和加料口，所述石英玻璃上设置进气口和出气口。

进一步的，所述储料槽为不锈钢材质。

进一步的，所述石英玻璃和密封槽组成开口朝下的“水杯”型结构。

本发明另一方面提供一种非接触式补液的光固化设备的工作方法，包括如下步骤：

(1)密封槽的起始位置位于储料槽正上方，光敏树脂通过加料口外的加料泵自动加料，此过程中下溢流口阀门处于打开状态，下溢流口溢出的树脂会自动全部流入加料泵前方的吸口容器内，整个系统组成一个自循环的静止液面；

(2)密封槽向下移动至液面以下2-5mm后停止并固定，此过程中，进气口关闭，出气口开度100％；

(3)成型平台向上移动至密封槽内部并与液面等高，随后关闭出气口和下溢流口，随着加料口继续加料液面上升至上溢流口等高，组成另一个自循环的静止液面；

(4)进气口和出气口同时打开，并通过进气口外端连接的气泵泵入氧气，调节出去口阀门大小，使整个系统维持在一定的动态平衡，密封槽内外的形成压差，从而使内外的液面产生维持一定的高度差；

(5)打开激光器，逐层对密封槽内的光敏树脂液面进行光固化；

(6)成型完成后，关闭加料口、打开下溢流口、关闭进气泵、打开出气口、抬升密封槽到相应高度，成型平台上升，取出成型工件。

进一步的，所述逐层对密封槽内的光敏树脂液面进行光固化具体为：成型平台下降一层厚度，固化一定的时间，随后成型平台再下降一层厚度进行固化，如此重复实现逐层固化。

进一步的，所述一层厚度大于0.025mm。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：

本发明非接触式补液的光固化设备解决因离型分离、刮刀涂覆方式带来的成型速度、精度、表面质量的问题，成型速度提升3-100倍，成型精度和表面质量明显提高，成本明显降低。

附图说明

图1为本发明非接触式补液的光固化设备起始状态结构示意图；

图2为本发明非接触式补液的光固化设备成型过程结构图；

图3为图2中a部分放大图；

图4为成型平台下降一层厚度后图3位置结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-储料槽，2-成型平台，3-托板，4-连接杆，5-石英玻璃，6-密封槽，7-振镜，8-激光器，9-上溢流口，10-下溢流口，11-加料口，12-进气口，13-出气口,14-光敏树脂,15-成型工件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和2所示，本发明一方面提供了一种非接触式补液的光固化设备，包括储料槽1，所述储料槽1内设置成型平台2，所述成型平台2底部固定连接托板3，所述托板3侧面固定连接连接杆4，连接杆4连接外部驱动设备一，驱动托板3上下移动，所述成型平台2正上方设置石英玻璃5，所述石英玻璃5的外周密封连接密封槽6，石英玻璃5通过外部驱动设备二实现上下移动，所述石英玻璃5正上方设置振镜7，所述振镜7侧面设置激光器8，激光器8打出的激光通过振镜7后以一定角度透射石英玻璃5照射到储料槽1内，所述储料槽1上端设置上溢流口9、下溢流口10和加料口11，所述石英玻璃5上设置进气口12和出气口13，其中加料口11的外端连接加料泵，进气口12的外端连接进气泵。

具体的，所述储料槽1为不锈钢材质。

具体的，所述石英玻璃5和密封槽6组成开口朝下的“水杯”型结构。

该一种非接触式补液的光固化设备的工作方法，包括如下步骤：

(1)密封槽6的起始位置位于储料槽1正上方，光敏树脂14通过加料口11外的加料泵自动加料，此过程中下溢流口10阀门处于打开状态，下溢流口10溢出的树脂会自动全部流入加料泵前方的吸口容器内，整个系统组成一个自循环的静止液面，液面与下溢流口10等高；

(2)密封槽6向下移动至液面以下2-5mm后停止并固定，此过程中，进气口12关闭，出气口13开度100％，其中出气口13带气压调节功能，可以根据密封槽6的气压调整开度大小；

(3)成型平台2向上移动至密封槽6内部并与液面等高，成型平台2的平面尺寸小于密封槽6的平面尺寸，成型平台2的厚度大于5mm，因此，成型平台可直接进入密封槽6内部，随后关闭出气口13和下溢流口10，随着加料口11继续加料，密封槽6内的液面高度不变，密封槽6外的液面高度液面上升至上溢流口9等高，组成另一个自循环的静止液面；

(4)进气口12和出气口13同时打开，并通过进气口12外端连接的气泵泵入氧气，调节出去口阀门大小，使整个系统维持在一定的动态平衡，密封槽6内外的形成压差，从而使内外的液面产生维持一定的高度差；

(5)打开激光器8，逐层对密封槽6内的光敏树脂14液面进行光固化，成型平台2下降一层厚度0.1mm，固化一定的时间(sla光固化成型方式来说，固化一层的时间是1-60s左右(视固化面积而定)；对dlp\lcd光固化成型方式，固化一层的时间约0.2-10s左右)；随后成型平台2再下降一层厚度进行固化，如此重复实现逐层固化；

(6)成型完成后，关闭加料口11、打开下溢流口10、关闭进气泵、打开出气口13、抬升密封槽6到相应高度，成型平台2上升，取出成型工件15。

光敏树脂14在有氧的环境中进行特定波长的紫外光固化，其氧气会抑制与之接触表面一定深度(2-5μm)内的光敏树脂14聚合，如图3所示，此时气泵一直在往密闭槽内充入空气，不断补充新鲜空气进入密闭槽内，因此在紫外光固化的液面上，一定浓度的氧气一直与光敏树脂14液面接触，此时氧气将抑制光敏树脂14液面上的聚合反应，因此光敏树脂14液平面上一定厚度的树脂一直以液形态的形式附着在固形态表面，如图4所示，当固形态的树脂下降一定层厚后，由于液面的压差液态树脂会自动补充到固形态的上部空间，从而形成相同高度液面的自流平体系，而不会受液体表面张力影响形成流平死区，影响成型。

综上，本发明非接触式补液的光固化设备解决因离型分离、刮刀涂覆方式带来的成型速度、精度、表面质量的问题，成型速度提升3-100倍，成型精度和表面质量明显提高，成本明显降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。