本發(fā)明屬于快速成型制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DLP技術(shù)的成型粉末及粉末面成型裝置。

背景技術(shù)：

快速成型技術(shù)是一項(xiàng)誕生于20世紀(jì)80年代后期的高新制造技術(shù)，被廣泛的認(rèn)為是近20年來(lái)制造業(yè)的技術(shù)革命。該技術(shù)的基本原理是在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)三維模型進(jìn)行切片分層處理，而后對(duì)每層輪廓截面進(jìn)行逐層制造，最終成型出一個(gè)實(shí)體。目前比較成熟的快速成型工藝技術(shù)有熔融沉積成型(FDM)、分層實(shí)體制造(LOM)、立體光固化(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)等，它們各自成型原理的差別決定了使用材料的差異。FDM技術(shù)主要原料是可熔的絲狀材料，如ABS絲；LOM技術(shù)主要使用的是紙片狀材料如箔紙；SLA技術(shù)主要采用的是光敏樹(shù)脂；SLS技術(shù)主要原料為熱塑性粉末材料(PS、PA)?？焖俪尚图夹g(shù)相比較傳統(tǒng)的制造技術(shù)而言有著非常多的優(yōu)點(diǎn)，如：(一)、任何一個(gè)復(fù)雜的零件均能加工制造，且一次成型，省去了多次加工工藝以及裝配的過(guò)程；(二)、從模型的設(shè)計(jì)到加工出實(shí)體的過(guò)程只需數(shù)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)，大大縮短了零件的制造周期；(三)、在加工過(guò)程中原料的利用率高，制造過(guò)程中無(wú)廢料的產(chǎn)生。

雖然上述快速成型技術(shù)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但隨著其付諸應(yīng)用的進(jìn)程一些問(wèn)題也逐漸的暴露出來(lái)，比如：(一)、成型材料品種的單一，僅限熱塑性粉末、光敏樹(shù)脂、可熔絲材等；(二)、SLA技術(shù)中光敏樹(shù)脂所制造出的零件翹曲現(xiàn)象較為嚴(yán)重，零件的成型質(zhì)量有待提高；(三)、FDM技術(shù)中可熔的絲材在加工過(guò)程中發(fā)生了固-液-固的變化過(guò)程，材料的狀態(tài)發(fā)生了較為復(fù)雜的變化過(guò)程，導(dǎo)致制造出的零件精度不高；(四)、SLS技術(shù)在粉末的燒結(jié)過(guò)程中采用的是激光的點(diǎn)掃描方式，并且存在工作臺(tái)的上下移動(dòng)和鋪粉棍子的水平運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致成型效率較低；(五)、SLS技術(shù)下粉末燒結(jié)件強(qiáng)度不高。

DLP(Digital Light Processing)技術(shù)是一種名為數(shù)字光處理的先進(jìn)投影技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的裝置主要包括高亮光源、DMD芯片、出光鏡頭等，其核心部件是數(shù)字微鏡元件——DMD芯片。當(dāng)裝置采集到的三維模型的信息后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，將三維模型轉(zhuǎn)換為二維模型，并通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送給DMD芯片，在其上面將會(huì)產(chǎn)生與計(jì)算機(jī)相同顯示的圖案?，F(xiàn)有技術(shù)中，基于DLP技術(shù)下的光固化面成型方法與裝置已有人提出，它們雖然實(shí)現(xiàn)了面成型的加工過(guò)程，但是其采用的是底部掃描的方式對(duì)樹(shù)脂槽內(nèi)的液態(tài)光敏樹(shù)脂進(jìn)行光固化作用，在加工過(guò)程中為了緩解制件的翹曲現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)才能保證每個(gè)結(jié)構(gòu)部分的可靠性，這樣在加大了設(shè)計(jì)難度的同時(shí)亦使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜；另外現(xiàn)有的基于DLP技術(shù)裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面尚不夠優(yōu)化，未設(shè)計(jì)樹(shù)脂的自動(dòng)添加過(guò)程，而采用的是人工手動(dòng)添加，這也在無(wú)形中降低了加工效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決，提供一種基于DLP技術(shù)的成型粉末及其制備方法，同時(shí)還提供一種采用該成型粉末制作三維零件模型的基于DLP技術(shù)的粉末面成型裝置，采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以在保證產(chǎn)品制件成型質(zhì)量的同時(shí)大大提高產(chǎn)品的加工效率。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采取的技術(shù)解決方案如下所述。

一種基于DLP技術(shù)的成型粉末，它由以下重量百分含量的組分組成：

制備該成型粉末的步驟為：

在PVC糊樹(shù)脂中加入光引發(fā)劑，混合均勻后將其置于烘干箱中以120℃進(jìn)行烘干處理1～3小時(shí)，通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨處理，再使球磨粉通過(guò)100目～150目的篩子篩選后，細(xì)粉備用；另取硅烷使其溶于無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)5～10分鐘的攪拌之后再往里加入碳酸鈣粉末，混合均勻后置于烘干箱中以120℃進(jìn)行烘干處理1～3小時(shí)，將烘干后的塊狀混合材料裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行粉碎球磨處理，再使球磨粉通過(guò)100目～150目的篩子過(guò)篩處理，制得經(jīng)過(guò)硅烷處理過(guò)后的碳酸鈣粉末；將制備的PVC樹(shù)脂粉與碳酸鈣粉末放入高速攪拌機(jī)中，往里加入光吸收劑、流動(dòng)劑、分散劑，以1000rpm速度攪拌運(yùn)行30～40分鐘，即得到所需的基于DLP技術(shù)的粉末材料。

構(gòu)成本發(fā)明所述成型粉末的組分物中，PVC(聚氯乙烯)糊樹(shù)脂系指PVC樹(shù)脂以糊狀形式來(lái)應(yīng)用的(液體)產(chǎn)物，該結(jié)構(gòu)物具有僅經(jīng)加熱(或紫外線照射)即可變?yōu)镻VC制品的特性；光引發(fā)劑能夠在紫外光區(qū)吸收能量，產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化的化合物，在PVC糊樹(shù)脂中加入光引發(fā)劑可以使整個(gè)粉末體系能夠在DLP發(fā)射出的紫外光作用下發(fā)生固化現(xiàn)象；碳酸鈣是一種常用于塑料改性的添加劑，能有效的緩解制件的翹曲現(xiàn)象，改善成型精度；硅烷的作用在于加強(qiáng)高分子聚合物與無(wú)機(jī)填料之間的界面結(jié)合力，本發(fā)明中硅烷的加入加強(qiáng)了碳酸鈣與PVC糊樹(shù)脂之間的結(jié)合力；光吸收劑的加入可以加強(qiáng)粉末體系對(duì)紫外光的吸收，有利于產(chǎn)生較高強(qiáng)度的制件；流動(dòng)劑的作用在于使粉末體系粘度降低，從而產(chǎn)生流動(dòng)性能較好的粉末；分散劑的加入使得粉末顆粒之間的分散性能較好，有利于制件的成型。由上述各組分物制成的成型粉末材料能夠在一定波長(zhǎng)范圍(100～400nm)紫外光照射下發(fā)生固化，完成產(chǎn)品制件的成型。

上述的基于DLP技術(shù)的成型粉末中，所述的光引發(fā)劑為2-甲基-4’-(甲基硫代)-2-嗎啉基苯丙酮，所述的硅烷為甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷或丁硅烷，所述的光吸收劑為水楊酸酯類光吸收劑，所述的流動(dòng)劑為聚丙烯，所述的分散劑為脂肪酸類分散劑。

進(jìn)一步的，所述的光吸收劑為水楊酸苯酯，所述的分散劑為脂肪酸甘油酯。

采用上述成型粉末制作三維零件模型的基于DLP技術(shù)的粉末面成型裝置包括PC機(jī)系統(tǒng)、DLP投影系統(tǒng)、長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌、鋪粉輥?zhàn)雍凸ぷ鞲?，所述的工作缸由沿橫向依次等高并排設(shè)置的左回收缸、左缸、右缸和右回收缸組成，在各缸內(nèi)均設(shè)置有由PC機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的升降活動(dòng)底板，所述的鋪粉輥?zhàn)涌稍赑C機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下沿工作缸整體表面做平向往復(fù)移動(dòng)，所述的長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌沿工作缸排列方向設(shè)置在工作缸的上方，所述的DLP投影系統(tǒng)設(shè)置在長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌上并可在PC機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下沿平面長(zhǎng)直導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)，DLP投影系統(tǒng)的出射光由上向下對(duì)工作缸進(jìn)行照射。在對(duì)三維零件模型的實(shí)際成型制作中，首先利用三維建模軟件建立三維模型，通過(guò)專業(yè)的軟件對(duì)模型進(jìn)行分層，得到各層的截面輪廓信息，然后PC機(jī)系統(tǒng)將每層的截面輪廓信息通過(guò)傳輸線傳送給DLP投影系統(tǒng)上的DMD芯片，由DLP投影系統(tǒng)按每層截面輪廓信息自上而下地對(duì)粉末床內(nèi)的各粉末進(jìn)行掃描照射，直至整個(gè)零件加工完成。

上述基于DLP技術(shù)的粉末面成型裝置中，DLP投影系統(tǒng)由光源、透鏡、色輪、DMD芯片和出光鏡組成，由光源發(fā)射出的紫外光依次通過(guò)透鏡、色輪、DMD芯片后傳輸至出光鏡，再由出光鏡對(duì)工作缸進(jìn)行照射。

與現(xiàn)有快速成型技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果如下所述。

一、本發(fā)明在保證完整加工過(guò)程的基礎(chǔ)上，通過(guò)將DLP光固化技術(shù)和SLS激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)相結(jié)合，首先利用一定的工藝和配比配制好所需的可用于快速成型技術(shù)中的新型粉末材料，擴(kuò)大了成型材料的選材范圍；其次將DLP投影系統(tǒng)應(yīng)用到粉末快速成型中，將傳統(tǒng)粉末成型工藝中的點(diǎn)-線-面成型的加工過(guò)程轉(zhuǎn)換成直接的面成型加工過(guò)程，大大提高了加工效率。

二、本發(fā)明所用的成型材料為粉末材料，在加工過(guò)程中大量的粉末材料在一定程度上可以充當(dāng)支撐作用，因此無(wú)需額外添加支撐結(jié)構(gòu)。

三、在本發(fā)明裝置加工過(guò)程中，通過(guò)DLP投影系統(tǒng)在長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌上的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩缸(供粉缸、成型缸)功能互換的作用，在減少了手工勞動(dòng)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了粉末的高利用率；此外在加工完之后需要清理回收缸內(nèi)粉末時(shí)，左回收缸和右回收缸內(nèi)的可升降活動(dòng)板在PC機(jī)系統(tǒng)的控制下將缸內(nèi)的粉末升高到一定高度，然后在鋪粉棍子的推動(dòng)下推送到左缸和右缸內(nèi)，減小了手工勞動(dòng)量的同時(shí)提高了加工效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述基于DLP技術(shù)的成型粉末的制備流程圖。

圖2為本發(fā)明所述基于DLP技術(shù)的粉末面成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為該粉末面成型裝置中DLP投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為該粉末面成型裝置處在第一種加工(左缸)過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為該粉末面成型裝置處在第二種加工(右缸)過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各數(shù)字標(biāo)號(hào)的名稱分別是：1－PC機(jī)系統(tǒng)；2－DLP投影系統(tǒng)，2-1－光源，2-2－透鏡，2-3－色輪，2-4－DMD芯片，2-5－出光鏡；3－長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌；4－鋪粉棍子；5－左回收缸；6－左缸；7－右缸；8－右回收缸。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的具體應(yīng)用方式并不僅限于下述的實(shí)施例。

一種基于DLP技術(shù)的成型粉末，該粉末材料以PVC糊樹(shù)脂(聚氯乙烯)為主體，2-甲基-4’-(甲基硫代)-2-嗎啉基苯丙酮、碳酸鈣、甲硅烷、水楊酸苯酯、聚丙烯、脂肪酸甘油酯為輔助添加劑，采用下述的重量百分比例配制而成：

該成型粉末的制備方法參見(jiàn)圖1，其具體制備步驟是：在PVC糊樹(shù)脂中加入2-甲基-4’-(甲基硫代)-2-嗎啉基苯丙酮，混合均勻后將其置于烘干箱中以120℃進(jìn)行烘干處理2小時(shí)，通過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行粉碎球磨處理，再使球磨粉通過(guò)100目～150目的篩子篩選后，細(xì)粉備用；另取甲硅烷使其溶于無(wú)水乙醇中，經(jīng)過(guò)5分鐘的攪拌之后再往里加入碳酸鈣粉末，混合均勻后置于烘干箱中以120℃進(jìn)行烘干處理2小時(shí)，將烘干后的塊狀混合材料裝入球磨機(jī)中，進(jìn)行粉碎球磨處理，再使球磨粉通過(guò)100目～150目的篩子過(guò)篩處理，制得經(jīng)過(guò)硅烷處理過(guò)后的碳酸鈣粉末；將制備的PVC樹(shù)脂粉與碳酸鈣粉末放入高速攪拌機(jī)中，往里加入水楊酸苯酯、聚丙烯和脂肪酸甘油酯，以1000rpm速度攪拌運(yùn)行30分鐘，即得到所需的基于DLP技術(shù)的粉末材料，該粉末材料能夠在100～400nm的紫外光下發(fā)生固化。

由于本發(fā)明中采用的成型裝置是粉末面成型裝置，因此粉末的粒徑大小對(duì)鋪粉過(guò)程和成型制件的質(zhì)量有著非常重要的影響。粉末粒徑過(guò)大，為了保證鋪粉過(guò)程的順利性，單層加工的厚度相應(yīng)的需要很大，這樣就可能會(huì)出現(xiàn)紫外光能量不足以固化一層粉末而造成制件強(qiáng)度低的問(wèn)題；粉末粒徑過(guò)小，粉末與粉末之間的摩擦力會(huì)增大，流動(dòng)性能變差，也不利于鋪粉過(guò)程的進(jìn)行。經(jīng)本發(fā)明設(shè)計(jì)人所做的實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)粉末的平均粒徑在100～150微米之間，有利于制件的成型質(zhì)量和鋪粉過(guò)程的進(jìn)行，粉末制備中所需的粉末均位于此范圍之間。

采用上述成型粉末制作三維零件模型的基于DLP技術(shù)的粉末面成型裝置結(jié)構(gòu)如圖2所述，它包括PC機(jī)系統(tǒng)1、DLP投影系統(tǒng)2、長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌3、鋪粉輥?zhàn)?和工作缸。其中工作缸由沿橫向依次等高并排設(shè)置且其內(nèi)均盛裝有成型粉末的左回收缸5、左缸6、右缸7和右回收缸8組成，在各缸內(nèi)均設(shè)置有由PC機(jī)系統(tǒng)1驅(qū)動(dòng)的升降活動(dòng)底板，工作中，左缸6和右缸7起到供粉缸和成型缸的作用，左回收缸5和右回收缸8則在加工過(guò)程中起到多余粉末回收的作用。鋪粉輥?zhàn)?位于四個(gè)工作缸的上表面，可在PC機(jī)系統(tǒng)1的驅(qū)動(dòng)下沿工作缸整體表面做平向的往復(fù)移動(dòng)。長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌3沿工作缸排列方向設(shè)置在工作缸的上方，DLP投影系統(tǒng)2設(shè)置在長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌3上并可在PC機(jī)系統(tǒng)1的驅(qū)動(dòng)下沿平面長(zhǎng)直導(dǎo)軌3往復(fù)移動(dòng)。DLP投影系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由光源2-1、透鏡2-2、色輪2-3、DMD芯片2-4和出光鏡2-5組成，由光源2-1發(fā)射出的紫外光依次通過(guò)透鏡2-2、色輪2-3、DMD芯片2-4后傳輸至出光鏡2-5，再由出光鏡2-5對(duì)工作缸進(jìn)行照射。

本發(fā)明所述粉末面成型裝置的工作原理如下所述。

圖4所示為對(duì)左缸6內(nèi)的粉末的加工過(guò)程，此時(shí)DLP投影系統(tǒng)2位于左缸6的正上方，加工之前右缸7內(nèi)裝有大量待加工的粉末，在PC機(jī)系統(tǒng)1的控制下使左缸6內(nèi)的升降活動(dòng)底板位于其運(yùn)動(dòng)行程的最上端，此時(shí)右缸7作為供粉缸，左缸6作為成型缸，鋪粉棍子4位于右缸7的最右端；當(dāng)接收到需要加工的信息時(shí)，左缸6在PC機(jī)系統(tǒng)1的控制下下降一個(gè)加工層厚，為了保證在鋪粉過(guò)程中能使左缸6內(nèi)的充足且被刮平，通常使右缸7上升的層厚稍大于一個(gè)加工層厚，并驅(qū)動(dòng)鋪粉棍子4從右端開(kāi)始一次來(lái)回的水平運(yùn)動(dòng)，將右缸7內(nèi)上升起來(lái)的粉末推送到左缸6內(nèi)，同時(shí)將上工作面的粉末刮平，多余的粉末被刮送到左回收缸5和右回收缸8中；PC機(jī)系統(tǒng)1將第一層截面輪廓信息傳輸給DLP投影系統(tǒng)2，在DLP投影系統(tǒng)2內(nèi)部一系列的過(guò)程之后，紫外光便開(kāi)始按照該層的截面輪廓信息對(duì)左缸6內(nèi)的粉末進(jìn)行掃描照射，被照射到的粉末發(fā)生固化，未被照射到的粉末仍然是粉末顆粒態(tài)；當(dāng)接收到加工下一層信息時(shí)，對(duì)新一層粉末的加工過(guò)程與上述過(guò)程一致，最終直至整個(gè)零件加工完成。

當(dāng)上述零件被取出之后，右缸7中的粉末基本沒(méi)有或者存在很少一部分，而左缸6內(nèi)裝有大量的粉末，左回收缸5和右回收缸8內(nèi)裝有少量粉末。此時(shí)在PC機(jī)系統(tǒng)1的控制下分別使左回收缸5和右回收缸8中的粉末上升到一定高度，左缸6下降一定高度，在鋪粉棍子4的作用下上升起來(lái)的粉末被推送到左缸6內(nèi)，此時(shí)便完成了粉末的自動(dòng)清理過(guò)程。

在PC機(jī)系統(tǒng)1的控制下DLP投影系統(tǒng)2在長(zhǎng)直水平導(dǎo)軌3上進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)移至右缸7的正上方后，如圖5所示，此時(shí)左缸6作為供粉缸、右缸7作為成型缸，左缸6內(nèi)裝有大量待加工的粉末，使其內(nèi)部的活動(dòng)板位于較為底部的位置，另使右缸7內(nèi)的活動(dòng)板位于較為頂部的位置，其加工過(guò)程與圖4的加工過(guò)程類似，不同之處在于此時(shí)右缸7下降一個(gè)層厚，左缸6上升一個(gè)多層厚，同時(shí)鋪粉輥?zhàn)?從左缸6的最左端開(kāi)始一次來(lái)回的水平運(yùn)動(dòng)，最終將整個(gè)零件加工制造完成。