專利名稱：一種用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于快速成型領(lǐng)域，特別涉及一種用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)是一種基于材料累加原理的快速原型制造技術(shù)。光固化快速成型是利用光敏樹脂在特定波長紫外光照射下能快速固化的特性發(fā)展起來的。當工件固化一層后，需在托板的帶動下下降一層厚度，然后在已固化層的表面上涂上一層樹脂再進行光照固化，如此反復最后制成整個工件。現(xiàn)有的樹脂再涂層技術(shù)和裝置在應用過程中，存在很多問題。首先，在制作截面積較大的制件時，因為刮平裝置無法攜帶足夠多的樹脂，而使已固化表面缺乏樹脂，致使再涂層過程失效。使用傳統(tǒng)的刮板式再涂層裝置時，為保證已固化層表面的樹脂量，達到良好的效果，托板采用下潛、回升和等待的工作方式。此種工作方式存在以下兩個問題，首先，刮板再涂層樹脂的原理是刮走多余的樹脂并將其填補到凹陷的地方，由于刮板前后的壓力不一致，造成樹脂的回流，致使液面高度、涂層厚度不易精確控制；第二，托板的運動過程耗時較多，輔助工作時間較長，致使制作效率降低。
托架下降一層后未經(jīng)刮平的樹脂液面的放大效果如圖1所示。傳統(tǒng)刮板式刮平器的刮平原理如圖1(a)，刮平器位于圖中虛線位置，當刮平器從左向右運動時，它是將2位置多出的樹脂刮到3中凹陷的部分，當從右往左運動時它將2位置多出的樹脂刮到1中凹陷的部分。
另外，傳統(tǒng)再涂層方式還存在一個問題，當分層厚度很小時，刮平器下邊緣很容易碰到已固化的制作層，從而毀壞工件，使制件成功率降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種光固化快速成型工藝的再涂層裝置，該裝置采用負壓吸附式原理，有效改善再涂層效果，避免樹脂回流現(xiàn)象，避免刮平器對已成型工件表面的損傷。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置，其特征在于，該裝置包括，一用于盛裝光敏樹脂的不銹鋼樹脂槽；不銹鋼樹脂槽內(nèi)設(shè)有用于放置工件的托架，托架由伺服電機帶動在不銹鋼樹脂槽內(nèi)上下移動，伺服電機與一控制計算機相連，由控制計算機對電機發(fā)出伺服信號。
在光敏樹脂液面的上方，設(shè)置有一帶有空腔的刮平器，空腔中存有一定高度的光敏樹脂，空腔內(nèi)有用于探測液面高度的一對電極，該對電極與控制電路相連接，控制電路與一負壓發(fā)生器相連接。
本發(fā)明是用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置，由于采用了帶有空腔的刮平器，腔內(nèi)儲存有一定量的光敏樹脂用來補充凹陷的部分。再涂層運動過程中，刮平器與液面有0.3mm的間距。由于樹脂的粘性和毛細作用，再加上空腔內(nèi)有一定的負壓度，使得在刮板和液面之間形成0.3mm的樹脂膜。刮板與光敏樹脂液面之間是軟接觸，不會造成已成型表面的損傷。


圖1是托架下降一層后未經(jīng)刮平的樹脂液面的放大圖。其中圖(a)是傳統(tǒng)刮板式刮平器的刮平原理，圖(b)是本發(fā)明的刮平器的刮平原理。
圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖。其中標號為1是用于盛裝樹脂的不銹鋼樹脂槽；2是工件托架，對工件起到支撐和移動的作用；3是光敏樹脂，在一定波長的紫外光照射下可發(fā)生化學反應而固化；4是置于托架上正在制作的工件；5是刮平器，從圖中可以看到其內(nèi)部是中空的，并且空腔中存有一定高度的樹脂；6是用于探測液面高度的電極，它的主要作用是導電并為控制電路輸入電信號；7是伺服電機，通過絲杠螺母傳動將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為托架的上下平動；8是控制計算機，對電機發(fā)出伺服信號；9是控制電路；10是負壓發(fā)生器。
圖3是本發(fā)明的刮平器結(jié)構(gòu)示意圖。其中標號為3是光敏樹脂；6是兩個電極；5-1是安有透明玻璃的觀測窗，使得操作工可以隨時看到并調(diào)整刮平器內(nèi)樹脂的高度；5-2是定位孔，刮平器是通過螺栓與橫梁連接，可以擰動螺栓調(diào)整刮平器與液面的距離；5-3是連接嘴，通過皮管與負壓發(fā)生器連接。
圖4是本發(fā)明的控制電路的一種具體電路形式。
以下結(jié)合附圖及其原理對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的裝置包括一個用于盛裝光敏樹脂3的不銹鋼樹脂槽1；不銹鋼樹脂槽1內(nèi)設(shè)有用于放置工件4的托架2，托架2由伺服電機7帶動在不銹鋼樹脂槽1內(nèi)上下移動，伺服電機7與一控制計算機8相連，由控制計算機8對電機7發(fā)出伺服信號；在光敏樹脂3液面的上方，還設(shè)置有一帶有空腔的刮平器5，空腔中存有一定高度的光敏樹脂；刮平器5內(nèi)有用于探測液面高度的電極6，電極6與控制電路9相連接，控制電路9與一負壓發(fā)生器10相連接。
在制作工件前先要準備好原型的三維實體模型，無論用何種軟件(如Pro/e、UG、Solidworks等等)最終都要將其輸出為STL格式，并將其導入RPdata、Magics9.55中進行分層和加支撐操作。其后就可以將已分過層和加了支撐的整個模型文件輸入計算機8中，接下來就進入正式的制件過程。
首先是要掃描支撐，接著才是真正固化工件。在制作中，當一層樹脂固化完成后，在計算機8的控制下，電機7開始轉(zhuǎn)動，通過機械傳動帶動托架2下降一個層厚的距離(0.1mm)，由于工件4是固化在托架上的，這樣也會隨托架下降一個層厚，已固化層與液面之間就應該有一層0.1mm的樹脂。但由于樹脂的粘性較大，托架下降時引起樹脂槽1內(nèi)整個光敏樹脂3產(chǎn)生擾動，工件正上方樹脂會塌陷，而四周會凸起，若讓其自然流平需花很長時間。刮平器5的作用就是使液面在最短的時間內(nèi)趨于平穩(wěn)。刮平器5的具體結(jié)構(gòu)就是一個內(nèi)部帶腔體，下部開口的長方形盒體。其下方邊緣與光敏樹脂的液面有0.2～0.4mm左右的距離(一般控制在0.3mm)，由于樹脂的粘性及毛細作用，再加上刮平器腔內(nèi)有一定的負壓，因此在刮平器與液面之間形成0.3mm的樹脂膜。當液面出現(xiàn)凹陷時，刮平器空腔內(nèi)樹脂開始下瀉，刮平器內(nèi)樹脂液面高度降低，兩個電極就會脫離樹脂，控制電路9產(chǎn)生控制信號，使負壓發(fā)生器10的轉(zhuǎn)速升高，刮平器5內(nèi)負壓度升高，刮平器內(nèi)開始補充樹脂。在整個工作過程中，負壓發(fā)生器一直在轉(zhuǎn)動著，只是其轉(zhuǎn)速隨著液面的平整性情況而不斷變化。
圖4是本發(fā)明的控制電路的一種具體電路形式。主要包括一555時基振蕩器，兩個放大器A1和A2，一個驅(qū)動三極管T。555時基振蕩器產(chǎn)生占空比為50％的方波S1。555時基振蕩器之后連接有電容C1，并在電容C1后并聯(lián)一個電阻R1，電容C1和電阻R1的主要作用是隔直，將波形S1轉(zhuǎn)化成標準方波S2。在電容C1之后有調(diào)整電阻R2，其主要作用是防止系統(tǒng)短路。在調(diào)整電阻R2之后，連接有1′、2′兩個電極(即圖中Signal處)，此兩個電極即為上述的電極6，它相當于一個滑動變電阻器，當樹脂液面很低與電極脫離時，電極1′、2′之間電阻可以看作是無窮大，隨著液面不斷上升電極漸漸地插入液面內(nèi)，電阻不斷減小。放大器A1的主要作用是檢波、放大。電阻R3和電容C2仍然是隔直。運放A2用于觸發(fā)三極管T。由三極管T驅(qū)動負壓發(fā)生器的馬達M工作。
當刮平器5內(nèi)樹脂液面較高時電極6浸入液面下，電極1′、2′之間電阻很小，S2方波信號經(jīng)運放A1檢波、放大后的電壓信號很小，經(jīng)過運放A2放大不足以觸發(fā)三極管T導通，從而馬達M不轉(zhuǎn)動，吸附作用減小，液面開始回落，電極1′、2′之間電阻就變大，與先前情形相反，將使三極管T導通，馬達M開始轉(zhuǎn)動液面重新上升，如此反復即可實現(xiàn)液位控制的目的。
經(jīng)過本發(fā)明的改進后，與傳統(tǒng)刮板式刮平方法相比，在制作效率，成型精度上有明顯的改善。傳統(tǒng)工作臺的動作采用下潛、回升、等待的方式，而現(xiàn)在只需下潛一定的高度就行，輔助時間明顯縮短，工作效率提高。另外這種再涂層方法有效避免了回流現(xiàn)象，更重要的，這種刮平器本身能攜帶一定量的樹脂，可以隨時補充液面的凹陷部分，有效改善了再涂層效果。
本發(fā)明的刮平器其刮平原理如圖1(b)，刮平器內(nèi)有一空腔，腔內(nèi)儲存有一定量的光敏樹脂用來補充凹陷的部分。在其運動過程中與光敏樹脂的液面有0.3mm的間距。由于光敏樹脂的粘性和毛細作用，再加上空腔內(nèi)有一定的負壓度，使得在刮板和液面之間形成0.3mm的樹脂膜。刮板與光敏樹脂液面之間始終是軟接觸，不會造成已成型表面的損傷。
權(quán)利要求
1.一種用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置，其特征在于，該裝置包括，一用于盛裝光敏樹脂(3)的不銹鋼樹脂槽(1)；不銹鋼樹脂槽(1)內(nèi)設(shè)有用于放置工件(4)的托架(2)，托架(2)由伺服電機(7)帶動，在不銹鋼樹脂槽(1)內(nèi)上下移動，伺服電機(7)與一控制計算機(8)相連，由控制計算機(8)對電機(7)發(fā)出伺服信號；在光敏樹脂(3)液面的上方，還設(shè)置有一中空的刮平器(5)，刮平器(5)內(nèi)有用于探測液面高度的一對電極(6)，該對電極與控制電路(9相)連接，控制電路(9)與一負壓發(fā)生器(10)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的控制電路(9)主要包括一555時基振蕩器，兩個放大器A1和A2，一個功率三極管T，555時基振蕩器用于產(chǎn)生占空比為50％的方波，通過電容和電阻的隔直作用將方波轉(zhuǎn)化成標準方波，并經(jīng)過兩極放大器A1和A2的檢波、放大，觸發(fā)三極管T，由三極管T驅(qū)動負壓發(fā)生器的馬達M。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的刮平器(5)距光敏樹脂(3)的液面的距離為0.2mm～0.4mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光固化快速成型工藝的再涂層裝置，該裝置包括，一用于盛裝光敏樹脂的不銹鋼樹脂槽；不銹鋼樹脂槽內(nèi)設(shè)有用于放置工件的托架，托架由伺服電機帶動在不銹鋼樹脂槽內(nèi)上下移動，伺服電機與一控制計算機相連，由控制計算機對電機發(fā)出伺服信號；在光敏樹脂液面的上方，還設(shè)置有一帶有空腔的刮平器，空腔中存有一定高度的光敏樹脂；刮平器內(nèi)有用于探測液面高度的電極，電極與控制電路相連接，控制電路與一負壓發(fā)生器相連接。該裝置采用負壓吸附式原理，避免由于純粹的刮平而產(chǎn)生的樹脂回流現(xiàn)象，不會造成已成型工件表面的損傷。
文檔編號B29C67/00GK1775510SQ20051012451
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者王尹卿, 盧秉恒, 丁玉成, 李滌塵, 趙萬華, 胡德洲, 施仁, 方勇 申請人:西安交通大學