專利名稱：一種平面光固化快速成型裝置及方法
技術領域：
本發明屬于快速成型領域，具體涉及一種平面光固化快速成型裝置及方法。
背景技術：
現有光固化快速成型中，利用紫外激光器形成的光斑進行水平面掃描(X方向以及Y方向)，使樹脂液體固化成型，其存在的缺點在于:一般體積較大，零件的制作成本、投資成本以及系統運行維護費用都非常昂貴。同時，現有平面光固化快速成型中，采用光源自上而下照射樹脂液體的方式，成型材料性能不穩定，翹曲變形嚴重，且樹脂液體利用率也較低。將盛放樹脂液體的樹脂槽改為玻璃底板，使光源從下向上照射樹脂液體，不僅提高了樹脂液體的利用率，而且降低了成型材料的翹曲變形，但是，在進行下一個層面的成型時，已經成型后的樹脂材料與玻璃底板粘連，不易剝離，仍存在翹曲變形問題，降低了成型效率。

發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單、成本低廉、成型效率高的平面光固化快速成型裝置及方法。為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種平面光固化快速成型裝置，該成型裝置包括紫外光數字投影儀以及設置于紫外光數字投影儀上方的樹脂槽和工作平臺，所述樹脂槽的底面采用玻璃板制成，工作平臺的下端面設置于樹脂槽內，工作平臺的下端面與樹脂槽的底面之間留有用于填充樹脂液體的間隙。所述紫外光數字投影儀包括數字微鏡芯片、用于向數字微鏡芯片投射光線的紫外光源以及用于將數字微鏡芯片反射的光線輸出投影儀的投影鏡頭。所述紫外光源為紫外發光二極管。所述成型裝置還包括臺面以及設置于臺面上的支架、升降機構和剝離機構，工作平臺的上端面與升降機構相連，樹脂槽設置于臺面上，樹脂槽的一端與支架鉸接，另一端與剝離機構相連，剝離機構包括凸輪以及擺桿，凸輪與設置于臺面上的電機相連，擺桿的一端與樹脂槽相連，另一端與凸輪相連。所述紫外光數字投影儀設置于臺面的下側，臺面上開設有與樹脂槽的底面相對的通光口。所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃以及設置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料層。所述低表面能材料層為聚全氟乙丙烯膜。一種平面光固化快速成型方法，包括以下步驟:I)向樹脂槽注入樹脂液體，然后將工作平臺移入樹脂槽內；2)經過步驟I)后，打開紫外光數字投影儀的光源，將采用數字投影方法生成的實體零件的紫外光層面輪廓透過樹脂槽的底面成像在工作平臺的下端面與樹脂槽的底面間的樹脂液體上，樹脂液體曝光固化后得到具有相應層面輪廓的固化層；3)經過步驟2)后，關閉紫外光數字投影儀的光源，然后將與樹脂槽的底面接觸的固化層從樹脂槽的底面一側分離，分離后將工作平臺上升一個層面的高度，使樹脂液體注入固化層的下端面與樹脂槽的底面之間，然后按照順序更換實體零件下一個層面的輪廓圖片，然后打開紫外光數字投影儀的光源，進行下一層面的曝光固化，反復進行以上操作直至完成整個實體零件的固化成型。本發明利用數字投影技術，采用紫外光源，使紫外光圖形成像在樹脂液面上，一次曝光固化一個層面的實體，逐層疊加形成整個實體零件。相對于激光快速成形技術，本發明提供的面曝光快速成形技術能獲得更快的成型速度，消除了一個精確的x_y運動控制系統，設備結構和工藝過程更加簡單化，不僅降低了硬件成本，而且穩定性高，能夠廣泛的應用于珠寶首飾以及航天航空領域。本發明在樹脂固化過程中，樹脂槽的底面采用了表面具有聚全氟乙丙烯膜等低表面能材料的玻璃板，使玻璃板表面不沾性能提高，徹底解決了固化成型后的翹曲變形問題，同時玻璃板采用了透射紫外線的玻璃，使光源更為純正，進一步提高了成型精度、速度，進一步簡化了工藝，降低了成本。


圖1為本發明所述平面光固化快速成型裝置的結構示意圖；圖2為本發明所述紫外光數字投影儀的內部結構示意圖；圖3為本發明所述紫外光數字投影儀的工作示意圖；圖中:1為反射鏡,2為剝離機構,3為升降機構,4為工作平臺，5為樹脂槽,6為紫外光數字投影儀，7為臺面，8為支架，9為投影鏡頭，10為數字微鏡芯片，11為紫外光源，12為透射紫外光的玻璃，13為聚全氟乙丙烯薄膜。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。參見圖1-圖3，本發明所述平面光固化快速成型裝置，該成型裝置包括紫外光數字投影儀6以及設置于紫外光數字投影儀6上方的樹脂槽5和工作平臺4，所述樹脂槽5的底面采用玻璃板制成，工作平臺4的下端面設置于樹脂槽5內，工作平臺4的下端面與樹脂槽5的底面之間留有用于填充樹脂液體的間隙。所述紫外光數字投影儀6包括數字微鏡芯片10、用于向數字微鏡芯片投射光線的紫外光源11以及用于將數字微鏡芯片反射的光線輸出投影儀的投影鏡頭9。所述紫外光源11為紫外發光二極管。所述成型裝置還包括臺面7以及設置于臺面7上的支架8、升降機構3和剝離機構2，工作平臺4的上端面與升降機構3相連，樹脂槽5設置于臺面7上，樹脂槽5的一端與支架8鉸接，另一端與剝離機構2相連，剝離機構2包括凸輪以及擺桿，凸輪與設置于臺面7上的電機相連，擺桿的一端與樹脂槽5相連，另一端與凸輪相連。凸輪帶動擺桿，使樹脂槽一側向下傾斜一定角度后復位，向下傾斜過程中，使固化層沿樹脂槽一側剝離，提高了剝離效率，降低了翹曲變形，所述紫外光數字投影儀6設置于臺面7的下側，臺面7上開設有與樹脂槽5的底面相對的通光口。投影儀輸出的光線通過反射鏡I反射后經通光口射向樹脂槽的底部。所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃12以及設置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料層。所述低表面能材料層為聚全氟乙丙烯薄膜13。上述平面光固化快速成型裝置的使用方法，包括以下步驟:I)向樹脂槽5注入樹脂液體，然后將工作平臺4移入樹脂槽5內；2)經過步驟I)后，打開紫外光數字投影儀6的光源，將采用數字投影方法生成的實體零件的紫外光層面輪廓透過樹脂槽5的底面成像在工作平臺4的下端面與樹脂槽5的底面間的樹脂液體上，樹脂液體曝光固化后得到具有相應層面輪廓的固化層；3)經過步驟2)后，關閉紫外光數字投影儀6的光源，然后將與樹脂槽5的底面接觸的固化層從樹脂槽5的底面一側分離，分離后將工作平臺5上升一個層面的高度，使樹脂液體注入固化層的下端面與樹脂槽5的底面之間，然后按照順序更換實體零件下一個層面的輪廓圖片，然后打開紫外光數字投影儀6的光源，進行下一層面的曝光固化，反復進行以上操作直至完成整個實體零件的固化成型。實施例數字投影面固化快速成型裝置，該裝置包括:一臺計算機(外置)，其中設有分層數據處理軟件，用于將截面圖形發送到數字投影儀中，并控制投影儀的圖形投影方式；一臺經改造過的裝有紫外光燈頭的數字投影儀，用于接收來自計算機的圖像數據，并且按照設定的曝光方式，將圖形投影照射到樹脂液體表面；一套成型系統，包括樹脂槽，樹脂槽上方設有由升降系統帶動的工作平臺，該工作平臺上倒掛已成型的實體。采用了數字投影技術生成實體零件的層面輪廓，利用下照射的方式和較淺的樹脂槽，使用能透過紫外光的玻璃做樹脂槽底板，完成一個層面的固化后，關閉光源，工作平臺上升一個層面的高度，同時通過剝離機構完成已固化層與樹脂槽底面的分離，新的樹脂液體由于毛細血管的作用自動流入工作平臺和樹脂槽底面的間隙用于形成新的固化層，更換下一次輪廓圖片，打開光源，開始下一層的曝光固化。反復進行以上操作完成整個實體的固化。
權利要求
1.一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:該成型裝置包括紫外光數字投影儀(6)以及設置于紫外光數字投影儀(6)上方的樹脂槽(5)和工作平臺(4)，所述樹脂槽(5)的底面采用玻璃板制成，工作平臺(4)的下端面設置于樹脂槽(5)內，工作平臺(4)的下端面與樹脂槽(5)的底面之間留有用于填充樹脂液體的間隙。
2.根據權利要求1所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述紫外光數字投影儀(6)包括數字微鏡芯片(10)、用于向數字微鏡芯片投射光線的紫外光源(11)以及用于將數字微鏡芯片反射的光線輸出投影儀的投影鏡頭(9)。
3.根據權利要求2所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述紫外光源(11)為紫外發光二極管。
4.根據權利要求1所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述成型裝置還包括臺面(7)以及設置于臺面(7)上的支架(8)、升降機構(3)和剝離機構(2)，工作平臺(4)的上端面與升降機構(3)相連，樹脂槽(5)設置于臺面(7)上，樹脂槽(5)的一端與支架(8)鉸接，另一端與剝離機構(2)相連，剝離機構(2)包括凸輪以及擺桿，凸輪與設置于臺面(7)上的電機相連,擺桿的一端與樹脂槽(5)相連,另一端與凸輪相連。
5.根據權利要求4所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述紫外光數字投影儀(6)設置于臺面(7)的下側，臺面(7)上開設有與樹脂槽(5)的底面相對的通光口。
6.根據權利要求1所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃(12)以及設置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料層。
7.根據權利要求6所述一種平面光固化快速成型裝置，其特征在于:所述低表面能材料層為聚全氟乙丙烯膜。
8.一種平面光固化快速成型方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)向樹脂槽(5)注入樹脂液體，然后將工作平臺(4)移入樹脂槽(5)內； 2)經過步驟I)后，打開紫外光數字投影儀(6)的光源，將采用數字投影方法生成的實體零件的紫外光層面輪廓透過樹脂槽(5)的底面成像在工作平臺(4)的下端面與樹脂槽(5)的底面間的樹脂液體上，樹脂液體曝光固化后得到具有相應層面輪廓的固化層； 3)經過步驟2)后，關閉紫外光數字投影儀(6)的光源，然后將與樹脂槽(5)的底面接觸的固化層從樹脂槽的底面一側分離，分離后將工作平臺(4)上升一個層面的高度，使樹脂液體注入固化層的下端面與樹脂槽的底面之間，然后按照順序更換實體零件下一個層面的輪廓圖片，然后打開紫外光數字投影儀(6)的光源，進行下一層面的曝光固化，反復進行操作直至完成整個實體零件的固化成型。
全文摘要
本發明提供一種平面光固化快速成型裝置及方法包括紫外光數字投影儀，所述樹脂槽的底面采用透射紫外光的玻璃制成，工作平臺的下端面與樹脂槽的底面之間留有用于填充樹脂液體的間隙，向樹脂槽與工作臺面之間的間隙注入樹脂液體，將采用數字投影方法生成的實體零件的紫外光層面輪廓通過樹脂槽的底板成像在樹脂液體上，得到具有相應層面輪廓的固化層，將工作平臺上升一個層面的高度，然后將樹脂液體注入固化層的下端面與樹脂槽的間隙中，進行下一層的曝光固化，解決了固化成型后的翹曲變形問題，成型精度高、速度快，工藝簡單，成本較低。
文檔編號B29C67/00GK103203875SQ20131004572
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者樂光, 王戰勤, 同治強, 王立軍, 程永麗, 王永信 申請人:陜西恒通智能機器有限公司