专利名称：一种平面光固化快速成型装置及方法
技术领域：
本发明属于快速成型领域，具体涉及一种平面光固化快速成型装置及方法。
背景技术：
现有光固化快速成型中，利用紫外激光器形成的光斑进行水平面扫描(X方向以及Y方向)，使树脂液体固化成型，其存在的缺点在于:一般体积较大，零件的制作成本、投资成本以及系统运行维护费用都非常昂贵。同时，现有平面光固化快速成型中，采用光源自上而下照射树脂液体的方式，成型材料性能不稳定，翘曲变形严重，且树脂液体利用率也较低。将盛放树脂液体的树脂槽改为玻璃底板，使光源从下向上照射树脂液体，不仅提高了树脂液体的利用率，而且降低了成型材料的翘曲变形，但是，在进行下一个层面的成型时，已经成型后的树脂材料与玻璃底板粘连，不易剥离，仍存在翘曲变形问题，降低了成型效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、成型效率高的平面光固化快速成型装置及方法。为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种平面光固化快速成型装置，该成型装置包括紫外光数字投影仪以及设置于紫外光数字投影仪上方的树脂槽和工作平台，所述树脂槽的底面采用玻璃板制成，工作平台的下端面设置于树脂槽内，工作平台的下端面与树脂槽的底面之间留有用于填充树脂液体的间隙。所述紫外光数字投影仪包括数字微镜芯片、用于向数字微镜芯片投射光线的紫外光源以及用于将数字微镜芯片反射的光线输出投影仪的投影镜头。所述紫外光源为紫外发光二极管。所述成型装置还包括台面以及设置于台面上的支架、升降机构和剥离机构，工作平台的上端面与升降机构相连，树脂槽设置于台面上，树脂槽的一端与支架铰接，另一端与剥离机构相连，剥离机构包括凸轮以及摆杆，凸轮与设置于台面上的电机相连，摆杆的一端与树脂槽相连，另一端与凸轮相连。所述紫外光数字投影仪设置于台面的下侧，台面上开设有与树脂槽的底面相对的通光口。所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃以及设置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料层。所述低表面能材料层为聚全氟乙丙烯膜。一种平面光固化快速成型方法，包括以下步骤:I)向树脂槽注入树脂液体，然后将工作平台移入树脂槽内；2)经过步骤I)后，打开紫外光数字投影仪的光源，将采用数字投影方法生成的实体零件的紫外光层面轮廓透过树脂槽的底面成像在工作平台的下端面与树脂槽的底面间的树脂液体上，树脂液体曝光固化后得到具有相应层面轮廓的固化层；3)经过步骤2)后，关闭紫外光数字投影仪的光源，然后将与树脂槽的底面接触的固化层从树脂槽的底面一侧分离，分离后将工作平台上升一个层面的高度，使树脂液体注入固化层的下端面与树脂槽的底面之间，然后按照顺序更换实体零件下一个层面的轮廓图片，然后打开紫外光数字投影仪的光源，进行下一层面的曝光固化，反复进行以上操作直至完成整个实体零件的固化成型。本发明利用数字投影技术，采用紫外光源，使紫外光图形成像在树脂液面上，一次曝光固化一个层面的实体，逐层叠加形成整个实体零件。相对于激光快速成形技术，本发明提供的面曝光快速成形技术能获得更快的成型速度，消除了一个精确的x_y运动控制系统，设备结构和工艺过程更加简单化，不仅降低了硬件成本，而且稳定性高，能够广泛的应用于珠宝首饰以及航天航空领域。本发明在树脂固化过程中，树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，彻底解决了固化成型后的翘曲变形问题，同时玻璃板采用了透射紫外线的玻璃，使光源更为纯正，进一步提高了成型精度、速度，进一步简化了工艺，降低了成本。
图1为本发明所述平面光固化快速成型装置的结构示意图；图2为本发明所述紫外光数字投影仪的内部结构示意图；图3为本发明所述紫外光数字投影仪的工作示意图；图中:1为反射镜,2为剥离机构,3为升降机构,4为工作平台，5为树脂槽,6为紫外光数字投影仪，7为台面，8为支架，9为投影镜头，10为数字微镜芯片，11为紫外光源，12为透射紫外光的玻璃，13为聚全氟乙丙烯薄膜。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1-图3，本发明所述平面光固化快速成型装置，该成型装置包括紫外光数字投影仪6以及设置于紫外光数字投影仪6上方的树脂槽5和工作平台4，所述树脂槽5的底面采用玻璃板制成，工作平台4的下端面设置于树脂槽5内，工作平台4的下端面与树脂槽5的底面之间留有用于填充树脂液体的间隙。所述紫外光数字投影仪6包括数字微镜芯片10、用于向数字微镜芯片投射光线的紫外光源11以及用于将数字微镜芯片反射的光线输出投影仪的投影镜头9。所述紫外光源11为紫外发光二极管。所述成型装置还包括台面7以及设置于台面7上的支架8、升降机构3和剥离机构2，工作平台4的上端面与升降机构3相连，树脂槽5设置于台面7上，树脂槽5的一端与支架8铰接，另一端与剥离机构2相连，剥离机构2包括凸轮以及摆杆，凸轮与设置于台面7上的电机相连，摆杆的一端与树脂槽5相连，另一端与凸轮相连。凸轮带动摆杆，使树脂槽一侧向下倾斜一定角度后复位，向下倾斜过程中，使固化层沿树脂槽一侧剥离，提高了剥离效率，降低了翘曲变形，所述紫外光数字投影仪6设置于台面7的下侧，台面7上开设有与树脂槽5的底面相对的通光口。投影仪输出的光线通过反射镜I反射后经通光口射向树脂槽的底部。所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃12以及设置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料层。所述低表面能材料层为聚全氟乙丙烯薄膜13。上述平面光固化快速成型装置的使用方法，包括以下步骤:I)向树脂槽5注入树脂液体，然后将工作平台4移入树脂槽5内；2)经过步骤I)后，打开紫外光数字投影仪6的光源，将采用数字投影方法生成的实体零件的紫外光层面轮廓透过树脂槽5的底面成像在工作平台4的下端面与树脂槽5的底面间的树脂液体上，树脂液体曝光固化后得到具有相应层面轮廓的固化层；3)经过步骤2)后，关闭紫外光数字投影仪6的光源，然后将与树脂槽5的底面接触的固化层从树脂槽5的底面一侧分离，分离后将工作平台5上升一个层面的高度，使树脂液体注入固化层的下端面与树脂槽5的底面之间，然后按照顺序更换实体零件下一个层面的轮廓图片，然后打开紫外光数字投影仪6的光源，进行下一层面的曝光固化，反复进行以上操作直至完成整个实体零件的固化成型。实施例数字投影面固化快速成型装置，该装置包括:一台计算机(外置)，其中设有分层数据处理软件，用于将截面图形发送到数字投影仪中，并控制投影仪的图形投影方式；一台经改造过的装有紫外光灯头的数字投影仪，用于接收来自计算机的图像数据，并且按照设定的曝光方式，将图形投影照射到树脂液体表面；一套成型系统，包括树脂槽，树脂槽上方设有由升降系统带动的工作平台，该工作平台上倒挂已成型的实体。采用了数字投影技术生成实体零件的层面轮廓，利用下照射的方式和较浅的树脂槽，使用能透过紫外光的玻璃做树脂槽底板，完成一个层面的固化后，关闭光源，工作平台上升一个层面的高度，同时通过剥离机构完成已固化层与树脂槽底面的分离，新的树脂液体由于毛细血管的作用自动流入工作平台和树脂槽底面的间隙用于形成新的固化层，更换下一次轮廓图片，打开光源，开始下一层的曝光固化。反复进行以上操作完成整个实体的固化。
权利要求
1.一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:该成型装置包括紫外光数字投影仪(6)以及设置于紫外光数字投影仪(6)上方的树脂槽(5)和工作平台(4)，所述树脂槽(5)的底面采用玻璃板制成，工作平台(4)的下端面设置于树脂槽(5)内，工作平台(4)的下端面与树脂槽(5)的底面之间留有用于填充树脂液体的间隙。
2.根据权利要求1所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述紫外光数字投影仪(6)包括数字微镜芯片(10)、用于向数字微镜芯片投射光线的紫外光源(11)以及用于将数字微镜芯片反射的光线输出投影仪的投影镜头(9)。
3.根据权利要求2所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述紫外光源(11)为紫外发光二极管。
4.根据权利要求1所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述成型装置还包括台面(7)以及设置于台面(7)上的支架(8)、升降机构(3)和剥离机构(2)，工作平台(4)的上端面与升降机构(3)相连，树脂槽(5)设置于台面(7)上，树脂槽(5)的一端与支架(8)铰接，另一端与剥离机构(2)相连，剥离机构(2)包括凸轮以及摆杆，凸轮与设置于台面(7)上的电机相连,摆杆的一端与树脂槽(5)相连,另一端与凸轮相连。
5.根据权利要求4所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述紫外光数字投影仪(6)设置于台面(7)的下侧，台面(7)上开设有与树脂槽(5)的底面相对的通光口。
6.根据权利要求1所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述玻璃板包括透射紫外光的玻璃(12)以及设置于所述玻璃上的可以透光的低表面能材料层。
7.根据权利要求6所述一种平面光固化快速成型装置，其特征在于:所述低表面能材料层为聚全氟乙丙烯膜。
8.一种平面光固化快速成型方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)向树脂槽(5)注入树脂液体，然后将工作平台(4)移入树脂槽(5)内； 2)经过步骤I)后，打开紫外光数字投影仪(6)的光源，将采用数字投影方法生成的实体零件的紫外光层面轮廓透过树脂槽(5)的底面成像在工作平台(4)的下端面与树脂槽(5)的底面间的树脂液体上，树脂液体曝光固化后得到具有相应层面轮廓的固化层； 3)经过步骤2)后，关闭紫外光数字投影仪(6)的光源，然后将与树脂槽(5)的底面接触的固化层从树脂槽的底面一侧分离，分离后将工作平台(4)上升一个层面的高度，使树脂液体注入固化层的下端面与树脂槽的底面之间，然后按照顺序更换实体零件下一个层面的轮廓图片，然后打开紫外光数字投影仪(6)的光源，进行下一层面的曝光固化，反复进行操作直至完成整个实体零件的固化成型。
全文摘要
本发明提供一种平面光固化快速成型装置及方法包括紫外光数字投影仪，所述树脂槽的底面采用透射紫外光的玻璃制成，工作平台的下端面与树脂槽的底面之间留有用于填充树脂液体的间隙，向树脂槽与工作台面之间的间隙注入树脂液体，将采用数字投影方法生成的实体零件的紫外光层面轮廓通过树脂槽的底板成像在树脂液体上，得到具有相应层面轮廓的固化层，将工作平台上升一个层面的高度，然后将树脂液体注入固化层的下端面与树脂槽的间隙中，进行下一层的曝光固化，解决了固化成型后的翘曲变形问题，成型精度高、速度快，工艺简单，成本较低。
文档编号B29C67/00GK103203875SQ20131004572
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者乐光, 王战勤, 同治强, 王立军, 程永丽, 王永信 申请人:陕西恒通智能机器有限公司