一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备及成型方法

1.本发明属于光固化3d打印领域，具体涉及一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备及成型方法。


背景技术：

2.3d打印技术利用计算机输入模型分层截面数据，借助于计算机进行分层处理，然后3d打印设备进行成型加工，将材料成型成设计要求的一层二维图案形状，如此依次逐层堆积，最后形成物理原型实体。光固化成型方式是现在3d打印的主流成型方式之一。光固化技术利用特定波长与强度的紫外激光由点到线再到面的照射液态光敏树脂，光敏树脂发生光聚合反应而固化，形成制件的一个截面薄层，然后进行堆叠、固化直至整个制件成型。光固化成型制造可以制造高表面质量和高尺寸精度的三维多孔结构。但是常规的光固化成型设备通常只有一个料槽，一个料槽中只盛有一种树脂材料，难以实现多材料或者多色彩打印，同时现有的为数不多的多材料打印设备的料槽切换、清洗、干燥的效率低下，结构复杂，体积较大且难以解决成型过程中制件和树脂平整机构的材料污染和清洗问题；为解决上述问题，目前急需一种能提高光固化3d打印效率的设备及方法。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种具有多个工位的转盘式光固化3d打印设备，可以实现打印、清洗和干燥三个工位的切换，以解决相应机构的材料污染和清洗问题，并提高3d打印效率，同时还提供了该转盘式光固化3d打印设备的成型方法。
4.本发明一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备，包括底部支撑框架、打印板升降机构、刮刀平整机构和多工位转盘机构；所述的底部支撑框架上固定有桌板。
5.所述的打印板升降机构包括固定板一、滑轨一、丝杠一、电机一、轴承座一和打印板；所述固定板一竖直固定在桌板的上表面；所述的滑轨一固定在固定板一上，且垂直于桌板布置；所述电机一通过l型连接板固定在桌板的下表面；所述电机一的输出轴通过联轴器一与丝杠一固定连接；所述丝杠一穿过桌板上开设的通孔，并平行于滑轨一布置；所述固定板一的上端和下端均固定有轴承座一；所述的丝杠一与两个轴承座一均构成转动副；所述的滑块一与滑轨一构成滑动副；所述的丝杠螺母一与丝杠一构成螺旋副；所述的丝杠螺母一与滑块一固定连接；所述的连接件一固定在丝杠螺母一上；所述打印板固定在连接件一的底端。
6.所述的刮刀平整机构包括电机二、刮刀、电机三和固定板二；所述固定板二固定在桌板的上表面；所述的滑轨二固定在固定板二上，且垂直于桌板布置；所述电机二固定在固定板二的顶端；所述电机二的输出轴通过联轴器二与丝杠二固定连接；所述的滑块二与滑轨二构成滑动副；所述的丝杠螺母二与丝杠二构成螺旋副；所述的丝杠螺母二与滑块二固定连接；所述的连接件二固定在丝杠螺母二上；所述电机三固定在连接件二上开设的安装槽内；所述电机三的输出轴与刮刀固定连接。
7.所述的多工位转盘机构包括转盘、酒精清洗槽一、酒精清洗槽二、树脂槽一、树脂槽二、风干槽、投影光机、反射镜和电机四；所述的电机四固定在桌板底面上；所述电机四的输出轴穿过桌板上开设的通孔；所述转盘固定在电机四的输出轴上；所述的树脂槽一、酒精清洗槽一、酒精清洗槽二、风干槽和树脂槽二按顺序沿转盘周向均布布置在转盘上表面；所述的电机五竖直固定在风干槽内底部；所述风扇固定在电机五的输出轴上；所述投影光机与反射镜均固定在底部支撑框架的底部；所述的反射镜位于打印板升降机构中打印板正下方，且位于投影光机光出口的正前方。
8.优选地，所述打印板的非加工面与连接件一的底端均固定有磁铁；打印板与连接件一通过磁力吸附相互连接。
9.优选地，所述位移传感器一固定在连接件一的侧壁上。
10.优选地，所述位移传感器二固定在丝杠螺母二的侧壁上。
11.优选地，所述的转盘与桌板之间存在间隙。
12.优选地，所述的固定板一和固定板二均通过加强筋与桌板固定连接。
13.优选地，所述的电机四通过电机固定座固定在桌板底面上。
14.一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备进行光固化3d打印的方法，具体如下：
15.步骤一、电机四正转，将装有树脂材料一的树脂槽一旋转至打印板的正下方后，电机四停止；此时，电机一启动，带动打印板缓慢竖直向下运动，直至打印板浸入在树脂槽一中的树脂材料一中后，电机一停止；接着，启动投影光机，投影光机发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜将光路反射到打印板上；此时，树脂材料一发生光聚合反应，固化在打印板的表面，形成与预设形状相同的固化物；经过预设时间后，投影光机停止发光；然后，电机一启动，带动打印板竖直向上运动，并脱离树脂槽一；
16.步骤二、电机四正转，带动转盘旋转，直至酒精清洗槽一旋转至打印板的正下方后，电机四停止；此时，电机一启动，带动打印板竖直向下运动，直至打印板浸入在酒精清洗槽一中的酒精中后，电机一停止；经过预设时间后，电机一再次启动，带动打印板竖直向上运动直至初始位置，完成第一次清洗；
17.步骤三、电机四正转，带动转盘旋转，直至酒精清洗槽二旋转至打印板的正下方后，电机四停止；此时，电机一启动，带动打印板竖直向下运动，直至打印板浸入在酒精清洗槽二中的酒精中后，电机一停止；经过预设时间后，电机一启动，带动打印板竖直向上运动直至初始位置，完成第二次清洗；
18.步骤四、电机四正转，带动转盘旋转，直至风干槽旋转至打印板的正下方后，电机四停止；此时，电机一启动，带动打印板竖直向下运动，使打印板的下表面靠近风干槽中的风扇；然后，风干槽中的电机五启动，带动风扇旋转；经过预设时间后，电机五停止；然后，电机一启动，带动打印板竖直向上运动直至初始位置；
19.步骤五、电机四正转，带动转盘旋转，直至装有树脂材料二的树脂槽二旋转至打印板的正下方，同时，树脂槽一旋转至刮刀的正下方后，电机四停止；接着，电机一启动，带动打印板竖直向下运动直至浸入在树脂槽二中的树脂材料二中后，电机一停止；启动投影光机，投影光机发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜将光路反射到打印板上，树脂材料二在打印板上按预设形状固化；同时电机二启动，带动刮刀向下竖直运动，直至刮刀的刀刃达到预定高度后，电机二停止；电机三启动，带动刮刀旋转；刮刀将树脂槽一表面的树
脂材料一刮至平整后，电机三停止；然后，电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀向上运动，直至回到各自的初始位置；
20.步骤六、电机四正转，带动转盘旋转，直至酒精清洗槽一和酒精清洗槽二分别旋转至打印板和刮刀的正下方后，电机四停止；电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向下运动，直至打印板浸入在酒精清洗槽一的酒精中，刮刀浸没在酒精清洗槽二的酒精中；经过预设时间后，打印板和刮刀清洗完毕；然后，电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向上运动直至初始位置；
21.步骤七、电机四正转，带动转盘旋转，直至酒精清洗槽二和风干槽分别旋转至打印板和刮刀的正下方后，电机四停止；电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向下运动，直至打印板浸入在酒精清洗槽二的酒精中，刮刀的刀刃靠近风扇后，电机一和电机二停止；风干槽中的电机五启动，带动风扇旋转，将刮刀吹干；经过预设时间后，电机五停止；电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向上运动直至初始位置；
22.步骤八、电机四正转，带动转盘旋转，直至风干槽和树脂槽二分别旋转至打印板和刮刀的正下方后，电机四停止；电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向下运动，直至打印板底面靠近风扇后电机一停止，且刮刀的刀刃达到预定高度后电机二停止；此时，风干槽中的电机五启动，带动风扇旋转，将打印板吹干；同时，电机三启动，带动刮刀旋转，刮刀将树脂槽二的树脂材料二刮至平整后，电机三停止；然后，电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀向上运动，直至回到各自的初始位置；
23.步骤九、电机四反转，带动转盘旋转，直至装有树脂材料一的树脂槽一和酒精清洗槽一分别旋转至打印板和刮刀的正下方后，电机四停止；电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向下运动，直至打印板浸入在树脂槽一的树脂材料一中，且刮刀浸没在酒精清洗槽一的酒精中；接着，启动投影光机，投影光机发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜将光路反射到打印板上；此时，树脂材料一发生光聚合反应，固化在打印板的表面，形成与预设形状相同的固化物；经过预设时间后，投影光机停止发光，电机一和电机二启动，带动打印板和刮刀竖直向上运动直至初始位置；
24.步骤十、重复步骤二至步骤九，完成第二轮打印；其中，重复步骤三过程中，打印板竖直向下运动至浸入在酒精清洗槽二的酒精中时，电机二也带动刮刀靠近风扇，风干槽中的电机五启动，带动风扇旋转，将刮刀吹干；经过预设时间后，电机五停止；电机一带动打印板竖直向上运动直至初始位置时，电机二也带动刮刀竖直向上运动直至初始位置；
25.步骤十一、根据设置的打印轮次，重复步骤十对应轮次的次数。
26.本发明具有的有益效果是：
27.本发明通过多工位转盘机构对3d打印过程中的各个工位进行了整合，仅通过旋转多工位转盘机构中的转盘就能实现不同工作状态的切换，具有结构简单、效率高的优点；可以在多工位转盘机构中根据实际需要设置多个树脂槽；通过刮刀平整机构对已使用过的树脂材料表面进行平整，避免在下一次打印时出现问题；通过在多工位转盘机构中设置多个酒精清洗槽，实现对打印板和刮刀的清洁；通过在多工位转盘机构中设置风干槽，实现对清洗结束后的打印板和刮刀进行风干，提高工作效率；本发明能同时实现3d打印、清洁和风干三个工况的切换，解决了材料污染和部件清洁的问题，提高了打印设备的工作效率。
附图说明
28.图1为本发明的结构立体图；
29.图2为本发明中打印板升降机构的结构立体图；
30.图3为本发明中刮刀平整机构的结构立体图；
31.图4为本发明中多工位转盘机构的结构立体图；
32.图5为本发明的侧视图；
33.图6为本发明的俯视图；
34.图7为本发明中转盘、投影光机、反射镜和电机四的装配关系示意图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明作进一步说明。
36.本发明一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备，如图1所示，包括底部支撑框架、打印板升降机构1、刮刀平整机构2和多工位转盘机构3；底部支撑框架上固定有桌板。
37.如图2所示，打印板升降机构1包括固定板一101、滑轨一102、丝杠一、电机一107、轴承座一103和打印板105；固定板一101竖直固定在桌板的上表面；滑轨一102固定在固定板一101上，且垂直于桌板布置；电机一107通过l型连接板固定在桌板的下表面；电机一107的输出轴通过联轴器一与丝杠一固定连接；丝杠一穿过桌板上开设的通孔，并平行于滑轨一102布置；固定板一101的上端和下端均固定有轴承座一103；丝杠一与两个轴承座一103均构成转动副；滑块一与滑轨一102构成滑动副；丝杠螺母一与丝杠一构成螺旋副；丝杠螺母一与滑块一固定连接；连接件一106固定在丝杠螺母一上；打印板105固定在连接件一106的底端。
38.如图3所示，刮刀平整机构2包括电机二204、刮刀203、电机三202和固定板二205；固定板二205固定在桌板的上表面；滑轨二固定在固定板二205上，且垂直于桌板布置；电机二204固定在固定板二205的顶端；电机二204的输出轴通过联轴器二与丝杠二固定连接；滑块二与滑轨二构成滑动副；丝杠螺母二与丝杠二构成螺旋副；丝杠螺母二与滑块二固定连接；连接件二201固定在丝杠螺母二上；电机三202固定在连接件二201上开设的安装槽内；电机三202的输出轴与刮刀203固定连接。
39.如图4、图5、图6和图7所示，多工位转盘机构3包括转盘301、酒精清洗槽一302、酒精清洗槽二303、树脂槽一305、树脂槽二306、风干槽307、投影光机308、反射镜304和电机四309；电机四309固定在桌板底面上；电机四309的输出轴穿过桌板上开设的通孔；转盘301固定在电机四309的输出轴上；树脂槽一305、酒精清洗槽一302、酒精清洗槽二303、风干槽307和树脂槽二306按顺序沿转盘301周向均布布置在转盘301上表面；电机五竖直固定在风干槽307内底部；风扇固定在电机五的输出轴上；投影光机308与反射镜304均固定在底部支撑框架的底部；反射镜304位于打印板升降机构1中打印板105正下方，且位于投影光机308光出口的正前方，使得投影光机308发射出的光线经反射镜304反射后垂直于打印板105。
40.作为一个优选实施例，打印板105的非加工面与连接件一106的底端均固定有磁铁；打印板105与连接件一106通过磁力吸附相互连接；磁力吸附方式便于打印板105的拆卸与安装。
41.作为一个优选实施例，位移传感器一104固定在连接件一106的侧壁上；位移传感
器一104能实时检测打印板105与桌板间的距离。
42.作为一个优选实施例，位移传感器二206固定在丝杠螺母二的侧壁上；位移传感器二206能实时检测刮刀203与桌板间的距离。
43.作为一个优选实施例，转盘301与桌板之间存在间隙，防止转盘301与桌板间发生摩擦。
44.作为一个优选实施例，固定板一101和固定板二205均通过加强筋与桌板固定连接；加强筋能提高固定板一101与固定板二205的稳定性。
45.作为一个优选实施例，电机四309通过电机固定座固定在桌板底面上；电机固定座能提高电机的稳定性。
46.电机一107、电机二204、电机三202、电机四309、电机五、投影光机308、位移传感器一104和位移传感器二206均与控制器连接；电机一107、电机二204、电机三202、电机四309、电机五和投影光机308受控制器控制。
47.在上述各项实施例均具备的情况下，本发明一种多工位可清洗转盘式光固化成型设备进行光固化3d打印的方法，具体如下：
48.步骤一、电机四309正转(沿酒精清洗槽一302转向树脂槽一305的方向)，将装有树脂材料一的树脂槽一305旋转至打印板105的正下方后(此时酒精清洗槽一302位于刮刀203的正下方)，电机四309停止；此时，电机一107启动，带动打印板105缓慢竖直向下运动，直至打印板105浸入在树脂槽一305中的树脂材料一中后，电机一107停止；接着，启动投影光机308，投影光机308发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜304将光路反射到打印板105上；此时，树脂材料一发生光聚合反应，固化在打印板105的表面，形成与预设形状相同的固化物；经过预设时间后，投影光机308停止发光；然后，电机一107启动，带动打印板105竖直向上运动，并脱离树脂槽一305；
49.步骤二、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至酒精清洗槽一302旋转至打印板105的正下方后(此时酒精清洗槽二303位于刮刀203的正下方)，电机四309停止；此时，电机一107启动，带动打印板105竖直向下运动，直至打印板105浸入在酒精清洗槽一302中的酒精中后，电机一107停止；经过预设时间后，电机一107再次启动，带动打印板105竖直向上运动直至初始位置，完成第一次清洗；
50.步骤三、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至酒精清洗槽二303旋转至打印板105的正下方后(此时风干槽307位于刮刀203的正下方)，电机四309停止；此时，电机一107启动，带动打印板105竖直向下运动，直至打印板105浸入在酒精清洗槽二303中的酒精中后，电机一107停止；经过预设时间后，电机一107启动，带动打印板105竖直向上运动直至初始位置，完成第二次清洗；经过两次清洗，酒精能将打印板105上残留的未固化的树脂材料一溶解，保证了打印板105的清洁度；
51.步骤四、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至风干槽307旋转至打印板105的正下方后(此时树脂槽二306位于刮刀203的正下方)，电机四309停止；此时，电机一107启动，带动打印板105竖直向下运动，使打印板105的下表面靠近风干槽307中的风扇；然后，风干槽307中的电机五启动，带动风扇旋转；经过预设时间后，电机五停止；然后，电机一107启动，带动打印板105竖直向上运动直至初始位置；风扇风干使得打印板105上的固化物更加稳定、坚固；
52.步骤五、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至装有树脂材料二的树脂槽二306旋转至打印板105的正下方，同时，树脂槽一305旋转至刮刀203的正下方后，电机四309停止；接着，电机一107启动，带动打印板105竖直向下运动直至浸入在树脂槽二306中的树脂材料二中后，电机一107停止；启动投影光机308，投影光机308发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜304将光路反射到打印板105上，树脂材料二在打印板105上按预设形状固化；同时电机二204启动，带动刮刀203向下竖直运动，直至刮刀的刀刃达到预定高度后，电机二204停止；电机三202启动，带动刮刀203旋转；刮刀203将树脂槽一305表面的树脂材料一刮至平整后，电机三202停止；然后，电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203向上运动，直至回到各自的初始位置；
53.步骤六、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至酒精清洗槽一302和酒精清洗槽二303分别旋转至打印板105和刮刀203的正下方后，电机四309停止；电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向下运动，直至打印板105浸入在酒精清洗槽一302的酒精中，刮刀203浸没在酒精清洗槽二303的酒精中；经过预设时间后，打印板105和刮刀203清洗完毕；然后，电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向上运动直至初始位置；
54.步骤七、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至酒精清洗槽二303和风干槽307分别旋转至打印板105和刮刀203的正下方后，电机四309停止；电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向下运动，直至打印板105浸入在酒精清洗槽二303的酒精中，刮刀203的刀刃靠近风扇后，电机一107和电机二204停止；风干槽307中的电机五启动，带动风扇旋转，将刮刀203吹干；经过预设时间后，电机五停止；电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向上运动直至初始位置；
55.步骤八、电机四309正转，带动转盘301旋转，直至风干槽307和树脂槽二分别旋转至打印板105和刮刀203的正下方后，电机四309停止；电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向下运动，直至打印板105底面靠近风扇后电机一107停止，且刮刀的刀刃达到预定高度后电机二204停止；此时，风干槽307中的电机五启动，带动风扇旋转，将打印板105吹干；同时，电机三202启动，带动刮刀203旋转，刮刀203将树脂槽二306的树脂材料二刮至平整后，电机三202停止；然后，电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203向上运动，直至回到各自的初始位置；
56.步骤九、电机四309反转(可避免刮刀203上的树脂材料二滴入树脂槽一305中)，带动转盘301旋转，直至装有树脂材料一的树脂槽一305和酒精清洗槽一302分别旋转至打印板105和刮刀203的正下方后，电机四309停止；电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向下运动，直至打印板105浸入在树脂槽一305的树脂材料一中(此时为打印板105的第二轮打印开始)，且刮刀203浸没在酒精清洗槽一302的酒精中；接着，启动投影光机308，投影光机308发出预设大小、形状的紫外线光，并通过反射镜304将光路反射到打印板105上；此时，树脂材料一发生光聚合反应，固化在打印板105的表面，形成与预设形状相同的固化物；经过预设时间后，投影光机308停止发光，电机一107和电机二204启动，带动打印板105和刮刀203竖直向上运动直至初始位置；
57.步骤十、重复步骤二至步骤九，完成第二轮打印；其中，重复步骤三过程中，打印板105竖直向下运动至浸入在酒精清洗槽二303的酒精中时，电机二204也带动刮刀203靠近风
扇，风干槽307中的电机五启动，带动风扇旋转，将刮刀203吹干；经过预设时间后，电机五停止；电机一107带动打印板105竖直向上运动直至初始位置时，电机二204也带动刮刀203竖直向上运动直至初始位置；
58.步骤十一、根据设置的打印轮次，重复步骤十对应轮次的次数。