[发明专利]光固化快速原型制造用树脂涂层装置及快速原型制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及光固化快速原型制造用树脂涂层装置及快速原型制造方法，属于快速原型制造技术领域。

背景技术

快速原型制造技术是一种基于离散堆积原理的累加式成型技术。它借助计算机、激光、精密传动和数控等现代手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，根据在计算机上构造的三维模型，能在很短时间内直接制造产品模型或样品。

光固化快速原型制造工艺以光敏树脂为原料，将计算机上设计的零件三维模型，表面三角化处理，存储成STL文件格式，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成扫描凝固路径，通过计算机控制紫外激光使其逐层凝固成型。当一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再涂覆上一层新的液态光敏树脂，刮刀将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行新一层的涂层的扫描凝固工作，如此重复，直至整个制件制造完毕。

目前的树脂涂层方法有两种，一种为负压吸附式涂层方法。该方法进行涂层的过程为：当一层二维轮廓固化完毕后，工作台下降一个层厚的距离，再采用负压吸附式涂层机构，实现在已固化层上表面涂覆新液态光敏树脂。该方法由于刮刀刀口与树脂液面之间有一定间隙，工件下沉时由于树脂粘滞不易流动而引起的凹陷或是刮刀快速运行等原因极容易使刮刀空腔失去负压而影响工件已固化层上表面新液态光敏树脂涂覆的均匀性，最终影响工件质量导致制件失败。特别是制作截面面积较大的工件时，因为负压吸附式涂层机构中的树脂量以及装置移动时在已固化层上表面涂覆的树脂量很难准确控制，容易使已固化层表面缺少树脂或难以保证其层厚精度致使涂层过程失败。另一种为浸没式涂层方法。该方法存在工作平台运动过程耗时较多，辅助工作时间较长，致使制作效率低等不足。

为解决上述不足，在中国专利号为2004100732595、公开日为2005年4月6日，名称为“一种用于光固化快速成型工艺的树脂涂层装置”设计出了活塞式工作台的树脂涂层制作。该装置包括储存槽以及与储存槽相连通的通过计算机进行控制的蠕动泵，蠕动泵通过管路与分点布置的喷头相连通，在分点布置的喷头正下方还设有缸体以及与缸体紧密配合的通过计算机控制的活塞，活塞的上表面与缸体的内圆柱面形成的空间作为容纳树脂的树脂槽，在活塞的上端与缸体的开口在同一水平面的位置还设有刮板以及与刮板相连接的换能器和由计算机控制的超声波发生器。在制作过程中，当一层树脂固化完成后，在计算机的控制下，活塞下移一层厚的距离，蠕动泵在计算机的控制下从储存槽中抽取定量的树脂并经喷头喷到树脂槽内，树脂喷好后，计算机控制超声波发生器通过换能器将振动传输给刮板，刮板沿水平方向进行刮平动作，完成树脂层的均匀涂覆工作，制件全部制作完成后，活塞上升到缸体的最顶端将制作顶出。

通过该专利文献中的树脂涂层装置进行涂层时存在以下不足：因喷头是固定不动的，必须使喷头上的喷孔的分布区域同活塞的大小相当才能避免树脂的局部过量堆积、使得树脂能够被刮板刮平，从而导致喷头的体积庞大、喷头会干涉制件从缸内取出，不适合于横截面较大的制件的制作；刮板的刮平动作是在完成对整个树脂槽的树脂填充后才进行的，因此在刮平前树脂裸露在光线下的时间较长，受光线中紫外光的影响，会产生固化而导致流动性变差，不利于刮平作业的进行，为此该专利文献中通过设计超声波装置和能量转换器来使刮板在振动中进行刮平动作，以克服树脂流动性差的问题，这样不但使得装置的结构复杂，而且刮板以振动的状态进行刮平动作，树脂层的表面会存在波纹即树脂表面的平整度差，不利于涂层层厚的降低；不能够对缸内没有固化的多余树脂进行回收利用；储液槽为开口设计，其内的树脂长期裸露在外，会导致树脂的流动性下降，不利于涂层厚度的降低；喷头喷树脂的过程同刮板的刮平过程分开进行，生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的活塞式树脂涂层装置的上述不足，提供一种能以简单的结构高效地完成大面积薄层树脂涂层均匀平整地涂设的、树脂利用率高的光固化快速原型制造用树脂涂层装置及快速高质量省材地制造横截面较大的制件的快速原型制造方法。