[實(shí)用新型]一種用于光固化快速成型設(shè)備的樹脂液面控制及涂覆裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720052755.1
• 申請(qǐng)日: 2007-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN201070835Y
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李耀棠;李偉良;趙光華;劉玉鵬;張俊杰;賈啟云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B29C67/00
• 分類號(hào): B29C67/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種用于光固化快速成型設(shè)備，控制光敏樹脂液面高度穩(wěn)定以及在需要成型工件表面形成一層均勻樹脂涂覆層的樹脂液面控制及涂覆裝置。

背景技術(shù)：

快速原型制造技術(shù)又簡(jiǎn)稱快速成形技術(shù)，其核心是基于數(shù)字化的新型成形技術(shù)，它可以自動(dòng)、快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件工件，能有效地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮減產(chǎn)品成本的有力工具。光固化快速成型是以在特定波長(zhǎng)的光輻射下能快速固化的光敏樹脂為材料，根據(jù)工件的CAD三維模型數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制的激光光束掃描或可編程光掩模的投影使光敏樹脂表層固化而形成工件的一個(gè)堆積層。然后，承載工件的工作臺(tái)按工藝的要求沿垂直方向下移至一個(gè)堆積層的距離使已固化的光敏樹脂，即成型工件堆疊層，表面重新涂覆上一層未固化樹脂，重復(fù)前述的光固化步驟使新固化樹脂的堆積層粘結(jié)在前一次固化的堆積層上，這一過程不斷重復(fù)直至整個(gè)工件制造完成為止，用這種方法可以快速制造出任意復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)原型。

顯然，在上述的光固化過程中，維持樹脂液面在同一高度并設(shè)法在已固化的樹脂表面，即需要成型的工件，均勻地涂覆上一層未固化樹脂層并保證其層厚的精度十分非常重要，它直接影響成型工件在垂直方向的尺寸精度，偏差嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工件報(bào)廢。

通常有兩種方法用于光固化快速成型設(shè)備的光敏樹脂液面高度控制。一種是溢流法，它是一種簡(jiǎn)單可行的方法，其原理是通過一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的泵不斷地將附槽中的樹脂補(bǔ)充到主槽中，當(dāng)主槽中樹脂高于溢流口的高度時(shí)多出的樹脂會(huì)溢流回到附槽，此過程不斷的重復(fù)從而維持樹脂液面在某一固定的高度，由溢流口的高度決定。由于受樹脂粘滯性的影響，樹脂溢流時(shí)液面有一高度差，當(dāng)樹脂的粘滯度變化，主要是溫度的影響、泵的流量變化、樹脂補(bǔ)充口和溢流口設(shè)計(jì)不合理等都會(huì)造成樹脂液面高度差變化較大。因此，溢流法多用于對(duì)疊層厚度的精度要求不高的場(chǎng)合。另一種是光學(xué)測(cè)控法，它是一種精度較高的方法。這種方法是利用非敏感波長(zhǎng)的激光束照射樹脂液面，通過CCD成像器件或PSD位置傳感器探測(cè)樹脂液面散射光斑或反射光束的位置而檢測(cè)出樹脂液面的高度，然后再通過計(jì)算機(jī)控制馬達(dá)升舉樹脂槽或調(diào)節(jié)樹脂槽中活塞位置的方式來維持樹脂液面在某一所需的高度。光學(xué)測(cè)控法比較復(fù)雜，且由于不同的樹脂材料對(duì)光的散射和反射差異很大，這種方法對(duì)不同樹脂材料的適用性也受到一定的限制，如對(duì)透明無色的樹脂材料，測(cè)量就比較困難。

常用的在已固化樹脂層表面涂覆一層未固化光敏樹脂的方法是：當(dāng)工件上原涂覆的一層樹脂被固化后，承載工件的工作臺(tái)按工藝的要求沿垂直方向下移某一距離，如要求樹脂的涂覆層厚為0.1mm，則下移0.5mm的距離甚至更大，使工件完全浸沒于樹脂中，然后工作臺(tái)上移0.4mm使工件表面形成一層0.1mm厚的未固化的樹脂層。實(shí)際上，由于光固化樹脂是一種高粘滯性的材料而不易自然流平，僅用此方法無法獲得厚度均勻的樹脂涂覆層，通常還必須輔以能作水平運(yùn)動(dòng)的刮平裝置來加速樹脂的流平，刮平裝置可以是普通的片式刮刀或是帶有負(fù)壓吸附空腔的刮刀。前者在工作時(shí)需要調(diào)整刀口位置與樹脂液面高度完全一致，利用刀口的刃鋒把多余的樹脂刮走并加速樹脂的流平，由于作刮平運(yùn)動(dòng)時(shí)刮刀前后的樹脂存在壓力差和樹脂粘滯力的拖曳作用會(huì)造成樹脂的回流，使樹脂涂覆層的均勻度和層厚精度都受到影響，此外由于樹脂固化時(shí)收縮引起的工件微小翹變、樹脂液面高度控制的誤差及承載工件的工作臺(tái)移動(dòng)的誤差都會(huì)極易使刮刀在運(yùn)動(dòng)時(shí)碰到已固化的樹脂層從而毀壞工件；后者是把刮平裝置做成具有空腔結(jié)構(gòu)的刮刀并調(diào)整刀口位置略高于樹脂液面0.1mm～0.3mm，利用負(fù)壓原理和樹脂表面的張力毛細(xì)現(xiàn)象可使刮刀的空腔內(nèi)存有一定量的樹脂，刮刀運(yùn)動(dòng)時(shí)，刮刀刀口可以把工件上未固化樹脂層的凸出部分刮平而刮刀空腔內(nèi)的樹脂則可以把凹陷部分填平，雖然這種結(jié)構(gòu)的刮刀在運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)與已固化的樹脂層直接接觸，但由于刀口與樹脂液面之間有一間隙，托架升降引起樹脂液面的微小變化，工件下沉?xí)r由于樹脂粘滯不易流動(dòng)而引起的凹陷或是刮刀快速運(yùn)動(dòng)等原因極容易使刮刀的空腔失去負(fù)壓而影響工件上未固化樹脂層涂覆的均勻性，最終影響工件制作的質(zhì)量甚至導(dǎo)致失敗。同時(shí)，上述的工藝過程在工件表面形成未固化樹脂涂覆層時(shí)托架必須作上下的往返運(yùn)動(dòng)，它引起主槽的樹脂液面高度變化很大，需要較長(zhǎng)的時(shí)間等待樹脂自然流平，延長(zhǎng)了工件的制作時(shí)間，降低了工作效率。