[發明專利]面整體光固化快速成型方法及裝置

無效

• 申請號: 200810017933.6
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101554778A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 楊來俠;黃曄礦;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;G05B19/4097
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司
• 代理人: 李中群

技術領域

本發明屬于光固化快速成型技術領域，涉及一種利用LED光源組實現面整體光固化快速成型的方法及裝置。

背景技術

光固化快速成型技術是近年來發展起來的一種先進制造加工技術，迄今已廣泛應用于機械、化工、計算機、生物工程等諸多領域。現有的光固化快速成型方法主要采用的是激光點掃描方式，工作要點是將激光束在加工平面上匯聚成光點，讓光點按一定的掃描路徑進行逐點或逐行掃描，其常用的掃描方式有三種：ACES^TM光固化方式、STARWEAVE^TM光固化方式以及QuickCast^TM光固化方式。他們存在一個共性問題就是加工效率低，成型質量差。

當采用ACES^TM光固化方式時，實體內部的樹脂在激光點掃描作用下可完全固化，實體強度較高。但這種方式只適用與聚合時不發生收縮的環氧樹脂，否則實體在成型時將發生嚴重變形，而且這種固化方式的加工時間是三種現有光固化方式中最長的。

STARWEAVE^TM光固化方式依據了一系列分布在原型內部的柵格為固化的原型提供了較高的尺寸穩定性，但是由于柵格的存在使得實體內部的樹脂無法完全固化，導致實體的強度降低；在后處理固化時，實體內部的未固化樹脂發生聚合反應，實體體積收縮，引起均勻或不均勻變形。

QuickCast^TM方法是先掃描每層的外輪廓，然后沿正方形或等邊三角形路徑在實體中進行掃描填充。該方法同樣存在實體內部樹脂無法完全固化、實體強度差和后處理固化變形大的缺點。

另外，采用激光點掃描光固化快速成型方式由于加工溫度高于室溫，在加工后的熱平衡過程中也會因溫度變化產生應力而導致實體產生變形，影響加工質量。

發明內容

本發明的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，進而提供一種利用LED光源組實現面整體光固化快速成型的方法，同時還提供一種專用于該方法實施的面整體光固化快速成型裝置。采用本發明所述的加工方法及裝置可以顯著地縮短成型的時間并有效地提高光固化成快速成型的加工質量。

為了實現上述目的，本發明采用的成型方法是首先在計算機中繪制三維實體圖形，通過軟件對三維實體進行分層處理，得到實體的各截面層信息，再利用控制電路控制的一組由多只并行設置的LED光源組成的LED光源組，將計算機中實體的截面層信息轉化為對應的光學圖像照射到光敏樹脂加工層上，實現一個加工層的面整體光固化成型；然后在固化好的實體層上再涂敷一層新的液態樹脂并刮平，用上述方式照射該新的光敏樹脂加工層，如此反復至整個實體成型完成。

在前述發明基礎上的一個創新方案是通過LED光源組將計算機中實體的截面層信息轉化為對應的光學圖像后，再通過與LED光源組對應耦合的傳導光纖、聚焦纖維透鏡以及成像透鏡將相應光學圖像逐層照射到光敏樹脂加工層上，實現一個成型面的整體光固化成型，在固化好的樹脂層上涂敷新的液態光敏樹脂之后再重復進行上述步驟，直至整個實體加工完成。

本發明所述的面整體光固化快速成型裝置包括下述組件：

一組由多只并行設置的LED光源組成并由控制電路的相應電信號控制的LED光源組，工作時可通過電信號控制相應的LED的亮或滅，從而將計算機中實體的截面層信息轉化為對應的光信號；

一束由多根傳導光纖組成的光纖束，其中的每根光纖的一端各與LED光源組中對應的一只LED光源耦合封裝聯接，用于傳遞光信號；

一組由多個聚焦纖維透鏡組成的聚焦纖維透鏡組，其中的每個聚焦纖維透鏡各與光纖束中的一根對應的傳導光纖的另一端耦合聯接，傳導光纖中的光線經過聚焦纖維透鏡后變成近似平行光輸出；

一副成像透鏡，用于將聚焦纖維透鏡組發出的近似平行光圖像信號作適當調整后照射到光敏樹脂加工層上。

與現有的激光掃描光固化成型方法相比，本發明具有成型加工效率高、成型質量好、設備結構簡單、成本低、壽命長、操作方便、對光敏樹脂材料性能要求低、便于普及應用等優點。由于在采用本發明所述光固化方法及裝置加工過程中，實體內部不存在未固化樹脂或未固化樹脂存在很少，因而實體強度增加，后處理固化變形小，加工質量得到改善；兼之加工層面整體光固化成型，使加工效率大大提高；另外因為采用的是冷光源進行加工，加工溫度接近于室溫，因而加工后成型件實體的冷卻變形小。總之，本發明方案的實施在光固化快速成型的加工效率、經濟性、生態性、能源節約方面都有所突破。

附圖說明

圖1為本發明所述裝置的工作原理結構的示意圖。