CN103934940B - 一种应用于光固化快速成型的后处理装置及三维打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于光固化快速成型的后处理装置及三维打印机。该所述应用于光固化快速成型的后处理装置包括驱动固连块（30）旋转的电机（10）、旋转电机支架（20）及容器体（40），所述电机（10）安装在所述旋转电机支架（20）上，所述旋转电机支架（20）与所述容器体（40）配合，所述容器体（40）具有容纳所述固连块（30）的腔体（45）。本发明的应用于光固化快速成型的后处理装置中，通过带动成型完毕的零件旋转，借助离心力将附着在成型完毕的零件的表面上的液态的多余的光敏树脂移除。
Description
技术领域
本发明属于光固化立体造型技术领域。本发明涉及一种应用于光固化快速成型的后处理装置及三维打印机。
背景技术
快速成型是20世纪80年代末期产生和发展起来的一种新型制造技术，是计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、激光、新材料、精密伺服等多项技术的发展和综合。已知的RP(Rapid Prototyping：快速成型)方法包括SLA(StereoLithography Apparatus：立体光固化造型)、LOM(Laminated Object Manufacturing：分层实体制造)、SLS(Selective Laser Sintering：选择性激光烧结)、FDM(Fused DepositionModeling：熔融沉积造型)、3DP(Three Dimension Printing：三维打印)、和SGC(SolidGround Curing：固基光敏液相)。
在以上RP(Rapid Prototyping)方法中，发展较快、应用较广的是SLA。SLA的光固化成型的原理是：光源发出的光线穿过成像部件上的二维图像（透光区域），照射光敏材料，利用流体状态的光敏树脂在光照下发生光聚合反应的特点，使流体状态的光敏树脂固化成型。当一层扫描完成后，通过提升部件将粘结在固连块的底面上的已固化光敏树脂层向上提升一个层厚，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件成型完毕。
然而，通过上述方式成型完毕的零件的表面上会附着液态的多余的光敏树脂。因此，需要一种对成型完毕的零件进行处理的后处理装置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用于光固化快速成型的后处理装置，其通过带动成型完毕的零件旋转，借助离心力将附着在成型完毕的零件的表面上的液态的多余的光敏树脂移除。
本发明通过如下技术方案实现：一种应用于光固化快速成型的后处理装置，所述应用于光固化快速成型的后处理装置包括驱动固连块旋转的电机、旋转电机支架及容器体，所述电机安装在所述旋转电机支架上，所述旋转电机支架与所述容器体配合，所述容器体具有容纳所述固连块的腔体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电机具有动力输出轴和卡块，所述卡块固定在所述动力输出轴的端部，所述固连块具有卡槽，所述电机的动力输出轴穿过所述旋转电机支架，所述卡块与所述卡槽结构匹配。
作为上述技术方案的进一步改进，所述卡块与所述卡槽之间设置有凹凸定位结构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述卡槽由两个T形条形成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述容器体的周壁的内侧设置有透光膜和曝光光源，所述曝光光源位于所述透光膜与所述容器体的周壁之间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述曝光光源的波长范围为250纳米至450纳米。
作为上述技术方案的进一步改进，所述曝光光源为LED灯管、水银灯或紫外线灯。
作为上述技术方案的进一步改进，所述容器体的内周壁上形成有反光膜。
作为上述技术方案的进一步改进，所述应用于光固化快速成型的后处理装置还包括用于回收废料的废料回收部件，所述废料回收部件与所述容器体连通。
本发明还提供一种三维打印机，所述三维打印机包括用于承载光敏树脂的承载体、用于以透光的形式展现二维图像的成像部件、用于发出穿过所述二维图像所对应的区域以使所述光敏树脂发生光聚合反应而固化成型的光源装置、用于逐层提升已固化光敏树脂的提升部件以及后处理装置，所述提升部件包括固连块及驱动所述固连块升降的操作臂，所述后处理装置为上述的应用于光固化快速成型的后处理装置。
实施本发明的有益效果是：本发明的应用于光固化快速成型的后处理装置中，通过电机带动成型完毕的零件在容器体的内部旋转，借助离心力将附着在成型完毕的零件的表面上的液态的多余的光敏树脂移除。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的应用于光固化快速成型的后处理装置的结构分解立体示意图；
图2是图1的应用于光固化快速成型的后处理装置的结构分解正面示意图；
图3是图1的应用于光固化快速成型的后处理装置的旋转电机支架的仰视示意图；
图4是图1的应用于光固化快速成型的后处理装置的固连块的俯视示意图；
图5是图1的应用于光固化快速成型的后处理装置的固连块的仰视示意图；
图6是根据本发明的另一实施方式的应用于光固化快速成型的后处理装置的结构分解立体示意图；
图7是图6的应用于光固化快速成型的后处理装置的容器体的俯视示意图；
图8是根据本发明的一个实施方式的三维打印机的分解构成示意图；
图9是根据本发明的一个实施方式的三维打印机的提升部件的构成示意图；
图10是表示在成像部件上以透光的形式展现二维图形的示意图；
图11是根据本发明的一个实施方式的光固化快速成型装置的光源装置的构成概念图；
图12是根据本发明的其他实施方式的应用于光固化快速成型的后处理装置的容器体的俯视示意图；
图13是根据本发明的其他实施方式的应用于光固化快速成型的后处理装置的容器体与废料回收部件的结构示意图；
图14是根据本发明的其他实施方式的应用于光固化快速成型的后处理装置的容器体与废料回收部件的另一结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
如图8所示，三维打印机1000包括用于承载光敏树脂400的承载体300、用于以透光的形式展现二维图像240的成像部件200以及用于发出穿过所述二维图像240所对应的区域以使所述光敏树脂400发生光聚合反应而固化成型的光源装置100、用于逐层提升已固化光敏树脂400的提升部件500以及后处理装置（应用于光固化快速成型的后处理装置，后面参照图1至图14详细描述）。在本实施例的三维打印机1000的组装状态下，光源装置100、成像部件200以及承载体300在上下方向上依次紧密贴合，结构紧凑。成像部件200位于光源装置100和承载体300之间。光源装置100发出的光线经过成像部件200进入承载体300。
其中，所述成像部件200优选为单色TFT液晶显示屏或彩色TFT（Thin FilmTransistor）液晶显示屏。TFT液晶显示屏具有高速度、高亮度、高对比度的优点。当然，本发明不限于此，所述成像部件200也可以其他种类的液晶显示屏，例如扭转式向列型（TwistedNematic；TN）液晶显示屏、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）液晶显示屏。
所述成像部件200具有成像驱动控制单元220。成像驱动控制单元220对所述成像部件200的各像素进行驱动，展现出所希望的二维图像。二维图像所对应的区域为透明区域。光线可以穿过二维图像所对应的区域。而且，光线不能够穿过二维图像所对应的区域之外的区域。
如图10所示，在需要形成一花瓶形状的层时，成像驱动控制单元220对所述成像部件200的各像素进行驱动，展现出花瓶形状的二维图像240。二维图像240区域为透光状态，而二维图像240区域之外的区域230为不透光状态。光源装置100发出的光线均匀穿过二维图像区域240，使所述光敏树脂400发生光聚合反应而固化成型，形成一花瓶形状的层。
在本实施例中，所述光源装置100由多个发光单元130阵列而成。其中，发光单元130的数量可以依据光固化成型的精细要求而定。光固化成型的精细度与发光单元130的数量成正比例。在本实施例中，发光单元130的数量优选为在100个以上，发光单元130的数量更优选地在1000个以上。
结合图8及图11所示，在本实施例中，所述光源装置100具有框体120。多个发光单元130形成在框体120的各隔间（compartment）131内。虽然在图11中，多个发光单元130排列成5行14列，但实际上多个发光单元130排列的行数可能远大于5，列数可能远大于14。当然，多个发光单元130之间也可以不设置任何遮挡壁，即不设置隔间131。
在本实施例中，所述光源装置100还包括用于控制所述多个发光单元130的点亮和熄灭的光源控制单元110。光源控制单元110与所述多个发光单元130电性连接。光源控制单元110用于控制多个发光单元130的每一发光单元。由此，可以通过光源控制单元110控制多个发光单元130的每一发光单元，使得仅成像部件200展现的二维图像正下方的发光单元点亮，而二维图像正下方之外的其他发光单元熄灭。这样，可以一方面可以进一步减少杂散光的量，一方面可以节省电力。
在本实施例中，所述多个发光单元130的每一发光单元均包括至少一个发光体(emitter)132及准直器(collimator)134。其中，术语“准直器”应作广义理解，其意指将发散光转变成接近平行的光（即基本上相互平行的均匀光）的任何器件或任何器件组合。
其中，准直器134可以为反射镜或透镜。例如，在准直器134为反射镜的情况下，所述准直器134可以为凹面镜或球面反射镜。而在准直器134为透镜的情况下，所述准直器134可以凸透镜或菲涅耳透镜。但本发明不限于此，准直器134可以是其他适当的光学器件或结构。
如上所述，三维打印机1000包括提升部件500、控制单元600及计算机700。所述提升部件500包括固连块30及驱动所述固连块30升降的操作臂502，固连块30通过连接块504连接在操作臂502上。其中，连接块504的结构可以与旋转电机支架20的结构相同。由此，在计算机700的控制下，操作臂502可以带动固连块30升降、平移、旋转等。其中，在所述承载体300内的流体状态的光敏树脂400固化成型后，提升部件500将已固化成型的部分向上（远离所述光源装置100的方向）提升规定间隙，待新的流体状态的光敏树脂流入该规定间隙内时，提升部件500使已固化成型的部分下降至规定的位置，然后进行下一层的固化。在本实施例中，控制单元600与成像驱动控制单元220、光源控制单元110以及计算机700连接。由计算机700对光源装置100、成像部件200、提升部件500进行统一控制。当然，本发明不限于此，例如计算机700可以为嵌入式芯片。或者，控制单元600、成像驱动控制单元220和光源控制单元110集成在一块控制芯片上。
本发明的三维打印机进行光固化快速成型的示范性步骤如下：
步骤一：向承载体300内注入流体状态的光敏树脂400；
步骤二：以透光的形式在成像部件200上展现二维图形；
步骤三：点亮面光源形式的光源装置100的发光单元130，使光线经过成像部件200的透光部分照射承载体300中的光敏树脂，使光敏树脂形成一固化层，其中，该固化层粘接在提升部件的所述固连块的底面上；
步骤四：判断是否所有的截面已完成成型，若是则结束，否则进入步骤五；
步骤五：通过提升部件500以规定的层高提升已固化的部分，并重复步骤二、步骤三和步骤四。
步骤五中，在所述承载体300内的流体状态的光敏树脂400固化成型后，提升部件500可以将已固化成型的部分向上（远离所述光源装置的方向）提升规定间隙，待新的流体状态的光敏树脂流入该规定间隙内时，提升部件500使已固化成型的部分下降至规定的位置，然后进行下一层的固化，如此重复直到整个零件成型完毕。
针对这样成型完毕的零件的表面上会附着液态的多余的光敏树脂，本发明的发明人锐意研制出一种应用于光固化快速成型的后处理装置。
如图1所示，该应用于光固化快速成型的后处理装置包括驱动固连块30旋转的电机10、旋转电机支架20及容器体40。所述电机10安装在所述旋转电机支架20上。所述旋转电机支架20设置在所述容器体40的开口41上。在这种情况下，旋转电机支架20兼作所述容器体40的盖子。而且，所述容器体40具有容纳所述固连块30的腔体45。
在本发明的一个实施例中，所述容器体40是刚性的金属桶体。在另一个实施例中，所述容器体40是由柔性膜形成的容器体。
所述电机10与所述固连块30连接以带动所述固连块30及粘结在所述固连块30的底面上的成型完毕的零件高速旋转。在本实施例中，所述旋转电机支架20封盖在所述容器体40的开口41上。所述固连块30位于所述容器体40的腔体45内。其中，固连块30的外形为矩形，但其对角线长度小于容器体40的内径，可以在腔体45内旋转，如图2所示。
在本实施例中，容器体40的上端开放，形成安装所述旋转电机支架20的开口41。在本发明的另一实施例中，容器体40的下端开放，形成安装所述旋转电机支架20的开口。在本发明的再一实施例中，容器体40的侧壁上形成所述开口，所述开口用以安装所述旋转电机支架20。
所述旋转电机支架20与所述容器体40配合，即，旋转电机支架20可以配合安装在所述容器体40上。具体而言，旋转电机支架20可以配合安装在所述容器体40的顶部开口、底部开口或侧部开口上。
本发明的应用于光固化快速成型的后处理装置，通过电机带动成型完毕的零件旋转，借助离心力将附着在成型完毕的零件的表面上的液态的多余的光敏树脂移除。
在本发明的其他实施例中，从零件表面移除的多余的光敏树脂可以从容器体40的底部导出而回收再利用。如图14所示，所述应用于光固化快速成型的后处理装置还包括用于回收废液的废料回收部件90。其中，废料回收部件90通过连通管92与所述容器体40连通。这样，甩离零件的废液经连通管92流入废料回收部件90内，由此可以对废液进行回收再利用。
所述电机10安装在所述旋转电机支架20上。所述电机10具有动力输出轴11和卡块12。所述卡块12固定在所述动力输出轴11的端部。所述固连块30具有卡槽32。本实施例中，电机10的本体位于旋转电机支架20的上方；所述电机10的动力输出轴11从上至下纵向穿过所述旋转电机支架20。所述卡块12与所述卡槽32结构匹配。
在图示实施例中, 所述电机10的动力输出轴11从上至下穿过所述旋转电机支架20，但是所述电机10的动力输出轴11也可能是从下至上、从左至右、或者从右至左穿过所述旋转电机支架20。依据旋转电机支架20的安装位置，所述电机10的动力输出轴11可能横向或纵向穿过所述旋转电机支架20。
例如，在旋转电机支架20设置在容器体40的底部时，所述电机10的动力输出轴11从下至上穿过所述旋转电机支架20。例如，在旋转电机支架20设置在容器体40的侧部上时，所述电机10的动力输出轴11左右横向穿过所述旋转电机支架20。
其中，如图1、图2及图4所示，所述卡槽32由两个T形条33形成。而且，所述卡块12与所述卡槽32之间设置有凹凸定位结构。如图1至4所示，该凹凸定位结构包括受弹簧顶推的滚珠16和与滚珠16配合的通孔36、受弹簧顶推的滚珠34和与滚珠34配合的盲孔14。
在步骤五中整个零件成型完毕后，可以手动或机动将三维打印机1000的提升部件500的操作臂502上的固连块30从操作臂502移除，并将固连块30安装在旋转电机支架20的卡块12上，即：使所述卡块12与所述卡槽32插接配合。然后，启动电机10，带动成型完毕的零件旋转，借助离心力将附着在成型完毕的零件的表面上的液态的多余的光敏树脂移除。
如图7所示，在另一实施例中，所述容器体40的周壁的内侧设置有透光膜60和曝光光源50。为清楚显示曝光光源50，在图6中省略显示透光膜60。所述曝光光源50位于所述透光膜60与所述容器体40的周壁之间。其中，透光膜60为透明且不沾光敏树脂的膜或片。另外，所述容器体40的底壁上也可以设置透光膜60。透光膜60可以防止在离心力的作用下飞出零件表面的光敏树脂固化在曝光光源50上，保持曝光光源50清洁。
所述曝光光源50的波长范围为250纳米至450纳米。在该波长范围下，可以使残留在零件表面上的光敏树脂在高速旋转的状态下固化，使得零件表面非常光滑，零件更加美观。
在具体实施例中，所述曝光光源50为LED灯管，且LED灯管的光线的波长为380纳米、385纳米或450纳米。相应地，如图3所示，旋转电机支架20的底面上设置有圆形凸起22。三个圆形凸起22分别于3个LED灯管的外壳端部对齐，由此，可以对旋转电机支架20进行定位和固定。
或者，所述曝光光源50为水银灯或紫外线灯，水银灯或紫外线灯的光线的波长为254纳米或365纳米。此外，所述曝光光源50也可以为LED灯管、水银灯或紫外线灯三者中至少两者的组合。
根据图6及图7所示的实施例，通过电机带动成型完毕的零件旋转，同时通过曝光光源对残留在零件表面的液态树脂进行曝光固化，使得零件表面非常光滑，零件更加美观。
如图12所示，在该图示实施例中，所述容器体40的周壁的内侧设置有反光膜70、曝光光源50、透光膜60。其中，反光膜70例如为涂覆在容器体40的内周壁上的反光层。利用反光膜70，可以将曝光光源50发出的光线反射至容器体40的中央，加快残留在零件表面的液态树脂的曝光固化。由此，通过在容器体40的周壁上形成反光膜70，可以提升曝光效果。
另外，在容器体40为金属制的容器体时，可以通过将容器体40的内壁表面形成为光滑反光表面，而无需设置反光膜。
如图13所示，所述应用于光固化快速成型的后处理装置还包括用于回收废料的废料回收部件80。其中，废料回收部件80为设置在所述容器体40内部底侧的抽屉结构。所述废料回收部件80与所述容器体40连通。该废料回收部件80具有抽拉把手82。通过抽拉把手82，可以将废料回收部件80从容器体40拉出。这样，在曝光光源50的作用下，脱离零件且固化的残渣在重力的作用下掉落在废料回收部件80内，可以对固化的残渣进行回收再利用。
本发明的三维打印机可以适用于加工各种材料的二维或三维结构。而且，本发明的三维打印机的光路部分仅由成像部件和光源装置组成，位置关系简单，结构简洁，部件数量少，降低了三维打印机的体积和成本。另外，本发明的三维打印机采用的成像部件相对于激光振镜或投影仪而言，制作成本低、使用材料少。
另外，在本发明的描述中，术语“面光源”是指发出的光线相互平行或接近平行的光源。在一个实施例中，“面光源”是指由多个发光单元均匀分布在一个平面上而构成的发光体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述应用于光固化快速成型的后处理装置包括驱动固连块(30)旋转的电机(10)、旋转电机支架(20)及容器体(40)，所述电机(10)安装在所述旋转电机支架(20)上，所述旋转电机支架(20)与所述容器体(40)配合，所述旋转电机支架(20)设置在所述容器体(40)的开口(41)上，所述容器体(40)具有容纳所述固连块(30)的腔体(45)，所述容器体(40)的周壁的内侧设置有透光膜(60)和曝光光源(50)，所述曝光光源(50)位于所述透光膜(60)与所述容器体(40)的周壁之间。
2.根据权利要求1所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述电机(10)具有动力输出轴(11)和卡块(12)，所述卡块(12)固定在所述动力输出轴(11)的端部，所述固连块(30)具有卡槽(32)，所述电机(10)的动力输出轴(11)穿过所述旋转电机支架(20)，所述卡块(12)与所述卡槽(32)结构匹配。
3.根据权利要求2所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述卡块(12)与所述卡槽(32)之间设置有凹凸定位结构。
4.根据权利要求2所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述卡槽(32)由两个T形条(33)形成。
5.根据权利要求1所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述曝光光源(50)的波长范围为250纳米至450纳米。
6.根据权利要求1所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述曝光光源(50)为LED灯管、水银灯或紫外线灯。
7.根据权利要求1所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述容器体(40)的内周壁上形成有反光膜(70)。
8.根据权利要求1所述的应用于光固化快速成型的后处理装置，其特征在于，所述应用于光固化快速成型的后处理装置还包括用于回收废料的废料回收部件，所述废料回收部件与所述容器体(40)连通。
9.一种三维打印机(1000)，所述三维打印机(1000)包括用于承载光敏树脂(400)的承载体(300)、用于以透光的形式展现二维图像(240)的成像部件(200)、用于发出穿过所述二维图像(240)所对应的区域以使所述光敏树脂(400)发生光聚合反应而固化成型的光源装置(100)、用于逐层提升已固化光敏树脂(400)的提升部件(500)以及后处理装置，所述后处理装置为权利要求1至8任一项所述的应用于光固化快速成型的后处理装置。
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