CN104647758A - 一种基于上曝光sla平台系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于上曝光SLA平台系统及方法属于光固化平台的设计领域。基于激光选区固化(SLA)原理设计一套光固化成型系统，实现低成本，高利用率条件下的高精度光固化成型。该平台具有低成本，高精度以及材料利用率高等特点。平台系统通过增加密封活动隔板来降低树脂的需求量，通过使用浸没在树脂中的硅胶层来保证固化层的平整度，采用圆弧运动方式帮助固化树脂脱离硅胶层，同时配合Z轴运动平台实现高精度的分层控制。

Description

一种基于上曝光SLA平台系统及方法

技术领域

本发明提出一种光固化平台的设计。基于激光选区固化(SLA)原理设计一套光固化成型系统，实现低成本，高利用率条件下的高精度光固化成型。

背景技术

快速成型技术是一种先进制造理念及制造技术,它突破了传统的加工模式,不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件,以累加方法实现模型的快速成型，被认为是制造技术领域的一次重大突破。激光选区固化技术(SLA)是快速成型技术中的一种，利用光敏树脂类材料经特定波长光照射后固化的特点，实现零件模型的快速制造。因SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，可以实现零件的高精度加工。但现有的SLA系统设计复杂，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂且昂贵的设备去调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵；另一方面，在成型过程中，往往需要一个体积很大树脂储池，导致树脂材料利用率很低。昂贵的成本和过重的设备不利于SLA技术的推广及实用化。

发明内容

针对以上内容，提出一种低成本且能提高树脂材料利用率同时保证高精度的激光固化成型制造系统。SLA系统中的平台设计是整体系统的关键。

本发明以一种低成本的方法实现了在同时提升树脂材料利用率和降低系统成本的情况下，使用激光进行高精度选区固化加工的平台设计。设计中以一种低成本的解决方法来保证树脂液面平整度，确保能够实现高精度树脂分层，并且加工过程中所用材料相对较少，成本较低，各个部件可分离清洗更换。

一种基于上曝光SLA平台系统，其特征在于：

激光光源1位于石英玻璃2的上方，，石英玻璃2一端固定连接着调平基板6；

调平基板6通过调平螺丝5连接在储液池的一侧上方；石英玻璃2另一端固定有移动轮16，移动轮16放在在圆弧导轨15上，圆弧导轨15连接在储液池的另一侧上方；

上半部分平台包括石英玻璃2、调平基板6和移动轮，能在水平电机的带动下，使得移动轮在圆弧导轨15上移动，从而使得上半部分平台移动；

基托板固定在Z轴平台上，Z轴平台位于储液池7内，通过电机带动能上下运动；Z轴平台的下方连接有与储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，

储液池通过连通管道14连接到补液箱13。

应用所述系统的方法，其特征在于步骤如下：

激光光束出射穿过平台系统石英玻璃及贴合在玻璃表面的硅胶层，聚焦位置在硅胶层与Z轴方向电机平台托板之间的液体光敏树脂薄层；

硅胶层与托板之间的间隙在系统工作时会充满液体树脂，垂直方向电机使托板平台下降，使已经固化的树脂层与硅胶层之间出现新的间隙，通过控制电机的运动距离改变间隙宽度，达到限制每一层的液体树脂的补充量的目的，实现在曝光过程中的对树脂分层的精确控制；

在平台上部，设置了圆弧导轨以及推动上半部分平台运动的电机模组；在完成一层曝光后，水平方向电机推动上半部分平台一端，平台将沿着圆弧轨道进行运动，同时具有侧向以及竖直方向上的运动，帮助固化树脂脱离硅胶层，在树脂脱离硅胶层后沿着圆弧轨道恢复至调平位置；

系统的储液池中的液体树脂液面要始终高于硅胶涂层的表面，在液体液面下降时，通过补液箱中的液体补充，其中的液体通过计算机控制增压装置从连通管道补充到池中；

在系统的Z轴方向电机平台的下方增加了和储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，通过阻隔液体树脂占据池内空间的方法来降低工作时树脂的需求量；在平台运动时，隔板通过自身变形来消除对平台运动的阻碍；

激光光束出射穿过平台系统石英玻璃及贴合在玻璃表面的硅胶层，聚焦位置在硅胶层与Z轴方向电机平台托板之间的液体光敏树脂薄层；

硅胶层与托板之间的间隙在系统工作时会充满液体树脂，垂直方向电机使托板平台下降，使已经固化的树脂层与硅胶层之间出现新的间隙，通过控制电机的运动距离改变间隙宽度，达到限制每一层的液体树脂的补充量的目的，实现在曝光过程中的对树脂分层的精确控制；

在平台上部，设置了圆弧轨道以及推动上半部分平台运动的电机模组；在完成一层曝光后，水平方向电机推动上半部分平台一端，平台将沿着圆弧轨道进行运动，同时具有侧向以及竖直方向上的运动，帮助固化树脂脱离硅胶层，在树脂脱离硅胶层后沿着圆弧轨道恢复至调平位置；

系统的储液池中的液体树脂液面要始终高于硅胶涂层的表面，在液体液面下降时，通过补液箱中的液体补充，其中的液体通过计算机控制增压装置从连通管道补充到池中；

在系统的Z轴方向电机平台的下方增加了和储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，通过阻隔液体树脂占据池内空间的方法来降低工作时树脂的需求量；在平台运动时，隔板通过自身变形来消除对平台运动的阻碍。

本发明的工作原理：激光光束出射透过石英玻璃板及硅胶涂层并聚焦在基托板的上表面，硅胶层与基托板之间留有一定间隙，间隙宽度通过Z轴方向电机模组进行精确控制，实现高精度分层。在储液池中充满液体树脂时，使液面高于基托板和石英玻璃及硅胶层，保证硅胶层和基托板之间的间隙充满液体树脂。间隙中的树脂经过激光照射后固化，其固化形状，将取决于激光的扫描路径，硅胶层具有很高的平整度可以保证固化层表面的平整度，硅胶层可以帮助分离固化的树脂，固化一层后，电机推动上半部分基板沿着圆弧轨道移动，帮助固化层脱离硅胶层，基托板由电机模组控制下降，其与硅胶层的间隙在变宽后将被树脂自动填充，上半部分平台在延圆弧轨道恢复至水平位置。之后基托板平台上升，其运动距离差产生新的间隙，间隙宽度为分层厚度。另外，Z轴平台下方的活动隔板与储液池的底部密封连接，在填充储液池时可以减少液体的使用量，在Z轴平台的升降过程中，活动隔板通过自身变形保证平台的顺利移动。外侧补液箱与储液池连通，通过加压装置实现树脂材料的再补充，保证储液池中的液体液面高于石英玻璃板。

本发明的特点是：

1.提高了固化用树脂的利用率，使光固化系统所需树脂量降低。

2.利用空间限制实现树脂的高精度分层控制以及稳定的平整度控制。

3.树脂固化后，采用圆弧运动方式帮助固化层与硅胶层脱离。

4.平台装置成本较低，各个部件便于分离，清洁及维护。

5.兼容面曝光的快速成型技术。

附图说明

图1，本发明系统图

图2为成型出的沙发模型

图中：1.激光器，2.石英玻璃，3.硅胶层，4.基托板，5.调平螺丝，6.

调平基板，7.储液池，8.Z轴平台，9.活动隔板，10.基托板固定件，11.

液体树脂，12.待补充液体，13.补液箱，14.连通管道，15.圆弧导轨，

16.移动轮

具体实施方式

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

整体平台装置如上图示意安装，装配时保证Z轴平台与水平面平行，保证运动方向垂直与水平面。在Z轴平台上安放基托板，并用固定件使其与Z轴平台固定在一起。调整激光器聚焦在基托板上表面后，作为平台初始位，然后安装调平基板，放置移动轮至圆弧轨道内，石英玻璃及硅胶层整体部件，通过调平螺丝保证石英玻璃与水平面平行后锁死。让Z轴平台降下1cm后，在储液池和补液箱中灌注液体树脂。保证液面高于石英玻璃。最后使Z轴平台恢复至初始位。此时平台系统装配调节完毕。

分层参数设置为0.1mm。在固化系统开始时，水平方向电机向前(在图1上向右)推动上半部分平台移动30.0mm，之后Z轴电机平台下降10.0mm，水平方向电机后拉30.0mm，使上半部分平台恢复至初始位置，Z轴平台上升9.9mm，此时硅胶层与基托板之间的间隙为0.1mm，接着激光器按照分层图像扫描并固化树脂。之后重复之前运动步骤，即水平电机向前移动30.0mm，Z轴电机下降10.0mm，水平电机后移30.0mm，Z轴电机上升9.9mm，此时新的间隙产生，间隙厚度为0.1mm。重复以上步骤直至模型完全生成。

Claims (2)

1.一种基于上曝光SLA平台系统，其特征在于包括以下部分：

激光光源位于石英玻璃的上方，石英玻璃一端固定连接着调平基板；

调平基板通过调平螺丝连接在储液池的一侧上方；石英玻璃另一端固定有移动轮，移动轮放在在圆弧导轨上，圆弧导轨连接在储液池的另一侧上方；

上半部分平台包括石英玻璃、调平基板和移动轮，能在水平电机的带动下，使得移动轮在圆弧导轨上移动，从而使得上半部分平台移动；

基托板固定在Z轴平台上，Z轴平台位于储液池内，通过电机带动能上下运动；Z轴平台的下方连接有与储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，

储液池通过连通管道连接到补液箱。

2.应用如权利要求1所述系统的方法，其特征在于步骤如下：

激光光束出射穿过平台系统石英玻璃及贴合在玻璃表面的硅胶层，聚焦位置在硅胶层与Z轴方向电机平台托板之间的液体光敏树脂薄层；

硅胶层与托板之间的间隙在系统工作时会充满液体树脂，垂直方向电机使托板平台下降，使已经固化的树脂层与硅胶层之间出现新的间隙，通过控制电机的运动距离改变间隙宽度，达到限制每一层的液体树脂的补充量的目的，实现在曝光过程中的对树脂分层的精确控制；

在平台上部，设置了圆弧导轨以及推动上半部分平台运动的电机模组；在完成一层曝光后，水平方向电机推动上半部分平台一端，平台将沿着圆弧轨道进行运动，同时具有侧向以及竖直方向上的运动，帮助固化树脂脱离硅胶层，在树脂脱离硅胶层后沿着圆弧轨道恢复至调平位置；

系统的储液池中的液体树脂液面要始终高于硅胶涂层的表面，在液体液面下降时，通过补液箱中的液体补充，其中的液体通过计算机控制增压装置从连通管道补充到池中；

在系统的Z轴方向电机平台的下方增加了和储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，通过阻隔液体树脂占据池内空间的方法来降低工作时树脂的需求量；在平台运动时，隔板通过自身变形来消除对平台运动的阻碍；

激光光束出射穿过平台系统石英玻璃及贴合在玻璃表面的硅胶层，聚焦位置在硅胶层与Z轴方向电机平台托板之间的液体光敏树脂薄层；

硅胶层与托板之间的间隙在系统工作时会充满液体树脂，垂直方向电机使托板平台下降，使已经固化的树脂层与硅胶层之间出现新的间隙，通过控制电机的运动距离改变间隙宽度，达到限制每一层的液体树脂的补充量的目的，实现在曝光过程中的对树脂分层的精确控制；

在平台上部，设置了圆弧轨道以及推动上半部分平台运动的电机模组；在完成一层曝光后，水平方向电机推动上半部分平台一端，平台将沿着圆弧轨道进行运动，同时具有侧向以及竖直方向上的运动，帮助固化树脂脱离硅胶层，在树脂脱离硅胶层后沿着圆弧轨道恢复至调平位置；

系统的储液池中的液体树脂液面要始终高于硅胶涂层的表面，在液体液面下降时，通过补液箱中的液体补充，其中的液体通过计算机控制增压装置从连通管道补充到池中；

在系统的Z轴方向电机平台的下方增加了和储液池底相连的具有密封性能活动隔板，隔板的两侧分别为平台的运动轴和液体树脂，通过阻隔液体树脂占据池内空间的方法来降低工作时树脂的需求量；在平台运动时，隔板通过自身变形来消除对平台运动的阻碍。