CN105014960A - 光固化快速成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光固化快速成型装置，其包括工作台、激光系统模块、激光扫描模块、电机运动模块、人机界面模块和控制模块，所述工作台中具有用于盛放用于快速成型的光敏树脂的容器槽，所述容器槽具有多个独立的槽，分别用于盛放不同类型的光敏树脂。本发明可以实现多种材料同时打印，从而对支撑件可以专门采用易溶材料成型，便于支撑件的拆除，减少支撑件拆除时对工件的影响。

Description

光固化快速成型装置

技术领域

本发明涉及快速成型技术，尤其涉及光固化快速成型装置。

背景技术

快速成型技术是20世纪80年代末发展起来的一种先进制造理念和制造技术，它突破了传统的加工模式，摆脱了普通机械加工设备的束缚，可以快速地制造形状复杂的零件。光固化快速成型是一种典型的快速成型加工方法，该技术主要以液态的光敏树脂为原材料，通过计算机控制激光扫描器，对光敏树脂进行逐层扫描，使其固化累积成型。激光扫描器主要由激光器、动态聚焦镜、控制板卡和扫描振镜构成。聚焦镜的焦点正好与工作液面重合，使激光器发出的能量最集中，尺寸最小，从而保证了工件的成型精度。当工件打印完成后，取出工件，

目前，制约光固化快速成型发展的主要因素是工件的成型效率、工件的材料以及工件的精度。一般的光固化快速成型装置中，盛放光敏树脂的容器只有一个槽，只能盛放单种材料，所以支撑件材料与工件实体材料相同，需要后续处理去除支撑件，增加工序且影响工件表面精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光固化快速成型装置，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种光固化快速成型装置，其包括工作台、激光系统模块、激光扫描模块、电机运动模块、人机界面模块和控制模块，所述工作台中具有用于盛放用于快速成型的光敏树脂的容器槽，所述容器槽具有多个独立的槽，分别用于盛放不同类型的光敏树脂。

优选地，所述多个独立的槽包括：第一槽，用于盛放用于快速成型支撑件的光敏树脂；第二槽，用于盛放用于快速成型工件的光敏树脂。

优选地，所述工作台包括：外壳、底座打印工作台，所述电机运动模块包括：竖直滚珠丝杆、竖直直线导轨、竖直步进电机和连接杆；所述外壳笼罩所述底座，所述底座上竖直装有所述竖直滚珠丝杆，所述竖直直线导轨平行于所述竖直滚珠丝杆，所述竖直滚珠丝杆与所述竖直步进电机枢轴连接，所述打印工作台通过所述连接杆连接到所述竖直滚珠丝杆，所述连接杆还滑设在所述竖直直线导轨上。

优选地，所述电机运动模块还包括：水平直线导轨、水平滚珠丝杆、水平步进电机；所述水平直线导轨固定于所述底座上方且位于打印工作台正下方，所述水平直线导轨平行于所述水平滚珠丝杆，所述容器槽与所述水平滚珠丝杆连接，所述容器槽还滑设于所述水平直线导轨上，所述水平滚珠丝杆与所述水平步进电机枢轴连接。

优选地，所述的光固化快速成型装置还包括激光系统模块和激光扫描模块；所述激光系统模块包括：所述激光系统模块包括激光器、光隔离器、和扩束镜；所述激光扫描模块包括高速扫描振镜、平场聚焦透镜和两片平面反射镜，所述激光器、所述光隔离器、所述扩束镜、所述扫描振镜、所述平场聚焦透镜和所述两片平面反射镜形成光路，所述光路用于所述激光器发出的激光，依次经过所述光隔离器、所述扩束镜、所述扫描振镜、所述平场聚焦透镜、所述两片平面反射镜，最后聚焦到所述容器槽底板的上表面。

优选地，所述两片平面反射镜固定于所述底座上，与水平面成45°，且相互垂直。

优选地，所述两片平面反射镜包括：第一平面反射镜和面积大于所述第一平面反射镜的第二平面反射镜；在所述光路中，所述第一平面反射镜处于所述第二平面反射镜之前。

优选地，所述的光固化快速成型装置还包括人机界面模块，用于显示工作状态以及接受操作指令。

优选地，所述的光固化快速成型装置还包括外设接口，用于连接计算机。

优选地，所述的光固化快速成型装置还包括控制模块，用于控制所述打印工作台往复进入所述第一槽和所述第二槽，使所述第一槽内的光敏树脂快速成型为支撑件，使所述第二槽内的光敏树脂快速成型为工件。

使用本发明实施例提供的光固化快速成型装置，可以实现多种材料同时打印，从而对支撑件可以专门采用易溶材料成型，便于支撑件的拆除，减少支撑件拆除时对工件的影响。

附图说明

图1为本发明实施例中容器槽的结构示意图。

图2为本发明优选实施例中的光固化快速成型装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明的实施例提供了一种光固化快速成型装置，其包括工作台、激光系统模块、激光扫描模块、电机运动模块、人机界面模块和控制模块，工作台中具有用于盛放用于快速成型的光敏树脂的容器槽，容器槽具有多个独立的槽，分别用于盛放不同类型的光敏树脂。

一般的光固化快速成型装置中，盛放光敏树脂的容器只有一个槽，只能盛放单种材料，所以支撑件材料与工件实体材料相同。快速成型后，支撑件材料与工件形成为一体，为了去除支撑件材料，只能用刮刀等手工地从工件上刮除支撑件材料。而本实施例中，盛放光敏树脂的容器具有多个槽，从而可以使各个槽分别盛放不同的光敏材料，例如在一个槽中盛放用于形成工件的材料，该材料是不溶解，在另一个槽中盛放用于形成支撑件的材料，该材料是溶解的。快速成型后，支撑件材料与工件形成为一体，可以将该一体构件置入溶液中即可溶解掉支撑件，大大地节省了人工成本，便于支撑件的拆除，减少支撑件拆除时对工件的影响。

图1为本发明实施例中容器槽的结构示意图。该容器槽3的多个独立的槽包括：第一槽31，用于盛放用于快速成型支撑件的光敏树脂；第二槽32，用于盛放用于快速成型工件的光敏树脂。该结构取得了令人预料不到的技术效果：非常简单易行地解决了现有技术中的支撑件去除问题。

优选地，工作台包括：外壳、底座和打印工作台，电机运动模块包括：竖直滚珠丝杆、竖直直线导轨、竖直步进电机和连接杆；外壳笼罩底座，底座上竖直装有竖直滚珠丝杆，竖直直线导轨平行于竖直滚珠丝杆，竖直滚珠丝杆与竖直步进电机枢轴连接，打印工作台通过连接杆连接到竖直滚珠丝杆，连接杆还滑设在竖直直线导轨上。本优选实施例结构简单，成本较低。

优选地，电机运动模块还包括：水平直线导轨、水平滚珠丝杆、水平步进电机；水平直线导轨固定于底座上方且位于打印工作台正下方，水平直线导轨平行于水平滚珠丝杆，容器槽与水平滚珠丝杆连接，容器槽还滑设于水平直线导轨上，水平滚珠丝杆与水平步进电机枢轴连接。本优选实施例结构简单，成本较低。

优选地，光固化快速成型装置还包括激光系统模块和激光扫描模块；激光系统模块包括：激光系统模块包括激光器、光隔离器、和扩束镜；激光扫描模块包括高速扫描振镜、平场聚焦透镜和两片平面反射镜，激光器、光隔离器、扩束镜、扫描振镜、平场聚焦透镜和两片平面反射镜形成光路，光路用于激光器发出的激光，依次经过光隔离器、扩束镜、扫描振镜、平场聚焦透镜、两片平面反射镜，最后聚焦到容器槽底板的上表面。本优选实施例结构简单，成本较低。

优选地，两片平面反射镜固定于底座上，与水平面成45°，且相互垂直。该光路系统采用了两片45°镜两次反射的结构，使快速成型装置的结构更加紧凑，尺寸更小，方便运输与存放。

优选地，两片平面反射镜包括：第一平面反射镜和面积大于第一平面反射镜的第二平面反射镜；在光路中，第一平面反射镜处于第二平面反射镜之前。本优选实施例结构简单，成本较低。

优选地，光固化快速成型装置还包括人机界面模块，用于显示工作状态以及接受操作指令。本优选实施例方便操作人员操作本装置。

优选地，光固化快速成型装置还包括外设接口，用于连接计算机。本优选实施例方便操作人员调试本装置，设置各种控制程序。

优选地，光固化快速成型装置还包括控制模块，用于控制打印工作台往复进入第一槽和第二槽，使第一槽内的光敏树脂快速成型为支撑件，使第二槽内的光敏树脂快速成型为工件。本优选实施例结构简单，成本较低。

图2为本发明优选实施例中的光固化快速成型装置的结构示意图。该光固化快速成型装置设有工作台、激光系统模块、激光扫描模块、电机运动模块、人机界面模块和控制模块。

如图所示，该工作台包括外壳16和底座10，外壳16与底座10相连接，底座10上设有竖直步进电机11，竖直步进电机11通过联轴器与竖直滚珠丝杆15一端连接，对应竖直滚珠丝杆15设有一根竖直直线导轨12。竖直滚珠丝杆的螺母与连接杆14一端连接，连接杆14另一端与打印工作台1连接。打印工作台1由竖直步进电机11带动上下移动。

透明的容器槽3利用两根水平直线导轨4，水平固定于底座10上方且处于打印工作台1正下方，容器槽3与水平滚珠丝杆连接，水平滚珠丝杆与水平步进电机13连接，容器槽3由水平步进电机13带动水平移动。容器槽3由若干个隔离的树脂槽组合而成，用于盛放不同类型光敏树脂。底座10内设有运动控制模块、人机界面模块8和外设接口9。人机界面模块8可以是屏幕，显示各模块的工作参数，可以采用常用的发光二极管或者液晶屏。

激光系统模块6包括激光器、光隔离器、扩束镜。激光扫描模块5包括高速扫描振镜、平场聚焦透镜和两片平面反射镜。激光器发出的激光，依次经过光隔离器、扩束镜、扫描振镜、平场聚焦透镜后射出，再由一大一小两片45°平面镜7反射，最后聚焦到树脂槽底板的上表面。

容器槽3由第一槽和第二槽构成，两槽大小相同。容器槽3的运动由水平步进电机13带动滚珠丝杆控制。容器槽3在水平方向往复运动。

控制模块包括各模块的控制卡、数据传输模块。

结合图1和图2，下面描述基于多槽的光固化快速成型装置的工作过程：

1，建立工件的三维模型，导入计算机中；

2，在计算机中使用软件为三维模型生成支撑件，进行分层处理，得到零件实体和支撑件模块的各截面层信息，并生成零件实体和支撑件模块的激光扫描路径；

3，在第一槽内倒入打印支撑件模块的树脂，该树脂固化后可溶于有机溶液。在第二槽内倒入打印零件实体的树脂；

4，计算机控制竖直步进电机11，将打印工作台1下降到距离透明容器槽3的第一槽底部一个层厚的位置。计算机控制激光系统模块6和激光扫描模块5，将激光按照支撑件模块的第一层扫描路径入射到第一槽的底部，树脂按照激光扫描路径固化并粘在打印工作台1上。第一层支撑件打印完成后，控制竖直步进电机11使打印工作台1上升一定高度。同时控制水平步进电机13，将第二槽移动到打印工作台1正下方。控制竖直步进电机11，将打印工作台1下降到距离第二槽底部一个层厚的位置。控制激光系统模块6和激光扫描模块5，将激光按照零件实体的第一层扫描路径入射到第二槽的底部，树脂按照激光扫描路径固化并粘在打印工作台1上。至此，第一层扫描完成。将打印工作台1上升一个层厚的高度，控制激光系统模块6和激光扫描模块5，将激光按照零件实体的第二层扫描路径入射到第二槽的底部，扫描完成后，控制竖直步进电机11使打印工作台1上升一定高度。控制水平步进电机13，将第一槽移动到打印工作台1正下方。控制竖直步进电机11使打印工作台1下降到距离第一槽底部两个层厚的位置，控制激光系统模块6和激光扫描模块5，将激光按照支撑件模块的第二层扫描路径入射到第一槽的底部。至此，第二层扫描完成。按照第一层支撑件，第一层零件，第二层零件，第二层支撑件，第三层支撑件，第三层零件的顺序，如此循环往复，直到整个模型打印完毕，计算机控制竖直步进电机11将打印工作台1上升到最大高度。打开观察窗2，将打印工作台1取下，将整个模型取下，放入有机溶液中清洗。支撑件模块的树脂易溶于有机溶液，清洗后得到表面光滑的零件实体，避免了拆卸支撑件模块对零件实体造成的损坏。至此，整个打印过程完成。

三维模型数据格式可以为STL格式。

优选地，切片分层厚度为20um、50um、100um可选。

优选地，激光器为355nm紫外激光器，光束质量M≤1.2，光斑直径为5mm。扩束镜的扩束倍率为3。

优选地，高速扫描振镜的扫描角度范围为±20°，扫描速度为4000mm/s。

优选地，平场聚焦透镜焦距为390mm。光学系统最终聚焦的激光光斑≤50um。

优选地，大平面反射镜尺寸为200mm*200mm，小平面反射镜尺寸为80mm*80mm。

计算机和打印装置可以通过一根USB数据线连接。

该装置能方便有效地去除支撑件，提高了零件实体的表面精度。另外，本优选实施例采用振镜扫描技术，扫描速度可达4000mm/s，且不需要刮板、喷嘴等机械运动结构，提高了成型的效率。

本发明的一个优选实施例中，若某一层只有一种树脂材料构成，则可不移动树脂槽。打印工作台1直接上升一个层厚的高度，进行下一层的打印。

从以上描述可以看出，本发明的各实施例具有以下的优点：

1，可以实现多种材料同时打印，支撑件采用易溶材料成型，便于支撑件的拆除，减少支撑件拆除时对工件的影响；

2，采用振镜扫描技术，扫描速度可达4000mm/s，且不需要刮板、喷嘴等机械运动结构，提高了成型的效率。

3，光路系统采用了两片45°镜两次反射的结构，使快速成型装置的结构更加紧凑，尺寸更小，方便运输与存放。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光固化快速成型装置，其包括工作台、激光系统模块、激光扫描模块、电机运动模块、人机界面模块和控制模块，所述工作台中具有用于盛放用于快速成型的光敏树脂的容器槽，其特征在于，所述容器槽具有多个独立的槽，分别用于盛放不同类型的光敏树脂。

2.根据权利要求1所述的光固化快速成型装置，其特征在于，所述多个独立的槽包括：

第一槽，用于盛放用于快速成型支撑件的光敏树脂；

第二槽，用于盛放用于快速成型工件的光敏树脂。

3.根据权利要求2所述的光固化快速成型装置，其特征在于，所述工作台包括：外壳、底座和打印工作台，所述电机运动模块包括：竖直滚珠丝杆、竖直直线导轨、竖直步进电机和连接杆；所述外壳笼罩所述底座，所述底座上竖直装有所述竖直滚珠丝杆，所述竖直直线导轨平行于所述竖直滚珠丝杆，所述竖直滚珠丝杆与所述竖直步进电机枢轴连接，所述打印工作台通过所述连接杆连接到所述竖直滚珠丝杆，所述连接杆还滑设在所述竖直直线导轨上。

4.根据权利要求3所述的光固化快速成型装置，其特征在于，所述电机运动模块还包括：水平直线导轨、水平滚珠丝杆、水平步进电机；所述水平直线导轨固定于所述底座上方且位于打印工作台正下方，所述水平直线导轨平行于所述水平滚珠丝杆，所述容器槽与所述水平滚珠丝杆连接，所述容器槽还滑设于所述水平直线导轨上，所述水平滚珠丝杆与所述水平步进电机枢轴连接。

5.根据权利要求4所述的光固化快速成型装置，其特征在于，还包括激光系统模块和激光扫描模块；所述激光系统模块包括：所述激光系统模块包括激光器、光隔离器、和扩束镜；所述激光扫描模块包括高速扫描振镜、平场聚焦透镜和两片平面反射镜，所述激光器、所述光隔离器、所述扩束镜、所述扫描振镜、所述平场聚焦透镜和所述两片平面反射镜形成光路，所述光路用于所述激光器发出的激光，依次经过所述光隔离器、所述扩束镜、所述扫描振镜、所述平场聚焦透镜、所述两片平面反射镜，最后聚焦到所述容器槽底板的上表面。

6.根据权利要求5所述的光固化快速成型装置，其特征在于，所述两片平面反射镜固定于所述底座上，与水平面成45°，且相互垂直。

7.根据权利要求5所述的光固化快速成型装置，其特征在于，所述两片平面反射镜包括：

第一平面反射镜和面积大于所述第一平面反射镜的第二平面反射镜；在所述光路中，所述第一平面反射镜处于所述第二平面反射镜之前。

8.根据权利要求1-7任一项所述的光固化快速成型装置，其特征在于，还包括人机界面模块，用于显示工作状态以及接受操作指令。

9.根据权利要求1-7任一项所述的光固化快速成型装置，其特征在于，还包括外设接口，用于连接计算机。

10.根据权利要求3-7任一项所述的光固化快速成型装置，其特征在于，还包括控制模块，用于控制所述打印工作台往复进入所述第一槽和所述第二槽，使所述第一槽内的光敏树脂快速成型为支撑件，使所述第二槽内的光敏树脂快速成型为工件。