CN105172146B - 一种应用于高粘度树脂的面成型3d打印装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置及方法，装置包括控制器、投影组件和液压组件，其中，液压组件设置于投影组件下方，控制器连接投影组件和液压组件，所述投影组件包括DLP投影机、透镜和反射镜，透镜固定于DLP投影机和反射镜之间，透镜将DLP投影机的光线汇聚下反射镜表面，反射镜将光线发射到液压组件上；液压组件，包括成型缸，成型缸设置于反射镜下方，成型缸上端的溢流口处设置有溢流口开关，成型缸底端推杆连接升降滑台，使与推杆连接的托板在成型缸内滑动，成型缸下端开口处通过溢流阀、电磁换向阀连接供料缸。本发明能够保证零件快速、顺利的成型。

Description

一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置及方法。

背景技术

快速成型技术是集成了数字制造、先进材料、信息网络等多种技术的新兴制造方法，它采用材料累加成型的原理，根据零件的三维CAD模型，可直接制作出三维实体零件。

面曝光快速成型技术是近年来发展起来的一种新型快速成型技术，其原理为：零件的三维模型经过切片处理后，切片数据存储为能生成零件截面形状的图像文件，图像文件经投影装置投射到液态树脂表面，实现树脂的固化。其优点是：成型速度快，成型效率高。该技术包括约束液面和自由液面两种成型技术，其中约束液面能够精确的控制液面的厚度，实现模型的准确制造。约束液面成型技术结构示意图如图1所示，其中1-1为托板、1-2为液态光敏树脂、1-3为树脂槽，1-4为DLP投影机。其工作原理为：计算机对三维模型进行切片处理，生成一系列包含零件截面形状数据的图形，DLP投影机将切片处理得到的图形照射到托板及树脂槽之间具有一定厚度的液态树脂上，树脂吸收光能量发生聚合反应，由液态变为固态。树脂容器的底部采用透光性好的玻璃,并在其上涂覆防粘涂层，以易于固化树脂与树脂容器的分离。一层树脂固化完成后，托板向上移动，实现己固化树脂与容器底面的分离,移动的距离为加工的层厚，待液态树脂均匀的填充在已固化树脂与树脂槽的缝隙后，继续下一层树脂的固化。以此循环，直至完成整个零件的加工。

由于高粘度的树脂流动性较差，因此树脂填充在托板或者已固化树脂与树脂槽之间的缝隙中需要很长时间或者树脂不能靠自身的流动充满该缝隙。导致零件制作时间的增加，或者导致零件的制作失败。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置及方法，本发明具有可实现高粘度树脂快速完成涂覆的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，包括控制器、投影组件和液压组件，其中，液压组件设置于投影组件下方，控制器连接投影组件和液压组件，所述投影组件包括DLP投影机、透镜和反射镜，透镜固定于DLP投影机和反射镜之间，透镜将DLP投影机的光线汇聚下反射镜表面，反射镜将光线发射到液压组件上；

所述液压组件，包括成型缸、升降滑台、溢流阀、供料缸和电磁换向阀。其中，成型缸设置于反射镜下方成型缸上端的溢流口处设置有溢流口开关，成型缸底端推杆连接升降滑台，使与推杆连接的托板在成型缸内滑动，成型缸下端开口处通过溢流阀、电磁换向阀连接供料缸。

所述反射镜与水平面夹角为45度。

所述供料缸连接供料缸滑台，供料缸滑台带动供料缸活塞杆的伸缩，实现供料缸的进料和供料。

所述供料缸的末端设有溢流口，溢流口经过电磁换向阀通过管道连接容器。

所述成型缸的溢流口经过溢流口开关通过管道连接容器。

所述成型缸包括缸体、上端盖、托板、推杆、下端盖和透光玻璃，其中，缸体内设置有托板，托板连接推杆，推杆推动托板在缸体内活动，缸体上端设有上端盖，且上端盖与缸体连接处设有透光玻璃，缸体上端一侧设有溢流口，缸体下端固定下端盖，下端盖上设有开口，所述缸体、上端盖、下端盖及透光玻璃之间均设有密封垫，保持成型缸密闭。

所述溢流口处设有压力表，且压力表设置在溢流口开关前端。

一种基于上述装置的3D打印方法，包括以下步骤：

(1)控制器对所需加工的零件模型进行切片处理，得到零件截面图形，升降滑台带动托板在成型缸内部向下移动，使托板与透光玻璃之间产生一定厚度的缝隙；

(2)电磁换向阀换向，使供料缸与容器连通，供料缸滑台带动供料缸活塞杆移动，将液态树脂从容器吸入到供料缸；

(3)电磁换向阀换向，使供料缸与成型缸连通，供料缸滑台带动活塞杆移动，使液态树脂充满板与透光玻璃之间的缝隙，待溢流口有树脂流出，说明成型缸内部已充满树脂，关闭溢流口开关；

(4)控制器控制DLP投影机显示得到的零件截面图形，投影机的光线经过凸透镜聚焦汇聚在反射镜表面，光线经反射镜反射，透过透光玻璃，照射到托板表面的树脂层，形成一层固化层；

(5)升降滑台带动托板及固化层向下移动一个层厚的距离，供料缸将液态树脂注入成型缸，使已固化层与透光玻璃之间充满新一层树脂；

(6)控制DLP投影机投射下一层截面图形，投影光线透过透光玻璃照射到树脂表面，形成新的固化层，并与已固化层相连接；

(7)重复步骤(4)-(6)，直到整个零件制作完成。

本发明的有益效果为：

本发明使用供料缸将液态树脂注入到成型缸内部，通过对树脂施加压力的方式，可实现高粘度的树脂快速填充在托板或者固化层与透光玻璃之间的缝隙中，能够保证零件快速、顺利的成型。

附图说明

图1为约束液面成型技术结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的成型缸结构示意图；

其中，1-1为托板、1-2为液态光敏树脂、1-3为树脂槽，1-4为DLP投影机、1为供料缸、2为供料缸滑台、3为电磁换向阀、4为树脂容器、5为溢流阀、6为反射镜、7为透镜、8为DLP投影机、9为压力表、10为溢流口开关、11为成型缸、12为升降滑台、13为上端盖、13.1为溢流口、14为托板、15为透光玻璃、16为缸体、17为下端盖、17.1为下端盖开口、18为推杆、19为密封垫。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图2与图3所示，应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置主要由供料缸1、供料缸滑台2、电磁换向阀3、树脂容器4、溢流阀5、反射镜6、透镜7、DLP投影机8、压力表9、溢流口开关10、成型缸11、升降滑台12、上端盖13、溢流口13.1、托板14、透光玻璃15、缸体16、下端盖17、下端盖开口17.1、推杆18、密封垫19。

凸透镜7安装在DLP投影机镜头及反射镜之间，反射镜6与水平面夹角为45度；所述的液压系统由供料缸1、供料缸滑台2、电磁换向阀3、树脂容器4、溢流阀5、成型缸11、升降滑台12、压力表9及溢流口开关10构成。供料缸滑台2与供料缸1相连接，通过带动供料缸1活塞杆的伸缩来实现供料缸1的进料和供料；电磁换向阀3与供料缸1、树脂容器4及溢流阀5通过管道连接，溢流阀5通过管道与成型缸11连接；所述的成型缸11由缸体16、上端盖17、托板14、推杆18、下端盖17及透光玻璃15组成。托板14通过推杆18与升降滑台12连接，受升降滑台12控制可在成型缸11内部上下移动。上端盖13安装在成型缸11上方，透光玻璃15位于成型缸11及上端盖13之间；上端盖13设有溢流口13.1，与溢流口开关10通过管道相连；树脂容器4通过管道与溢流口开关相连。下端盖17设有开口，该开口通过管道与溢流阀相连接；

根据设计的功能需要，缸体、上端盖、下端盖及透光玻璃之间需添加密封垫以使成型缸密闭。上端盖溢流口的作用是保证液态树脂能充满成型缸内部。

供料缸滑台2可控制供料缸的进料和供料，电磁换向阀3通过管道与供料缸1、树脂容器4、溢流阀5相连接。反射镜6安装在成型缸上方，透镜7安装在反射镜6及DLP投影机8之间，DLP投影机8投射的光线经透镜7聚焦、反射镜6的反射照射到透光玻璃15表面；成型缸11通过下端盖开口与溢流阀连接，托板16与推杆18相连，推杆18与升降滑台12连接，升降滑台12可控制托板14在成型缸内部上下移动，上端盖13的溢流口与压力表9及溢流口开关10连接。

实施过程具体如下：控制器对所需加工的零件模型进行切片处理，得到零件的截面图形。控制器控制控制电磁换向阀3换向，使供料缸1与树脂容器4相连通，供料缸滑台2控制供料缸1将液态树脂吸入到供料缸1内。控制器控制电磁换向阀3换向，使供料缸1与溢流阀5及成型缸11相连通，供料缸滑台2控制供料缸1将液态树脂注入到成型缸11内部，等到溢流口13.1有树脂流出，说明成型缸11内部已充满树脂。待树脂充满成型缸11内部后，升降滑台12带动托板14移动，使托板14与透光玻璃15压紧，升降滑台12向下移动一个层厚的距离，在压力的作用下托板14与透光玻璃15之间充满一层树脂。控制器控制DLP投影机投射零件截面图形，DLP投影机8的光线经过凸透镜7聚焦汇聚在反射镜6表面，光线经反射镜6反射，透过透光玻璃15，照射到托板表面的树脂层，树脂受到光线照射发生聚合反应，由液态变为固态，形成一层固化层。升降滑台12带动托板14及固化层向下移动一个层厚的距离，供料缸1将适量液态树脂注入成型缸11内，使已固化层与透光玻璃之间充满新一层树脂。控制器控制DLP投影机8投射下一层截面图形，投影光线透过透光玻璃15照射到树脂表面，形成新的固化层，并与已固化层相连接，重复相同的操作，直到整个零件加工完成。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，其特征是：包括控制器、投影组件和液压组件，其中，液压组件设置于投影组件下方，控制器连接投影组件和液压组件，所述投影组件包括DLP投影机、透镜和反射镜，透镜固定于DLP投影机和反射镜之间，透镜将DLP投影机的光线汇聚下反射镜表面，反射镜将光线发射到液压组件上；

所述液压组件，包括成型缸、升降滑台、溢流阀、供料缸和电磁换向阀，其中，成型缸设置于反射镜下方，成型缸上端的溢流口处设置有溢流口开关，成型缸底端推杆连接升降滑台，使与推杆连接的托板在成型缸内滑动，成型缸下端开口处通过溢流阀、电磁换向阀连接供料缸；

所述反射镜与水平面夹角为45度；

所述供料缸连接供料缸滑台，供料缸滑台通过带动供料缸活塞杆的伸缩，实现供料缸的进料和供料。

2.如权利要求1所述的一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，其特征是：所述供料缸的末端设有溢流口，溢流口经过电磁换向阀通过管道连接容器。

3.如权利要求1所述的一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，其特征是：所述成型缸的溢流口经过溢流口开关通过管道连接容器。

4.如权利要求1所述的一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，其特征是：所述成型缸包括缸体、上端盖、托板、推杆、下端盖和透光玻璃，其中，缸体内设置有托板，托板连接推杆，推杆推动托板在缸体内活动，缸体上端设有上端盖，且上端盖与缸体连接处设有透光玻璃，缸体上端一侧设有溢流口，缸体下端固定下端盖，下端盖上设有开口，所述缸体、上端盖、下端盖及透光玻璃之间均设有密封垫，保持成型缸密闭。

5.如权利要求3所述的一种应用于高粘度树脂的面成型3D打印装置，其特征是：所述溢流口处设有压力表，且压力表设置在溢流口开关前端。

6.一种基于如权利要求1-5中任一项所述的装置的3D打印方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)控制器对所需加工的零件模型进行切片处理，得到零件截面图形，升降滑台带动托板在成型缸内部向下移动，使托板与透光玻璃之间产生一定高度的缝隙；

(2)电磁换向阀换向，使供料缸与容器连通，供料缸滑台带动供料缸活塞杆移动，将液态树脂从容器吸入到供料缸；

(3)电磁换向阀换向，使供料缸与成型缸连通，供料缸滑台带动活塞杆移动，使液态树脂充满板与透光玻璃之间的缝隙，待溢流口有树脂流出，说明成型缸内部已充满树脂，关闭溢流口开关；

(4)控制器控制DLP投影机显示得到的零件截面图形，投影机的光线经过凸透镜聚焦汇聚在反射镜表面，光线经反射镜反射，透过透光玻璃，照射到托板表面的树脂层，形成一层固化层；

(5)升降滑台带动托板及固化层向下移动一个层厚的距离，供料缸将液态树脂注入成型缸，使已固化层与透光玻璃之间充满新一层树脂；

(6)控制DLP投影机投射下一层截面图形，投影光线透过透光玻璃照射到树脂表面，形成新的固化层，并与已固化层相连接；

(7)重复步骤(4)-(6)，直到整个零件制作完成。