CN106142554A - 一种使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种采用掩膜曝光方式进行大批量塑胶制品的增材制造，不需要金属模具，不进行压力注塑，低成本高效率，产品生产灵活的适用于工业化大生产的增材制造方式，解决目前塑胶生产设备与模具成本高，生产周期长，生产不灵活等诸多问题。

Description

一种使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备

技术领域

本发明是一种可以补充或替代传统塑胶零件注塑工艺生产的设备，它使用可传动掩膜对多个呈线排列成型腔内的光固化树脂进行逐一的逐层曝光的方式成型，从而进行零件的成型制造。本发明涉及增材制造领域，塑胶成型制造领域。

背景技术

注塑是当前工业塑胶产品最为通用的造型方法，虽然其生产速度快适合于大批量工业生产，但是也存在着生产周期长，设备昂贵，模具成本高，生产不灵活等诸多缺点。随着现代科学技术的不断发展，增材制造思想逐渐被人们所接受，虽然目前的增材制造设备应对小批量，小尺寸，个性化产品有部分优势，但是却不能满足工业化大生产的效率需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要金属模具，不进行压力注塑，低成本高效率，产品生产灵活的适用于工业化大生产的增材制造方式，解决目前塑胶生产设备与模具成本高，生产周期长，生产不灵活等诸多问题。

本发明采用计算机、掩膜传动组件、掩膜成型机，掩膜复原机、一组或多组呈线排列的成型单元、可传动掩膜组成。

其中计算机用于把需要成型的产品模型进行分层横向切片，形成三维图纸的二维截面图纸，传输数据并控制整个生产过程。

掩膜传动组件由电机、滚轴跟控制器组成。用于接收计算机指令使掩膜运动并准确定位。

掩膜成型机由掩膜通路和如投影仪、激光振镜等空间光调制器件、如热敏打印头等热调制器件、如喷墨打印头等图形成型器件等组成的掩膜成型机。用于把通过掩膜传动组件传送来的掩膜表面形成计算机传输来的二维截面图纸数据的形态。

掩膜复原机由掩膜通路、容纳可清洗掩膜表面图案的化学药剂的清洗池、重新将掩膜表面生成可调制表面图案的容纳化学药剂的恢复池组成。在更换生产产品的时候如果掩膜不需要保留，则可以通过掩膜复原机，重新变成可进行表面图案调制的新掩膜。

一组或多组呈线排列的成型单元，每个成型单元包括，垂直方向的顶面或底面透光的成型腔，每个成型腔配有一组电机跟传动组件控制垂直运动的成型平面，每个成型腔的垂直方向的顶面或底面配有光学镜片组用于光路控制，在光学镜片组的垂直方向的顶面或底面配有使可传动掩膜运动的掩膜通路，在通路的垂直方向的顶面或底面配有固化成型光源。在成型制造时，每个成型单元的成型腔内装有光固化树脂，成型平面定位于塑胶成型面，在计算机的控制下，掩膜传送到指定位置并控制光源的亮灭，从而在成型单元内逐层成型。

可传动掩膜为一种能在表面形成可调制图案的薄膜，薄膜在调制图案后，可以起到通光和阻光的作用。

其工作过程可以简单描述为，在初始阶段计算机将产品的三维图纸逐层横向切片，形成三维图纸的二维截面图纸。计算机控制掩膜传动组件将掩膜定位于掩膜成型机，并将三维图纸的第一层二维截面图纸数据传送到图形成型器件，进行掩膜图案调制。然后计算机控制掩膜传动组件将掩膜向前传送至第一个成型单元，且掩膜成型机位置的掩膜同时被更新。计算机控制第一个成型单元的成型面到达成型面，然后使固化光源点亮，进行第一个成型单元的第一层的固化。同时计算机将三维图纸的第二层截面图纸数据传送到掩膜成型机的图形成型器件，进行掩膜图案调制。在图案调制完成和第一个成型单元内的产品第一层固化完成之后，计算机控制掩膜传动组件继续传送掩膜，把掩膜成型机内的第二层二维截面图纸传送到第一个成型单元，在第一个成型单元内的第一层二维截面图纸被传送到第二个成型单元，同时掩膜成型机内的掩膜被更新。计算机将第三层二维截面图纸传送到掩膜成型机的图形成型器件，进行第三层的二维截面图纸的图案成型，同时控制第一个成型单元的成型平面定位于第二层的成型面位置，控制第二个成型单元的成型平面定位于第一层的成型平面位置，点亮第一个跟第二个成型单元的光源，进行第一个成型单元的第二层固化成型和第二个成型单元的第一层固化成型。以此类推，在成型过程中，掩膜成型机将三维图纸的每一层二维截面图纸顺序调制于掩膜之上，掩膜顺序经过每个成型单元，在每个成型单元内进行树脂的固化成型，也就是说每个成型单元的固化成型的层数都比前一个成型单元递减一层。理论上只要掩膜的长度足够长且定位精度可以保证，可以叠加无数个成型单元，生产效率极大提升，且某一个成型单元的故障不会对其他成型单元造成任何影响，更不会造成生产停滞，让整个系统的容错率得到极大提升。

如果要进行大批量的生产制造，掩膜在全部成型后也可以保留不进行复原处理。而且掩膜之间的图形复制工艺非常简单，可以复制后投放至其他本发明提供的设备进行生产制造。相比注塑模具的加工复制，其成本和时间极大缩短。

同时，掩膜的图案调制跟复原也可以跟生产分离开。这样只需保留控制计算机、掩膜传动组件和成型单元，要更改成型产品的时候，只需将掩膜拆卸替换掉即可。

详细的执行顺序可以参考实施例的实施方式。

附图说明

此处说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图。

图1中：1.计算机，2.掩膜，3.控制器，4.碳粉打印式掩膜成型机，5.固化光源，6.成型单元，7.成型面，8.光学组件，9.成型面垂直运动电机和传动组件，10.烘干池11.超声波清洗池，12.掩膜传动电机和传动组件。

图2为本发明的另一个实施例的整体结构示意图。

图2中：1.计算机，2.控制器，3.掩膜，4.固化光源，5.激光单振镜掩膜成型机，6.定影槽，7.光学组件，8.成型面，9.成型面垂直运动电机和传动组件，10.恢复池，11.超声波清洗池，12.掩膜传动电机和传动组件，13.成型单元。

具体实施方式

下面结合附图1进一步说明本发明的详细内容及具体实施方式的一种。

初始阶段计算机（1）将产品的三维图纸逐层横向切片，形成三维图纸的二维截面图纸。计算机将控制指令跟二维截面图纸的数据传输到控制器（3），控制器（3）控制掩膜传动电机跟传动组件（12）将掩膜（2）传动到指定位置，同时控制器（3）将第一层二维截面图纸调制到碳粉打印式掩膜成型机（4）控制碳粉打印式掩膜成型机（4）将掩膜图形打印至掩膜（2）上。然后控制器将掩膜（2）上的第一层二维截面图案部分传送到成型单元（6）中的第一个成型单元，然后将第一个成型单元的成型面（7）通过成型面垂直运动电机和传动组件（9）运动定位至成型位置。打开固化光源（5）光线通过光学组件（8）对成型面（7）上的第一层固化树脂曝光成型。然后控制器（3）控制掩膜传动电机跟传动组件（12）运动，同时控制器（3）将第二层二维截面图纸调制到碳粉打印式掩膜成型机（4）将第二层二维图纸打印至掩膜（2），在打印的同时掩膜（2）上的第一层图案同时传动到成型单元（6）中的第二个，掩膜（2）第一层图案后面的第二层图案在打印完成后运动到成型单元（6）中的第一个。成型单元（6）中的第二个的成型面垂直运动电机和传动组件（9）将成型面（7）运动至成型位置，然后打开成型单元（6）中的第一个跟第二个的固化光源（5）通过光学组件（8）进行成型单元中第一个的第二层固化成型，成型单元中第二个进行第一层固化成型。以此类推进行逐个成型单元的逐层固化成型。如需重复利用掩膜（2），则将掩膜（2）进行所有成型单元（6）的第一轮固化之后，通过掩膜传动电机跟传动组件（12）进入超声波清洗池（11）将掩膜（2）上的碳粉清洗掉，随后进入烘干池（10）进行烘干，重新恢复至无图案的状态，以便重新打印图案，重复循环。

下面结合附图2进一步说明本发明的详细内容及具体实施例方式的另外一种。

始阶段计算机（1）将产品的三维图纸逐层横向切片，形成三维图纸的二维截面图纸。计算机将控制指令跟二维截面图纸的数据传输到控制器（2），控制器（2）控制掩膜传动电机跟传动组件（12）将掩膜（2）传动到指定位置，同时控制器（2）将第一层二维截面图纸调制到激光单振镜掩膜成型机（5）控制激光单振镜掩膜成型机（5）将掩膜图形打印至掩膜（3）上。然后控制器将掩膜（3）上的第一层二维截面图案部分传送到定影槽（6）让图案曝光形成后固定于掩膜（3），然后将掩膜（3）传送到成型单元（13）中的第一个成型单元，然后将第一个成型单元的成型面（8）通过成型面垂直运动电机和传动组件（9）运动定位至成型位置。打开固化光源（4）光线通过光学组件（7）对成型面（8）上的第一层固化树脂曝光成型。然后控制器（2）控制掩膜传动电机跟传动组件（12）运动，同时控制器（2）将第二层二维截面图纸调制到激光单振镜掩膜成型机（5）将第二层二维图纸打印至掩膜（3），在打印的同时掩膜（3）上的第一层图案同时传动到成型单元（13）中的第二个，掩膜（3）第一层图案后面的第二层图案在打印完成后运动到成型单元（13）中的第一个。成型单元（13）中的第二个的成型面垂直运动电机和传动组件（9）将成型面（8）运动至成型位置，然后打开成型单元（13）中的第一个跟第二个的固化光源（4）通过光学组件（7）进行成型单元中第一个的第二层固化成型，成型单元中第二个进行第一层固化成型。以此类推进行逐个成型单元的逐层固化成型。如需重复利用掩膜（3），则将掩膜（3）进行所有成型单元（13）的第一轮固化之后，通过掩膜传动电机跟传动组件（12）进入超声波清洗池（11）将掩膜（3）上的图案清洗掉，随后进入恢复池（10）进行光敏涂层的重建，重新恢复至无图案的状态，以便重新打印图案，重复循环。

以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员，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，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：包括使用计算机将成型模型的三维图纸进行横向切片生成二维图纸，控制掩膜传动组件将可传动掩膜指定位置运动定位于掩膜成型机，传送二维图纸数据并控制掩膜成型机进行掩膜的图案调制，并继续通过掩膜成型机将掩膜输送至一组或多组呈线排列的成型单元，并控制成型单元成型，如果需要重复利用可传动掩膜，则将通过成型单元的可传动掩膜输送至掩膜复原机，让可传动掩膜重新复原至表面没有图案的状态。

2.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的计算机为进行模型三维图纸进行横向切片生成二维图纸运算，传输二维图纸数据及控制掩膜成型机进行图案调制，及控制成型单元成型和控制掩膜传动组件运动定位的机器

。

3.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的掩膜传动组件为利用电机和传动组件将掩膜传动和定位的机器。

4.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的可传动掩膜为表面附有可用声、光、电、热调制可通光或不可通光的图案的化学图层，以及可以在其表面附着化学图层的可通光薄膜，或可以在其表面进行不可通光物质附着的可通光薄膜。

5.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的掩膜成型机为用声、光、电、热方式在传动掩膜上调制可通光或不可通光的图案，以及在其表面附着不可通光物质的机器。

6.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的一组或多组呈线排列的成型单元为具有在垂直方向上表面或下表面可以透光性质的可容纳光敏树脂容器，光学镜头组，成型平面，直线传动模组，固化光源，电机组成为单元的，由一个或多个以线排列方式组合的机器。

7.根据权利要求1所述使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备，其特征在于：所述的掩膜复原机为可以将掩膜成型机调制图案的掩膜恢复为调制前无图案状态的机器。

8.一种树脂材料成型生产线，具备权利要求1~7任一项记载的使用掩膜曝光方式进行批量树脂成型的增材制造设备。