CN106863781B - 光固化成型设备及其铺液装置 - Google Patents

Abstract

一种光固化成型设备及其铺液装置，其中铺液装置包括：具有内腔的刮刀机构，刮刀机构两侧设有相对称的刀片，每个刀片内侧带有向下开口的长槽，长槽与内腔相通，刮刀机构上设有与内腔相通的管道；控制模块，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走，使得储液缸的液体通过刮刀机构一侧的长槽抽取并填满内腔；以及液体推送机构，用于当刮刀机构移动时，使液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧长槽吸入至内腔，并经过另一侧长槽流出以进行当前层的铺液，本发明可将储液缸表面的液体从刮刀机构一侧搬运至刮刀机构另一侧，即完成了表面薄层液体的快速滚动式铺液，该铺液方式由于为液面覆盖方式铺层，所以对于所铺液体表面造成的波动较小，且提高了设备工作效率。

Description

光固化成型设备及其铺液装置

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种光固化成型设备及其铺液装置。

背景技术

光固化快速成型，即通常所说的SLA技术，其是以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。由于SLA技术使材料内部发生高分子化学反应，所以其成型尺寸精度高，可成形任意复杂形状，成型结果比SLS更加理想，主要应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。

现有技术，为了保证打印液面的平整和稳定，需要采用刮刀将打印液面刮平。然而，目前的刮刀虽然能够实现液面的平整，但由于液体具有很大流动性，因此在刮刀刮平后存在很大波动，需要很长时间液体才渐渐稳定，且现有刮刀内为真空吸附的液态树脂，在打印工件表面刮动时，速度不能太快，否则会出现表面树脂被带走现象，所以铺液速度和等待时间耗时长，以实现液面平整固化成型。因此，随着打印层数的增加，液面稳定的时间和铺液时间累加起来则明显耗时加剧，从而影响了光固化成型设备的工作效率。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种层铺的铺液方式、且可提高工作效率的光固化成型设备及其铺液装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光固化成型设备的铺液装置，包括：

具有内腔的刮刀机构，所述刮刀机构两侧设有相对称的刀片，每个刀片内侧带有向下开口的长槽，长槽与内腔相通，所述刮刀机构上设有与内腔相通的管道；

控制模块，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走，使得储液缸的液体通过刮刀机构一侧的长槽抽取至内腔并当内腔填充满后停止；以及

液体推送机构，用于当刮刀机构移动时，在控制模块的控制下，使得液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。

作为本发明的进一步优选方案，所述液体推送机构包括动力源、传动机构、驱动齿轮以及与驱动齿轮相啮合的从动齿轮，所述驱动齿轮和从动齿轮设置在刮刀机构的内腔中，所述动力源通过传动机构带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动的同时带动从动齿轮转动，且从动齿轮的转动方向与驱动齿轮的转动方向相反，以使液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。

作为本发明的进一步优选方案，所述传动机构包括第一转轴、第二转轴、以及绕在第一转轴和第二转轴上的同步带，所述动力源通过第一转轴带动同步带运动，同步带运动的同时带动第二转轴运动，第二转轴的运动带动驱动齿轮进行转动。

作为本发明的进一步优选方案，所述装置还包括真空注入机构，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走。

作为本发明的进一步优选方案，所述真空注入机构包括真空泵、压差表和泄压阀，所述真空泵通过气体管路与管道相连，所述气体管路在靠近真空泵的末端设有一分支气体管路，所述泄压阀一端设置在分支气体管路上，泄压阀另一端用于接入外界大气；所述压差表用于检测气体管路的气体压力，控制模块根据压差表检测的气体压力值对泄压阀进行调节，以实现液体填充满内腔并直至管道中预设高度。

作为本发明的进一步优选方案，所述真空注入机构还包括过滤阀，所述过滤阀一端用于接入外界大气，过滤阀的另一端通过气体管道与泄压阀的另一端相连，以用于对进入泄压阀的外界大气进行过滤。

作为本发明的进一步优选方案，所述装置还包括缓冲瓶，所述缓冲瓶设置在气体管路中，用于存储抽取过度的液体。

作为本发明的进一步优选方案，所述管道中设有液位视窗，所述液位视窗上设有刻度线，以通过该液位视窗观察液面高度。

作为本发明的进一步优选方案，所述装置还包括电磁开关阀，所述电磁开关阀设置在管道中，且位于液位视窗和内腔之间。

本发明还提供了一种光固化成型设备，包括上述任一项所述的光固化成型设备的铺液装置。

本发明的光固化成型设备的铺液装置，通过包括：具有内腔的刮刀机构，所述刮刀机构两侧设有相对称的刀片，每个刀片内侧带有向下开口的长槽，长槽与内腔相通，所述刮刀机构上设有与内腔相通的管道；控制模块，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走，使得储液缸的液体通过刮刀机构一侧的长槽抽取至内腔并当内腔填充满后停止；以及液体推送机构，用于当刮刀机构移动时，在控制模块的控制下，使得液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液，使得本发明可将储液缸表面的液体从刮刀机构一侧搬运至刮刀机构另一侧，如此便完成了表面薄层液体的快速滚动式铺液，即形成一种蠕动式循环铺液方式，该铺液方式相对于传统方式来说，由于为液面覆盖方式铺层，所以对于所铺液体表面造成的波动较小；同时由于避免了传统被动方式铺液的方法，使得铺层速度能实现数十倍的增加，减少了打印过程中的铺液时间，从而提高了设备的工作效率。

本发明的光固化成型设备，通过包括上述光固化成型设备的铺液装置，使得本发明可将储液缸表面的液体从刮刀机构一侧搬运至刮刀机构另一侧，如此便完成了表面薄层液体的快速滚动式铺液，即形成一种蠕动式循环铺液方式，这种铺液方式相对于传统方式来说，由于为液面覆盖方式铺层，所以对于所铺液体表面造成的波动较小；同时由于避免了传统被动方式铺液的方法，使得铺层速度能实现数十倍的增加，减少了打印过程中的铺液时间，从而提高了设备的工作效率。

附图说明

图1为本发明光固化成型设备的铺液装置提供的一实施例的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为本发明光固化成型设备提供的一实施例的结构示意图；

图6为图5的主视图；

图7为图6的B-B剖视图；

图8为图7的刮刀机构放大图；

图9为图6的液位视窗局部放大图A。

图中附图标记如下：

1、刮刀机构，11、刀片，12、管道，13、左侧长槽，14、右侧长槽，15、通道，16、电磁开关阀，17、液位视窗，2、液体推送机构，21、电机，22、第一转轴，23、第二转轴，24、同步带，25、驱动齿轮，26、从动齿轮，3、真空泵，31、气体管路，32、分支气体管路，4、泄压阀，5、压差表，6、过滤阀，7、缓冲瓶，8、基板，9、提升臂，10、Z轴移动模块、101、储液缸。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

如图1-图4所示，光固化成型设备的铺液装置，包括：具有内腔的刮刀机构1，所述刮刀机构1两侧设有相对称的刀片11，每个刀片11内侧带有向下开口的长槽，长槽与内腔相通，所述刮刀机构1上设有与内腔相通的管道12；控制模块，用于将刮刀机构1内腔内的气体抽走，使得储液缸101的液体通过刮刀机构1一侧的长槽抽取至内腔并当内腔填充满后停止；以及液体推送机构2，用于当刮刀机构1移动时，在控制模块的控制下，使得液体通过靠近刮刀机构1移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。

所述液体推送机构2包括动力源、传动机构、驱动齿轮25以及与驱动齿轮25相啮合的从动齿轮26，所述驱动齿轮25和从动齿轮26设置在刮刀机构1的内腔中，所述动力源通过传动机构带动驱动齿轮25转动，驱动齿轮25转动的同时带动从动齿轮26转动，且从动齿轮26的转动方向与驱动齿轮25的转动方向相反，以使液体通过靠近刮刀机构1移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。具体实施中，所述动力源可为电机21，当然还可以为其它动力提供装置，在此不做一一例举。

如图8所示，刮刀机构1两侧的长槽均通过通道15与内腔相通，以使液体通过靠近刮刀机构1移动方向一侧的长槽吸入至驱动齿轮25和从动齿轮26的中间，并通过驱动齿轮25和从动齿轮26的相对运动使得液体从另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。在此需说明的是，此处虽然是采用驱动齿轮25和从动齿轮26的相对运动以实现液体推送的方式，但在具体实施中，其还可以通过叶片等部件实现液体推送，因此，本发明对此不做任何限制。

所述传动机构包括第一转轴22、第二转轴23、以及绕在第一转轴22和第二转轴23上的同步带24，所述动力源通过第一转轴22带动同步带24运动，同步带24运动的同时带动第二转轴23运动，第二转轴23的运动带动驱动齿轮25进行转动。可以理解的是，此处仅提供了一种传动机构的具体实施方案，但在具体实施中，其还可以为其它结构的传动机构，如螺杆、螺母配合实现传动等，在此不做一一介绍。

具体实施中，所述装置还包括真空注入机构，用于将刮刀机构1内腔内的气体抽走。在此需说明的是，本发明一般在刮刀机构1进行铺液之前，由真空注入机构将刮刀机构1内腔内的气体抽走，以使储液缸101的液体通过刮刀机构1一侧的长槽抽取至内腔并当内腔填充满后停止，而在后面的往返铺液中便不需要该真空注入机构工作，仅通过液体推送装置进行铺液，当然如果刮刀机构1密封性不太好，以使内腔抽取的液体高度改变了，则可能需要启动真空注入机构工作以保证内腔液体高度恒定不变后，再继续进行铺液工作。

可以理解的是，所述真空注入机构主要由真空泵3及其辅助部件构成，作为本发明的一优选实施方式。图7为图6的B-B剖视图，该图中安装了真空注入机构，在此需说明的是，当真空注入机构将刮刀机构1内腔内的气体抽走后即可撤掉该真空注入机构，即断开气体管路31与管道12的连接。如图7所示，该真空注入机构包括真空泵3、压差表5和泄压阀4，所述真空泵3通过气体管路31与管道12相连，所述气体管路31在靠近真空泵3的末端设有一分支气体管路32，所述泄压阀4一端设置在分支气体管路32上，泄压阀4另一端用于接入外界大气；所述压差表5用于检测气体管路31的气体压力，控制模块根据压差表5检测的气体压力值对泄压阀4进行调节，确保真空控制在一定值内，以实现液体填满内腔并直至管道12中预设高度。在具体实施中，也可以通过真空泵3配备的调速器进行真空泵3转速的调节，从而实现气体管路31中负压值大小的改变，调速器与压差表5组成控制回路，调速器根据压差表5值的大小作相应转速的改变，从而实现实际的负压值接近设定的负压值，即实现液体填满内腔并直至管道12中预设高度。

优选地，所述真空注入机构还包括过滤阀6，所述过滤阀6一端用于接入外界大气，过滤阀6的另一端通过气体管道与泄压阀4的另一端相连，以用于对进入泄压阀4的外界大气进行过滤，从而避免外界灰尘、杂质等的吸入而堵塞设备器件。

通过在真空泵3的分支气体管路32上安装的泄压阀4和过滤阀6进行初始调节，首先通过泄压阀4的调节将液体（其可为液态树脂）调节至一个预定义的高度，在后续的工作中通过对真空泵3的控制将液态树脂控制在这个预定义的高度范围内，从而在使得储液缸101内的液态树脂高度一直处于一个恒定值的前提下，进一步便于储液缸101液体的补充，进而保证了打印制件厚度方向的精度。具体实施中，真空泵3的控制可通过在真空泵3内部装有调速器，此调速器与压差表5形成闭环反馈，确保压力值控制在一定范围内。

具体实施中，如图6和图9所示，所述管道12中设有液位视窗17，所述液位视窗17上设有刻度线，以使通过该液位视窗17观察液面高度，并当液体填满内腔并直至该液位视窗17的某一液面高度时停止液体抽取，在此需说明的是，其具体需达到某一刻度的液面高度，可由设计人员根据设计需求确定，在此不做任何限制。

优选地，所述装置还包括电磁开关阀16，所述电磁开关阀16设置在管道12中，且位于液位视窗17和内腔之间，以使当液体通过刮刀机构1一侧的长槽抽取至内腔并填满内腔时，控制电磁开关阀16关闭，此时液态树脂充满刮刀机构1内腔，即填满驱动齿轮25与从动齿轮26的齿轮间隙，且在该内腔液态树脂中不存在任何空气，从而可以很好地保证铺液质量。在此需说明的是，可由人为监测到液体上升到液位视窗17某一刻度线，即判断液体填满内腔，从而实现下一步的液体铺平工作，当然也可以通过自动化技术监测到液体是否填满内腔（如通过检测气体管路32中的负压值从而可以换算得知液体吸取（即上升）的高度，通过液体吸取高度值可以判定液体是否填满内腔），并在填满内腔时控制电磁开关阀16关闭，从而实现下一步的液体铺平。

优选地，所述装置还包括缓冲瓶7，所述缓冲瓶7设置在气体管路31中，用于存储抽取过度的液体，以避免抽取过度的液体进入到后端的精密零件而造成后端精密零件的损坏。

如图5-图8所示，本发明还提供了一种光固化成型设备，该设备包括上述任一实施例所述的光固化成型设备的铺液装置。

可以理解的是，本发明的核心是在不改变现有光固化成型设备大体结构的前提下，安装上述铺液装置，因此，本发明光固化成型设备的创新在于铺液装置的改进，而其它结构，如基板8、提升臂9、Z轴移动模块10、储液缸101等均是参照现有技术实现，在此不做具体介绍。

为了让本领域的技术人员很好地理解并实现本发明的技术方案，下面结合上述附图以一个具体的实施例具体阐述本发明的工作原理。

首先，为整个铺液装置提供一个液态树脂预抽取系统，确保液态树脂充满刮刀机构1内腔、即填满驱动齿轮25与从动齿轮26的齿轮间隙，控制电磁开关阀16在完成液态树脂吸取动作后即关闭，使刮刀机构1充满并保持此段液态树脂以使刮刀机构1运动时处于一个内循环腔体，此时关闭电磁开关阀16保证了液态树脂不会泵浦到气体管路31中。

其中，具体通过以下方式实现液态树脂预抽取：

将刮刀机构1停留在铺液的起始位置（储液缸101的最左端或最右端），通过开启真空泵3，预先将液态树脂从储液缸101中吸入刮刀机构1的内腔中，通过观测液位视窗17监测观察液态树脂到达的位置，同时在真空管路中通过压差表5检测负压值，这样就保证整个内腔充满液态树脂。

当刮刀机构1向右方向快速移动时，在控制模块的控制下，旋转电机21的正反转带动驱动齿轮25逆时钟方向转动，由于驱动齿轮25与从动齿轮26啮合，因此带动了从动齿轮26的顺时钟方向转动，在刮刀机构1左侧刮刀的左侧长槽13即为吸料口，而刮刀机构1左侧刮刀的右侧长槽14即为出料口，从而将储液缸101表面的液态树脂从吸料口吸入，并经过驱动齿轮25和从动齿轮26的相匹配运动，从出料口流出，即实现了将储液缸101表面的液态树脂从刮刀机构1右侧搬运至刮刀机构1左侧，如此就完成了表面薄层液态树脂的快速滚动式铺液，即形成一种蠕动式循环铺液方式。当刮刀机构1到达终点位置时，同时停止从动齿轮26的转动，并将此状态保持直至打印完成准备开始下一层。

同理，当刮刀机构1向左方向快速移动时，由于刮刀机构1呈对称式设计，则动作正好相反，如此就可以完成吸料与出料口的对称互换，即实现了将储液缸101表面的液态树脂从刮刀机构1左侧搬运至刮刀机构1右侧；如果重复，则实现了其余各层的铺液。该实施例极大地提高了铺液装置的铺层效率，且每次刮刀机构1的行走均是完成一次铺液过程，不存在浪费动作。

该实施例通过设定的刮刀机构1水平移动铺层速度与液态推送机构推送速度的配比从而实现快速铺层，在此需说明的是，刮刀机构1可在驱动机构的驱动下进行上述向左或向右的移动，由于这属于本领域的现有技术，因此，在本发明中对其未做具体阐述。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，包括：

具有内腔的刮刀机构，所述刮刀机构两侧设有相对称的刀片，每个刀片内侧带有向下开口的长槽，长槽与内腔相通，所述刮刀机构上设有与内腔相通的管道；

控制模块，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走，使得储液缸的液体通过刮刀机构一侧的长槽抽取至内腔并当内腔填充满后停止；以及

液体推送机构，用于当刮刀机构移动时，在控制模块的控制下，使得液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。

2.根据权利要求1所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述液体推送机构包括动力源、传动机构、驱动齿轮以及与驱动齿轮相啮合的从动齿轮，所述驱动齿轮和从动齿轮设置在刮刀机构的内腔中，所述动力源通过传动机构带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动的同时带动从动齿轮转动，且从动齿轮的转动方向与驱动齿轮的转动方向相反，以使液体通过靠近刮刀机构移动方向一侧的长槽吸入至内腔，并经过另一侧的长槽流出以进行当前层的铺液。

3.根据权利要求2所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述传动机构包括第一转轴、第二转轴、以及绕在第一转轴和第二转轴上的同步带，所述动力源通过第一转轴带动同步带运动，同步带运动的同时带动第二转轴运动，第二转轴的运动带动驱动齿轮进行转动。

4.根据权利要求1所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述装置还包括真空注入机构，用于将刮刀机构内腔内的气体抽走。

5.根据权利要求4所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述真空注入机构包括真空泵、压差表和泄压阀，所述真空泵通过气体管路与管道相连，所述气体管路在靠近真空泵的末端设有一分支气体管路，所述泄压阀一端设置在分支气体管路上，泄压阀另一端用于接入外界大气；所述压差表用于检测气体管路的气体压力，控制模块根据压差表检测的气体压力值对泄压阀进行调节，以实现液体填充满内腔并直至管道中预设高度。

6.根据权利要求5所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述真空注入机构还包括过滤阀，所述过滤阀一端用于接入外界大气，过滤阀的另一端通过气体管道与泄压阀的另一端相连，以用于对进入泄压阀的外界大气进行过滤。

7.根据权利要求6所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述装置还包括缓冲瓶，所述缓冲瓶设置在气体管路中，用于存储抽取过度的液体。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述管道中设有液位视窗，所述液位视窗上设有刻度线，以通过该液位视窗观察液面高度。

9.根据权利要求8所述的光固化成型设备的铺液装置，其特征在于，所述装置还包括电磁开关阀，所述电磁开关阀设置在管道中，且位于液位视窗和内腔之间。

10.一种光固化成型设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的光固化成型设备的铺液装置。