CN108454100B - 基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光固化成型技术领域，尤其是一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，用于在液态光固化剂中逐层固化出三维产品，该成型设备包括：液槽；透光玻璃，液槽的槽底开设有用于光线引入的通道，透光玻璃封堵在通道内；升降机构；以及UV光机系统，该UV光机系统输出的入射光被设置成当依次穿过透光玻璃及液槽内液态光固化剂的入射光到达液态光固化剂的液面时，入射光在液态光固化剂的液面处产生全反射，本发明采用向液槽内投射倾斜的紫外线入射光，利用在光固化剂液上表面处的全反射，从而避免与待成型三维产品上已固化部分上残留的光固化剂相互作用，使UV光的作用范围控制在一定空间内，提高对固化过程的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及光固化成型技术领域，尤其是一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备。
背景技术
数字光处理(DLP)主要是通过UV(紫外线)光来逐层固化光敏聚合物液体，从而创建出3D打印对象，具体为：成像系统置于液槽下方，其成像面正好位于液槽底部，通过能量及图形控制，每次可固化一定厚度及形状的薄层树脂(该层树脂与前面切分所得的截面外形完全相同)。液槽上方设置一个提拉机构，每次截面曝光完成后向上提拉一定高度(该高度与分层厚度一致)，使得当前固化完成的固态树脂与液槽底面分离并粘接在提拉板或上一次成型的树脂层上，这样，通过逐层曝光并提升来生成三维实体；
在光固化成型设备的发展之初，UV光为从上至下垂直照射在光敏聚合物液体上，由于该种从上至下照射的方式容易导致光敏聚合物液体的浪费，因此，目前常采用UV光从下至上垂直照射在光敏聚合物液体上，现有的光固化成型设备的示意图如图1所示，其主要包括一个可以容纳液态光固化剂的液槽、位于液体下方的紫外光源及位于液槽上方的升降机构，紫外光源的成像面正好位于液槽底部；
此种光固化成型设备的缺陷在于：当UV入射光沿垂直方向通过作用点后，仍有部分剩余光线透过液态光固化剂，再者，由于升降机构将当前已固化的三维产品的部位提升至脱离液槽后，三维产品已固化的部位上必然会粘附残留的液态光固化剂，如透过液态光固化剂的剩余光线照射到残留的液态光固化剂上，会在三维产品已固化的部位上固化出额外的滴状物，容易影响成型精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的光固化成型设备中采用将UV光垂直投射至液态光固化剂上，从而存在部分透过液态光固化剂的剩余光线照射到已固化的部位上所残留的液态光固化剂上，导致在三维产品已固化的部位上固化出额外的滴状物，容易影响成型精度的问题，现提供一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，该光固化成型设备利用折射率变化控制光线通过距离，从而避免有剩余UV光透过液态光固化剂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，用于在液态光固化剂中逐层固化出三维产品，该成型设备包括：
液槽，用于容纳液态光固化剂；
透光玻璃，所述液槽的槽底开设有用于光线引入的通道，所述透光玻璃封堵在通道内；
升降平台，用于固定液槽内当前固化完成的三维产品，所述升降平台位于液槽的上方；
升降机构，用于驱动升降平台上升或下降；
以及UV光机系统，用于投射出紫外线入射光，所述UV光机系统设置在透光玻璃的下方，该UV光机系统输出的入射光被设置成当依次穿过透光玻璃及液槽内液态光固化剂的入射光到达液态光固化剂的液面时，入射光在液态光固化剂的液面上表面处产生全反射。
本方案中采用将UV(紫外线)光源投射液槽的入射光倾斜设置，即UV光机系统所输出的到达液态光固化剂中的入射光从液态光固化剂射入到空气中时，液态光固化剂中入射光的入射角≥临界角，其中，液态光固化剂相对空气属于光密介质，使其在液态光固化剂的液面上表面处发生全反射，从而避免对待成型的三维产品上已固化的部位产生影响。
由于液槽内液面的高度决定了全反射的位置，为了便于控制液槽内所加入的液态光固化剂的量，进一步地，所述液槽内设置有用于控制液态光固化剂液面高度的液面高度控制装置，以此维持液槽内液面的高度略微高于当前待成型三维成品的待固化层的高度。
进一步地，所述液面高度控制装置包括输液泵、液位计及用于存放液态光固化剂的储存箱，所述液位计放置在液槽内，所述储存箱通过管道与液槽连通，所述输液泵设置在管道上，所述输液泵及液位计均与控制器信号连接。
进一步地，所述升降机构包括立柱、丝杠、电机及滑块，所述丝杠转动设置在立柱上，所述滑块相对立柱沿丝杠的轴线方向滑动连接，所述电机的输出端与丝杠传动连接，所述滑块与丝杠螺纹传动连接，所述升降平台固定在滑块上。
本发明的有益效果是：本发明的基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备采用向液槽内投射倾斜的紫外线入射光，利用在光固化剂液面处的全反射，从而避免与待成型三维产品上已固化部分上残留的液态光固化剂相互作用，使UV光的作用范围控制在一定空间内，提高对固化过程的控制效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中光固化成型设备的示意图；
图2是本发明中基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备的示意图。
图中：1、液槽，2、透光玻璃，3、升降平台，4、UV光机系统，5、入射光，6、输液泵，7、液位计，8、储存箱，9、管道，10、控制器，11、立柱，12、丝杠，13、电机，14、滑块，15、三维产品，15-1、滴状物。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
实施例1
如图2所示，一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，用于在液态光固化剂中逐层固化出三维产品15，该成型设备包括：
液槽1，用于容纳液态光固化剂；
透光玻璃2，所述液槽1的槽底开设有用于光线引入的通道，所述透光玻璃2封堵在通道内；
升降平台3，用于固定液槽1内当前固化完成的三维产品15，所述升降平台3位于液槽1的上方；
升降机构，用于驱动升降平台3上升或下降；
以及UV光机系统4，用于投射出紫外线入射光5，所述UV光机系统4设置在透光玻璃2的下方，该UV光机系统4输出的入射光5被设置成当依次穿过透光玻璃2及液槽1内液态光固化剂的入射光5到达液态光固化剂的液面时，入射光5在液态光固化剂的液面处产生全反射。
所述液槽1内设置有用于控制液态光固化剂液面高度的液面高度控制装置，以此维持液槽1内液面的高度略微高于当前待成型三维成品的待固化层的高度，以及精准的控制全反射的发生位置。
所述液面高度控制装置包括输液泵6、液位计7及用于存放液态光固化剂的储存箱8，所述液位计7放置在液槽1内，所述储存箱8通过管道9与液槽1连通，所述输液泵6设置在管道9上，所述输液泵6及液位计7均与控制器10信号连接，在每一层固化开始前，由于控制器10控制输液泵6工作，利用输液泵6将储存箱8中的液态光固化剂泵入液槽1中，液位计7实时检测液槽1中液态光固化剂的液面高度，并以信号的形式反馈给控制器10，当液位计7所反馈的液槽1中液态光固化剂的液面高度到达预设值时，控制器10控制输液泵6停止工作。
所述升降机构包括立柱11、丝杠12、电机13及滑块14，所述丝杠12转动设置在立柱11上，所述滑块14相对立柱11沿丝杠12的轴线方向滑动连接，所述电机13的输出端与丝杠12传动连接，所述滑块14与丝杠12螺纹传动连接，所述升降平台3固定在滑块14上，该升降机构利用电机13驱动丝杠12转动，滑块14在丝杠12的作用下，实现带动升降平台3上升或下降。
本发明中液态光固化剂可为液态光敏树脂。
上述基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备工作原理如下：
首先利用液面高度控制装置实现向液槽1内补给当前待成型三维产品15待固化层所需液面高度的液态光固化剂，然后开启UV光机系统4从下至上向液槽1内投射倾斜的紫外线入射光5，使位于液槽1内当前待固化层固化，部分剩余紫外入射光5在液态光固化剂的液面处发生全反射，从而避免与待成型三维产品15上已固化部分上残留的液态光固化剂相互作用，提高固化效果；
其中，三维产品15上已固化好的部分粘接在升降平台3的下表面，每固化好一层结构，升降机构随即驱动升降平台3向上提升，提升的距离与当前所固化好的一层结构的厚度一致，升降机构驱动升降平台3将已固化好的一层结构向上提升后，由液面高度控制装置实现向液槽1内重新补给下一次固化结构所需的液态光固化剂。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (2)
1.一种基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，用于在液态光固化剂中逐层固化出三维产品（15），其特征在于：该成型设备包括：
液槽（1），用于容纳液态光固化剂；
透光玻璃（2），所述液槽（1）的槽底开设有用于光线引入的通道，所述透光玻璃（2）封堵在通道内；
升降平台（3），用于固定液槽（1）内当前固化完成的三维产品（15），所述升降平台（3）位于液槽（1）的上方；
升降机构，用于驱动升降平台（3）上升或下降；
以及UV光机系统（4），用于投射出紫外线入射光（5），所述UV光机系统（4）设置在透光玻璃（2）的下方，该UV光机系统（4）输出的入射光（5）被设置成当依次穿过透光玻璃（2）及液槽（1）内液态光固化剂的入射光（5）到达液态光固化剂的液面时，入射光（5）在液态光固化剂的液面处产生全反射；
所述液槽（1）内设置有用于控制液态光固化剂液面高度的液面高度控制装置；
所述升降机构包括立柱（11）、丝杠（12）、电机（13）及滑块（14），所述丝杠（12）转动设置在立柱（11）上，所述滑块（14）相对立柱（11）沿丝杠（12）的轴线方向滑动连接，所述电机（13）的输出端与丝杠（12）传动连接，所述滑块（14）与丝杠（12）螺纹传动连接，所述升降平台（3）固定在滑块（14）上。
2.根据权利要求1所述的基于全反射原理提高成型效果的光固化成型设备，其特征在于：所述液面高度控制装置包括输液泵（6）、液位计（7）及用于存放液态光固化剂的储存箱（8），所述液位计（7）放置在液槽（1）内，所述储存箱（8）通过管道（9）与液槽（1）连通，所述输液泵（6）设置在管道（9）上，所述输液泵（6）及液位计（7）均与控制器（10）信号连接。
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