CN109747023A - 一种光固化喷射粘接装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种光固化喷射粘接装置及其使用方法，光固化喷射粘接装置的主体结构为工作台上设置铺粉机构、铺胶黏剂机构和光源，铺粉机构和铺胶黏剂机构相互平行，光源与铺粉机构和铺胶黏剂机构分别垂直，光固化喷射粘接装置使用方法的工艺过程包括粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化三个步骤：首先，通过铺粉机构在工作台Y轴方向上的往复运动实现全工作台粉层的铺放，然后，通过铺胶黏剂机构在工作台Y轴方向上的往复运动实现全粉层上部胶黏剂的铺放，最后，通过高精度可控线光源或激光在工作台X轴方向上的移动对粉层和胶黏剂进行精确固化，实现粉末坯体的制造，剩余未粘结粉末通过脱脂烧结的方法去除残留胶黏剂。

Description

一种光固化喷射粘接装置及其使用方法

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喷射粘接装置及其使用方法，利用可控线光源选区固化整体粉床，提高打印精度，拓宽光固化喷射粘接的应用领域。

背景技术：

光固化(photocuring)是指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程，具有高效、适应性广、经济、节能、环保的特点，一般用于成膜过程，光谱中能量最高的紫外光产生的活化能，能够使不饱和聚酯树脂的C—C键断裂，产生自由基从而使树脂固化；当不饱和聚酯树脂中加入光敏剂后，用紫外线或可见光作能源引发，能使树脂很快发生交联反应。

喷射粘结技术(3DP)是一种通过喷射粘合剂使粉末成型的增材制造技术，以粉床作基础，利用喷墨打印头喷洒粘合剂将一层层的粉末在选择的区域内粘合。喷射粘结技术可以用于高分子材料、金属、陶瓷材料的制造，通过喷墨打印成型的原型件可以通过高温烧结将粘合剂去除并实现粉末颗粒之间的融合与连接，从而得到有一定密度与强度的成品。在整个成型过程中不会产生任何残余应力，而且无需任何额外的支撑结构，总体设备成本相对低廉，目前，喷射粘接技术相关设备种类繁多，例如：中国专利201511003016.9公开的一种基于3DP工艺的多功能多喷头彩色3D打印设备包括：机架：用于固定打印设备的所有部件；材料缸组件：用于放置待加工的材料，包括一个空腔的材料缸体，缸体的顶部开口，底部为一个活动的能够在驱动装置的作用下上下往复运动的材料缸升降平台；工作缸组件：用于放置加工的制件，包括一个空腔的工作缸体，缸体的顶部开口，底部为一个活动的能够在驱动装置的作用下上下往复运动的工作缸升降平台；3D打印组件：包括若干个打印喷头，包括压电类型和热发泡类型，以及与喷头连接的材料存储罐，用于喷出墨水或者粘结剂，能够在一个打印驱动机构的作用下在工作缸体上端一个水平面上进行横向和纵向移动；铺粉装置：设置在材料缸组件和工作缸组件上方，能够将材料缸体内的材料均匀的刮至工作缸体内，包括一铺粉驱动机构以及能够在铺粉驱动机构作用下往复运动的铺粉组件；控制装置：用于控制材料缸组件、工作缸组件、3D打印组件、打印喷头、铺粉装置的控制机构；中国专利201811091792.2公开的一种落地式3DP打印设备包括：若干构造组件、铺粉组件以及喷墨组件；每一所述构造组件包括工作箱与举升件，所述工作箱包括底板以及滑动连接于所述底板上的侧板，所述底板用于固定安装于地基表面，所述侧板用于滑动设置于地基凹槽内，所述举升件连接所述侧板及地基凹槽的侧壁，用于驱动所述侧板相对所述底板上下滑动；所述铺粉组件包括第一驱动件以及设置于所述第一驱动件的铺粉件，所述第一驱动件至少连接一所述构造组件的工作箱的侧板；所述喷墨组件包括第二驱动件以及安装于所述第二驱动件的喷墨件，所述第二驱动件至少连接一所述构造组件的工作箱的侧板；中国专利201810521002.3公开的一种3DP打印设备包括设备框架，所述设备框架包括上层框架、下层框架和中间层的衔接框架，所述下层框架内设有升降平台和工作箱，所述上层框架内设有落料机构和打印机构，所述落料机构上侧设有供粉机构，所述衔接框架上侧设有落料导轨，所述落料机构通过驱动机构一驱动沿落料导轨往复移动，所述上层框架下侧设有打印导轨，所述打印机构通过驱动机构二驱动沿打印导轨往复移动；所述落料导轨的导向方向沿工作箱的宽度方向设置，所述打印导轨设有X向导轨和Y向导轨，所述X向导轨沿工作箱的长度方向设置，且为打印头打印时移动方向；中国专利201720452117.2公开的一种3DP型3D打印机包括外壳，所述外壳内部下端左右两侧设有第一电机，所述第一电机设在外壳内部的后端，所述第一电机前侧设有第一丝杆，所述第一丝杆上设有第一滑块，所述第一滑块上侧设有第一连接杆，所述第一连接杆上侧设有支撑板，所述支撑板上侧左端设有第二电机，所述第二电机设在支撑板左侧的前后两端，所述第二电机右侧设有第二丝杆，所述第二丝杆上设有第二滑块，所述第二滑块上侧设有第二连接杆，所述第二连接杆上侧设有承载板，所述外壳内部左右两端设有凹槽，所述凹槽内侧设有开口，所述凹槽内部下端设有第三电机，所述第三电机上侧设有第三丝杆，所述第三丝杆上设有第三滑块，所述第三滑块内侧设有第三连接杆，所述第三连接杆之间设有连接块，所述连接块上侧左右两端分别设有粉料存储腔和胶水存储腔，所述粉料存储腔和胶水存储腔下侧设有排料管，所述排料管下侧设有喷头，所述外壳上侧左右两端分别设有粉料存储箱和胶水存储箱，所述粉料存储箱和胶水存储箱下侧设有出料管，所述出料管下侧设有连接软管；中国专利201720458361.X公开的一种高效3DP打印机包括工作箱、装料腔和加工腔，所述工作箱底部左右两侧分别设有加工腔和装料腔，加工腔中滑动配合有成型加工板，成型加工板下端中间位置连接位于加工腔底部的三号液压伸缩缸，装料腔内配合有活塞板，活塞板上方的装料腔中装有打印粉末，装料腔上端口处设有推料板，推料板右端与一号液压伸缩缸输出端连接，加工腔左侧的工作箱底部设有收料口，收料口下端通过导管连接有收料箱，所述加工腔上方的工作箱中水平设有水平螺杆，水平螺杆左端穿过工作箱左端，并且与水平电机的输出端连接，水平螺杆上配合设有水平滑块，水平滑块下端设有吊板，吊板下端设有安装板，安装板中间位置设有升降电机，升降电机的输出端设有升降螺杆，升降螺杆上套设有升降块，升降块上端设有与升降螺杆相配合的升降孔，升降块的截面为矩形，升降块左右两侧对称设有导向夹板，升降块下端设有喷头，所述加工腔外侧设有从动齿环，加工腔右侧的工作箱底部固定有转动电机，转动电机的输出端设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿环相互啮合；但是，上述专利产品或现有技术中的喷射粘结技术与设备存在需要通过高精度喷头喷洒粘结剂和制造精度较低的问题。因此，研发设计一种光固化喷射粘接装置及其使用方法，利用可控线光源选区固化整体粉床，实现粉末的光固化粘结成形，同时，提高打印精度，拓宽光固化喷射粘接的应用领域，解决需要从国外进口高精度喷头和整体技术制于人的问题。

发明内容：

本发明的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种光固化喷射粘接装置及其使用方法，解决需要从国外进口高精度喷头和整体技术受制于人的问题，实现提高打印精度和拓宽光固化喷射粘接的应用领域的目的。

为了实现上述目的，本发明涉及的光固化喷射粘接装置的主体结构包括工作台、铺粉机构、铺胶黏剂机构和光源；矩形结构的工作台的上方设置有互相平行的铺粉机构和铺胶黏剂机构，工作台的上方还设置有光源，光源分别与铺粉机构和铺胶黏剂机构垂直。

本发明涉及的工作台为支持3D打印的工作台；铺粉机构为选区激光熔凝或电子束熔炼中使用的铺粉设备，铺粉机构能够铺设陶瓷粉末或金属粉末；铺胶黏剂机构为将胶黏剂从一道细缝挤出或从多束喷头喷出的设备；光源为多楞反光镜控制的激光光源或可控选区LED线光源。

本发明涉及的光固化喷射粘接装置使用方法的工艺过程包括粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化共三个步骤：

一、粉层铺设：开启铺粉机构，铺粉机构沿Y轴方向直线往复运行，同时在工作台上铺设粉层；

二、胶黏剂铺设：开启铺粘结剂机构，铺胶黏剂机构沿Y轴方向直线往复运行，同时工作台的粉层上铺设光固化胶黏剂；

三、选区光固化：光源沿X轴方向直线往复运行并按照三维数字模型切片数据进行选区照射，在工作台的上方对设定区域的粉层和胶黏剂进行扫描和光固化，设定区域的粉层在胶黏剂和光源的作用下固化形成打印图形；

重复粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化步骤，直至整个三维数字模型打印完成。

本发明与现有技术相比，光固化喷射粘接装置的主体结构为工作台上设置铺粉机构、铺胶黏剂机构和光源，铺粉机构和铺胶黏剂机构相互平行，光源与铺粉机构和铺胶黏剂机构分别垂直，光固化喷射粘接装置使用方法的工艺过程包括粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化三个步骤：首先，通过铺粉机构在工作台Y轴方向上的往复运动实现全工作台粉层的铺放，然后，通过铺胶黏剂机构在工作台Y轴方向上的往复运动实现全粉层上部胶黏剂的铺放，最后，通过高精度可控线光源或激光在工作台X轴方向上的移动对粉层和胶黏剂进行精确固化，实现粉末坯体的制造，剩余未粘结粉末通过脱脂烧结的方法去除残留胶黏剂，达到回收和环保的目的；其装置的主体结构，其方法原理科学可靠，粉层和胶黏剂的铺设过程以及选区光固化的过程简单，打印精度高。

附图说明：

图1为本发明涉及的光固化喷射粘接装置的主体结构示意图。

图2为本发明实施例2涉及的粉层铺设效果示意图。

图3为本发明实施例2涉及的胶黏剂铺设效果示意图。

图4为本发明实施例2涉及的选区光固化效果示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的光固化喷射粘接装置的主体结构包括工作台1、铺粉机构2、铺胶黏剂机构3和光源4；矩形结构的工作台1的上方设置有互相平行的铺粉机构2和铺胶黏剂机构3，工作台1的上方还设置有光源4，光源4分别与铺粉机构2和铺胶黏剂机构3垂直。

本实施例涉及的工作台1为支持3D打印的工作台；铺粉机构2为选区激光熔凝或电子束熔炼中使用的铺粉设备，铺粉机构2能够铺设陶瓷粉末或金属粉末；铺胶黏剂机构3为将胶黏剂从一道细缝挤出或从多束喷头喷出的设备；光源4为多楞反光镜控制的激光光源或可控选区LED线光源。

实施例2：

本实施例涉及的光固化喷射粘接装置使用方法的工艺过程包括粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化共三个步骤：

一、粉层铺设：开启铺粉机构2，如图2所示，铺粉机构2沿Y轴方向直线往复运行，同时在工作台1上铺设粉层；

二、胶黏剂铺设：开启铺粘结剂机构3，如图3所示，铺胶黏剂机构3沿Y轴方向直线往复运行，同时工作台1的粉层上铺设光固化胶黏剂；

三、选区光固化：多楞反光镜控制的激光光源或可控选区LED线光源沿X轴方向直线往复运行并按照三维数字模型切片数据进行选区照射，在工作台1的上方对设定区域的粉层和胶黏剂进行扫描和光固化，设定区域的粉层在胶黏剂和多楞反光镜控制的激光光源或可控选区LED线光源的作用下固化形成打印图形5，如图4所示；

重复粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化步骤，直至整个三维数字模型打印完成。

Claims (3)

1.一种光固化喷射粘接装置，其特征在于主体结构包括工作台、铺粉机构、铺胶黏剂机构和光源；矩形结构的工作台的上方设置有互相平行的铺粉机构和铺胶黏剂机构，工作台的上方还设置有光源，光源分别与铺粉机构和铺胶黏剂机构垂直。

2.根据权利要求1所述的光固化喷射粘接装置，其特征在于工作台为支持3D打印的工作台；铺粉机构为选区激光熔凝或电子束熔炼中使用的铺粉设备，铺粉机构能够铺设陶瓷粉末或金属粉末；铺胶黏剂机构为将胶黏剂从一道细缝挤出或从多束喷头喷出的设备；光源为多楞反光镜控制的激光光源或可控选区LED线光源。

3.一种光固化喷射粘接装置使用方法，其特征在于工艺过程包括粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化共三个步骤：

一、粉层铺设：开启铺粉机构，铺粉机构沿Y轴方向直线往复运行，同时在工作台上铺设粉层；

二、胶黏剂铺设：开启铺粘结剂机构，铺胶黏剂机构沿Y轴方向直线往复运行，同时工作台的粉层上铺设光固化胶黏剂；

三、选区光固化：光源沿X轴方向直线往复运行并按照三维数字模型切片数据进行选区照射，在工作台的上方对设定区域的粉层和胶黏剂进行扫描和光固化，设定区域的粉层在胶黏剂和光源的作用下固化形成打印图形；

重复粉层铺设、胶黏剂铺设和选区光固化步骤，直至整个三维数字模型打印完成。