CN110308625B - 一种光固化膜剥离装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光固化膜剥离装置及方法，装置包括刚性框架，液槽框固定在刚性框架顶部，所述成像薄膜包覆在液槽框底部并与液槽框构成开口液槽，所述成像组件固定在中空梯形支撑内部，所述磁力主动轮位于中空梯形支撑的两侧边，所述中空梯形支撑、成像组件以及磁力主动轮的组合体，固定在直线模组工作台上，所述直线模组固定在刚性框架底部，所述中空梯形支撑向上支撑成像薄膜，并使成像薄膜被支撑部位平坦张紧，所述导磁滚针置于成像薄膜上表面，并分别与中空梯形支撑两侧边的磁力主动轮紧密吸合。本发明方案经济合理、剥离速度快、对固化物和膜的损伤小，易于在长幅面、高精度、高效率光固化三维成形设备中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维打印领域，尤其是一种光固化膜剥离装置及方法。
背景技术
光固化三维成形是高分子材料3D打印的主流方式之一，与热熔挤出成形(FDM)、选择性激光粉末烧结(SLS)等技术相比，具有机械结构简单、成形速度快、表面质量好的优势，已广泛用于齿科、珠宝、汽车等行业。根据固化液面位置不同，光固化三维成形可分为下液面固化和上液面固化两种方式。其中，下液面固化方式将光学图案成像到液池的透明底上，成形零件的高度不受液池深度限制，液体波动亦不影响固化层平整度，因此是现有光固化设备的主要形式之一。完整的下液面光固化三维成形，可分解为多个切片层的逐层顺序固化过程，而每个切片层又分为成像、持续曝光固化、以及膜剥离三个阶段。其中成像是将三维模型逐层切片数据传输至二维成像元件，生成平面图案的环节；持续曝光固化是光源在成像元件控制下，作用到液态高分子物料局部区域，并致其固化的环节；膜剥离则是将固化物从成像薄膜上分离，使得液态高分子物料得以重新充填在成像薄膜与本次固化成形面之间，为下一切片层固化做准备的环节。显而易见，充填在成像薄膜与已固化成形面间的液态高分子物料，在被持续曝光固化后，所生成固化物的下表面附着在成像薄膜上，而其上表面则附着在上一固化层上。因此，将固化物从成像薄膜上剥离是实施连续逐层光固化三维成形的必要环节。需特别指出，将固化物下表面从成像薄膜上剥离时，固化物要克服与成像薄膜之间较大的面附着力，这会导致固化物变形、受损甚至撕裂，进而降低打印质量、或直接导致打印失败。
现存的膜剥离方法包括：成像薄膜单边倾斜剥离、固化物垂直拉伸剥离、成像薄膜重力垂挂剥离等方式，主要通过成像薄膜的弹性变形，从固化物边缘渐进剥离、直至完全分离成像薄膜。但由于成像薄膜还需兼顾透光性，其厚度一般仅有0.1-0.2mm，致使其张力系数很低，其弹性变形所产生的剥离力和剥离角度亦很小。实践中常发生成像薄膜已大幅变形，但仍未从固化物下表面及时剥离的情况，从而导致后续切片层光固化不得不延时等待，而大幅变形的成像薄膜，在与固化物分离的瞬间发生高速回弹，易造成成像薄膜与固化物损伤，直接影响光固化三维成形设备的综合效能。目前，在光固化三维成形领域，针对将固化物从成像薄膜上剥离的需求，还缺少一种结构简单、剥离动作及时可靠、对固化物和膜损伤小的光固化膜剥离方法。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、剥离动作及时可靠、对固化物和膜损伤小的光固化膜剥离装置及方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种光固化膜剥离装置，包含刚性框架、液槽框、成像薄膜、成像组件、中空梯形支撑、磁力主动轮、导磁滚针、直线模组和光固化控制器。所述液槽框固定在刚性框架顶部，所述成像薄膜包覆在液槽框底部并与液槽框构成开口液槽；所述成像组件固定在中空梯形支撑内部，可将局部或完整切片图案投射到成像薄膜上；所述磁力主动轮位于中空梯形支撑的两侧边；所述中空梯形支撑、成像组件以及磁力主动轮的组合体，固定在直线模组工作台上，所述直线模组固定在刚性框架底部；所述中空梯形支撑向上支撑成像薄膜，并使成像薄膜被支撑部位平坦张紧，所述导磁滚针置于成像薄膜上表面，并分别与中空梯形支撑两侧边的磁力主动轮紧密吸合，所述导磁滚针与磁力主动轮紧密吸合时，成像薄膜被压紧在导磁滚针与磁力主动轮间，所述光固化控制器与成像组件、磁力主动轮、直线模组电连接。
开始光固化之前先在开口液槽中注入光敏液态高分子物料，而后光固化控制器发出运动信号至直线模组，发出同步转动信号至磁力主动轮，控制直线模组驱动中空梯形支撑、成像组件以及磁力主动轮组合体移动至开口液槽中心位置，直线模组移动过程中，磁力主动轮的转速与直线模组移动速度同步，使得中空梯形支撑顶部区域的成像薄膜始终处于平坦张紧状态，且平坦张紧状态的成像薄膜与上一层已固化成形体下表面之间维持单个切片层厚度的液体物料；中空梯形支撑两侧的磁力主动轮与位于成像薄膜上方的导磁滚针相互吸引，将中空梯形支撑两侧部位的成像薄膜压紧、贴合在梯形侧边上。
进行光固化时，光固化控制器发出本切片层图像数据至成像组件，成像组件将光学平面图案投射到中空梯形支撑顶部区域的成像薄膜上，并维持曝光时间后关闭光学图案投射，使上一层已固化成形体与成像薄膜间的液体物料，被选择性曝光以形成固化物并附着在上一层固化成形体下方以及成像薄膜上。
将本次曝光固化物从成像薄膜剥离时，光固化控制器发出运动信号至直线模组、发出同步转动信号至磁力主动轮，控制直线模组驱动中空梯形支撑、成像组件以及磁力主动轮构成的组合体，向开口液槽侧方继续移动直至附着在固化物最前方的成像薄膜通过移动方向后方的磁力滚动轮与导磁滚针，此时与固化物附着的成像薄膜区域被完全剥离；直线模组移动过程中，移动方向后方的成像薄膜一旦移出中空梯形支撑顶部区域，立即被移动方向后方磁力主动轮的同步转动及与其吸引配合的导磁滚针，强迫从固化物上剥离并压紧在中空梯形支撑后侧边，剥离后的成像薄膜继续通过磁力主动轮与导磁滚针的滚压与固化物进一步分离，开口液槽中的光敏液态高分子物料自动流动并填充在成像薄膜与固化物分离产生的空隙区域。
本发明的成像薄膜剥离角度,由中空梯形支撑两侧边的倾角确定，通过修改中空梯形支撑两侧边倾角可主动设定成像薄膜的剥离角度，以得到良好的剥离效果，同时降低剥离过程对成像薄膜的损伤，延长成像薄膜的使用寿命与更换周期；本发明的磁力主动轮与导磁滚针通过磁力吸引夹紧成像薄膜，在距离固化物很近的位置用较大的剥离角度将成像薄膜从固化物下表面剥离，剥离速度与直线模组移动速度同步，剥离动作响应无延时，可大幅度降低每个切片层成形的总耗时。
本发明的中空梯形支撑从开口液槽的边缘向开口液槽的中心区域移动时，位于移动方向前方的成像薄膜及中空梯形支撑侧边，与上一层已固化形体构成楔形区域，在移动过程中不断挤压光敏液态高分子物料；当中空梯形支撑到达位于开口液槽中心区域的固化成形位置时，中空梯形支撑顶部张紧平坦的成像薄膜与上一层已固化形体间，可靠填充一层致密且均匀的光敏液态高分子物料，固化成形时不易产生空泡缺陷。
本发明的光固化膜剥离装置及方法，方案经济合理、剥离速度快、对固化物和膜的损伤小，易于在长幅面、高精度、高效率光固化三维成形设备中推广应用。
附图说明
图1-1是本发明的总体结构示意图；
图1-2是本发明的剖面立体图；
图1-3是本发明的剖面平面示意图；
图2是本发明中的一次性曝光固化后的膜剥离示意图；
图3是本发明中的连续曝光固化中的膜剥离示意图；
图4是本发明中的控制信号连接图；
附图标记说明：刚性框架1，液槽框2，成像薄膜3，直线模组4，中空梯形支撑5，成像组件6，第一组磁力主动轮7，第二组磁力主动轮8，第一导磁滚针9，第二导磁滚针10，光敏液态高分子物料11，光固化成形体12，本次曝光固化物13，局部14，光固化控制器20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：
如图1-1、1-2、1-3，刚性框架1顶部有液槽框2，液槽框2底部包覆有成像薄膜3，成像薄膜3与液槽框2构成开口液槽；刚性框架1底部有直线模组4，直线模组4工作台上有中空梯形支撑5，中空梯形支撑5内部有成像组件6，中空梯型支撑两侧分别有第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8，成像薄膜3上方有第一导磁滚针9、第二导磁滚针10，第一导磁滚针9、第二导磁滚针10与第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8分别吸引配合，并将对应部位的成像薄膜3压紧在中空梯形支撑5的两侧边，中空梯形支撑5顶部支撑成像薄膜3，使被支撑部位的成像薄膜3张紧平坦化，成像组件6将平面图案投射到成像薄膜3的张紧平坦化区域，实现对开口液槽内光敏液态高分子物料11的曝光固化。
如图2，开口液槽内有未完成光固化成形体12，光固化成形体12下表有本次曝光固化物13，本次曝光固化物13的下表面与成像薄膜3粘接，成像组件6已完成本次曝光并关闭图像投射，直线模组4带动中空梯形支撑5、成像组件6、第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8从曝光区域继续向开口液槽边缘移动；移动过程中，与本次曝光固化物13粘接的成像薄膜3的局部14，不断被移动方向后方的第一组磁力主动轮7与第一导磁滚针9滚压、拉扯，进而从本次曝光固化物13上线形剥离；当与本次曝光固化物13粘接的成像薄膜3全部区域均通过第一组磁力主动轮7与第一导磁滚针9时，本次曝光固化物13从成像薄膜3上完全剥离，本切片层光固化成形过程结束。
如图4，光固化控制器20与直线模组4连接，光固化控制器20与成像组件6连接，光控制器20与第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8连接；光固化控制器20发出电信号至直线模组4，以控制直线模组4带动中空梯形支撑5、成像组件6、第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8在成像薄膜3底部移动；光固化控制器20发出电信号至第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8，以控制第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8跟随直线模组4的移动而同步转动，进而保证与中空梯形支撑5贴合部分的成像薄膜3始终处于平坦张紧状态；光固化控制器20发出电信号至成像组件6，以控制其将光固化各切片层图案的全部或直线模组实时位置对应的局部，投射到中空梯形支撑5顶部张紧平坦化的成像薄膜3上。
本发明的磁力主动轮通过磁力吸引位于开口液槽内的导磁滚针，通过导磁滚针与磁力主动轮的吸引配合将成像薄膜压紧在中空梯形支撑的侧面，并在直线模组连续移动过程中通过同步转动与导磁滚针相互配合，连续滚压、拉扯成像薄膜，从而以渐进、线形的方式从固化物下表面剥离成像薄膜，剥离速度与直线模组移动速度同步、可控，且无需在开口液槽内设置复杂的机械结构或其它机械、电气动力元件。
本发明磁力主动轮的控制方式除了随直线模组移动而同步转动外，亦可通过光固化控制器实施差速控制，从而更灵活的控制成像薄膜3的张紧状态，进而达成不同的成像与剥离效果。本发明磁力主动轮与导磁滚针的几何形态，即可采用本实施例中的圆柱配合方式，亦可采用圆弧齿等其它配合方式。
本发明的中空梯型支撑亦可在表面设置若干滚轮，从而将其与成像薄膜相对运动时的摩擦方式从本实施例的滑动摩擦方式变为滚动摩擦方式。
实施例2：
如图3，开口液槽内有未完成光固化成形体12，光固化成形体12下表有正在进行中的本次曝光固化物13，本次曝光固化物13的下表面与成像薄膜3粘接，直线模组4带动中空梯形支撑5、成像组件6、第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8从曝光区域继续向开口液槽边缘持续移动；移动过程中，成像组件6根据直线模组的实时位置将本切片层图案的对应区域，滚动投射到上方的成像薄膜3上；与本次曝光固化物13粘接的成像薄膜3的局部14，不断被移动方向后方的第一组磁力主动轮7与第一导磁滚针9滚压、拉扯，进而从本次曝光固化物13上线形剥离；成像组件6将本切片层图案全部投射完成后即关闭图像投射，直线模组4带动中空梯形支撑5、成像组件6、第一组磁力主动轮7、第二组磁力主动轮8继续前移，直至与本次曝光固化物13粘接的成像薄膜3全部通过第一组磁力主动轮7与第一导磁滚针9时，本次曝光固化物13从成像薄膜3上完全剥离，本切片层光固化成形过程结束。
该方法适用于无法在光固化成形体12下表面实现一次性曝光固化成形，而需要通过连续曝光固化成形过程中的膜剥离方法。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种光固化膜剥离装置，包括刚性框架(1)，其特征是：刚性框架(1)顶部设有液槽框(2)，液槽框(2)底部设有成像薄膜(3)，成像薄膜(3)和液槽框(2)共同组成开口液槽，开口液槽内设有光敏液态高分子物料(11)，刚性框架(1)底部设有直线模组(4)，直线模组(4)工作台上设有中空梯形支撑(5)，中空梯形支撑(5)可在直线模组(4)上向两侧移动，中空梯形支撑(5)内设有成像组件(6)，中空梯形支撑(5)顶部支撑成像薄膜(3)使其支撑部位张紧平坦化，且该部位与上方的光固化成形体(12)之间维持单个切片层厚度的缝隙，中空梯形支撑(5)两侧各设有由一对滚轮组成的第一组磁力主动轮(7)和第二组磁力主动轮(8)，与第一组磁力主动轮(7)、第二组磁力主动轮(8)配合的第一导磁滚针(9)、第二导磁滚针(10)设于成像薄膜(3)上方，并通过吸引配合将对应部位的成像薄膜(3)压紧在中空梯形支撑(5)的两侧；一个光固化控制器(20)分别与直线模组(4)、成像组件(6)、第一组磁力主动轮(7)以及第二组磁力主动轮(8)连接，以控制直线模组(4)带动中空梯形支撑(5)、成像组件(6)、第一组磁力主动轮(7)、第二组磁力主动轮(8)在成像薄膜(3)底部移动，控制成像组件(6)将光固化各切片层图案的全部或直线模组(4)实时位置对应的局部，投射到中空梯形支撑(5)顶部张紧平坦化的成像薄膜(3)上，以及控制第一组磁力主动轮(7)和第二组磁力主动轮(8)跟随直线模组(4)的移动而同步转动，进而保证与中空梯形支撑(5)贴合部分的成像薄膜(3)始终处于平坦张紧状态。
2.根据权利要求1所述的光固化膜剥离装置，其特征是：磁力主动轮与导磁滚针之间的配合方式是圆柱配合或圆弧齿配合方式。
3.根据权利要求1所述的光固化膜剥离装置，其特征是：中空梯形支撑(5)与成像薄膜(3)接触部位设有若干滚轮。
4.一种利用权利要求1所述装置的光固化膜剥离方法，包括以下步骤：
1)成像组件(6)将全部平面图案投射到成像薄膜(3)的张紧平坦化区域，实现对开口液槽内光敏液态高分子物料(11)的曝光固化，以形成本次曝光固化物(13)；
2)本次曝光固化物(13)的下表面与成像薄膜(3)粘接，成像组件(6)已完成本次曝光并关闭图像投射，直线模组(4)带动中空梯形支撑(5)、成像组件(6)、第一组磁力主动轮(7)、第二组磁力主动轮(8)从曝光区域继续向开口液槽边缘移动，移动过程中，与本次曝光固化物(13)粘接的成像薄膜(3)的局部(14)，不断被移动方向后方的一组磁力主动轮及与其配合的导磁滚针滚压、拉扯，进而从本次曝光固化物(13)上线形剥离，当与本次曝光固化物(13)粘接的成像薄膜(3)全部区域均通过移动方向后方的一组磁力主动轮与导磁滚针时，本次曝光固化物(13)从成像薄膜(3)上完全剥离，本切片层光固化成形过程结束。
5.一种利用权利要求1所述装置的光固化膜剥离方法，包括以下步骤：
1)成像组件(6)将与直线模组(4)实时位置对应的局部平面图案投射到成像薄膜(3)的张紧平坦化区域，实现对开口液槽内光敏液态高分子物料(11)的曝光固化，以形成本次曝光固化物(13)；
2)正在进行中的本次曝光固化物(13)的下表面与成像薄膜(3)粘接，直线模组(4)带动中空梯形支撑(5)、成像组件(6)、第一组磁力主动轮(7)、第二组磁力主动轮(8)从曝光区域继续向开口液槽边缘持续移动，移动过程中，成像组件(6)继续根据直线模组(4)的实时位置将本切片层图案的对应区域，滚动投射到上方的成像薄膜(3)上，与本次曝光固化物(13)粘接的成像薄膜(3)的局部(14)，不断被移动方向后方的一组磁力主动轮及与其配合的导磁滚针滚压、拉扯，进而从本次曝光固化物(13)上线形剥离，成像组件(6)将本切片层图案全部投射完成后即关闭图像投射，直线模组(4)带动中空梯形支撑(5)、成像组件(6)、第一组磁力主动轮(7)、第二组磁力主动轮(8)继续前移，直至与本次曝光固化物(13)粘接的成像薄膜(3)全部通过移动方向后方的一组磁力主动轮与导磁滚针时，本次曝光固化物(13)从成像薄膜(3)上完全剥离，本切片层光固化成形过程结束。
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- 2019-08-05 CN CN201910718566.0A patent/CN110308625B/zh active Active
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Denomination of invention: A device and method for peeling light cured film Granted publication date: 20230808 Pledgee: Zhejiang Jinhua Chengtai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU DEDI INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980002475 |
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