CN110385854B - 用于高粘度浆料成形的sla设备及浆料成形的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于高粘度浆料成形的SLA设备，包括成形室，成形室的顶部设置有激光通孔，激光通孔的顶部安装有光学系统，成形室的底部依次设置有送料仓、成形仓及收料仓，送料仓内设置有升降平台a，成形仓内设置有升降平台b，激光通孔正对升降平台b，成形室内设置有刮刀模块，光学系统、刮刀模块、升降平台a及升降平台b均连接有控制系统。本发明还公开了浆料成形的控制方法，通过光学系统、送料仓、成形仓、收料仓及刮刀模块的协调作用，将高粘度浆料固化成形。本发明的SLA设备通过刮刀的水平移动和推板的竖直移动，将高粘度浆料均匀地铺设在升降平台b上，有效避免了高粘度浆料粘结在刮刀而导致成形基材缺料的问题。

Description

用于高粘度浆料成形的SLA设备及浆料成形的控制方法

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种用于高粘度浆料成形的SLA设备，本发明还涉及浆料成形的控制方法。

背景技术

光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus，SLA)是最早提出的并应用于商业的快速成形技术，SLA是基于光敏树脂的光聚合原理工作的。利用计算机控制紫外激光扫描光敏树脂，并将扫描区域的光敏树脂固化，逐渐堆积直至成形出所需零件。由于其成本低廉且制备的零件精度高，故SLA工艺的使用范围从单纯的树脂成形扩大到陶瓷、金属等材料的成形，还有混合树脂材料的成形如陶瓷类的浆料。陶瓷类浆料是树脂和陶瓷类粉末的混合物，其性能优于光敏树脂，强度、硬度较高、韧性好、耐热性好，但由于其黏度较高，使现有的SLA设备难以对其进行打印成形。

现有的SLA设备对液态树脂光进行固化成形处理时，是将所有的液态树脂材料全部装入成形仓，依靠液态树脂材料的自流平运动实现其表面的平整，再通过刮刀将其表面进一步刮平。但是，现有的SLA设备对高粘度混合树脂材料进行固化成形处理时，因高粘度混合树脂材料的粘度较高，不具备液态树脂材料的流动性，无法通过自流平的方式实现高粘度混合树脂材料表面的平整，且高粘度混合树脂材料极易粘连在铺料刮刀上，然后吸附更多的浆料，造成成形平台上缺料，而且也无法通过成形平台的下降完成送料。

发明内容

本发明的目的是提供用于高粘度浆料成形的SLA设备，解决了现有技术中存在的高粘度混合树脂材料易粘连铺料刮刀，成形平台上未固化的高粘度混合树脂材料难以及时清理，造成材料污染的问题。

本发明所采用的一种技术方案是，用于高粘度浆料成形的SLA设备，包括成形室，成形室的顶部设置有激光通孔，激光通孔的顶部安装有光学系统，成形室的底部依次设置有送料仓、成形仓及收料仓，送料仓内设置有升降平台a，成形仓内设置有升降平台b，激光通孔正对升降平台b，成形室内设置有刮刀模块，光学系统、刮刀模块、升降平台a及升降平台b均连接有控制系统。

本发明的特点还在于：

刮刀模块包括刮刀托架，刮刀托架的一侧内安装有刮刀安装架，刮刀安装架的一侧设置有至少一个气缸，气缸的活塞杆端部设置有推板，推板垂直于刮刀安装架本体，且平行于水平面，刮刀安装架靠近底部的本体内设置有刮刀，刮刀的刀刃端伸出刮刀安装架的底部，刮刀与推板相互垂直，刮刀与推板之间设置有间隙。

刮刀托架的横截面为直角三角形，刮刀托架的其中一个直角边所在侧面平行于水平面，沿刮刀托架的底部向本体设置有与刮刀安装架相匹配的槽a，刮刀安装架安装在槽a内，刮刀托架和刮刀安装架的本体对应设置有至少两对安装孔。

刮刀安装架的横截面为矩形，沿刮刀安装架的底部向本体设置有与刮刀相匹配的槽b，槽b内设置有至少两个螺纹孔a，刮刀的本体设置有与螺纹孔a相对应的通孔b，刮刀通过螺钉穿过通孔b和螺纹孔a固定在刮刀安装架。

推板的横截面为矩形，推板的长度不小于刮刀的长度。

气缸为微型气缸，气缸包括双作用型气缸和单作用弹簧压回型气缸中的任意一种。

气缸活塞杆的端部设置有内螺纹，推板设置有沉头孔c，内螺纹和沉头孔c均匹配于沉头螺钉，推板通过沉头螺钉穿过沉头孔c与气缸的活塞杆相连接。

升降平台a的侧面安装有密封毛毡a，毛毡a紧贴送料仓的内壁，升降平台a的底部安装有矩形空心安装架a，安装架a内设置有丝杠a，丝杠a远离升降平台a的一端连接有丝杠螺母，丝杠a伸出安装架a底部，且通过联轴器a连接有伺服电机a的轴。

升降平台b的侧面安装有密封毛毡b，毛毡b紧贴成形仓的内壁，升降平台b的底部安装有矩形空心安装架b，安装架b内设置有丝杠b，丝杠b远离升降平台b的一端连接有丝杠螺母，丝杠b伸出安装架b底部，且通过联轴器b连接有伺服电机b的轴，送料仓与成形仓之间设置有隔板。

本发明所采用的另一种技术方案是，浆料成形的控制方法，采用上述用于高粘度浆料成形的SLA设备，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将高粘度浆料倒入送料仓的升降平台a，并将高粘度浆料的上表面填平，高粘度浆料的上表面略低于送料仓的仓口；

步骤2、将刮刀模块移动至靠近送料仓的成形室一侧，启动控制系统，将升降平台b上升至与成形室的底面平齐，并控制升降平台b与光学系统(1)的焦平面重合；

步骤3、控制升降平台a向成形室推送高粘度浆料，同时控制刮刀模块将高粘度浆料带至成形仓的升降平台b，并刮平；

步骤4、刮刀模块将多余高粘度浆料刮至收料仓内；

步骤5、控制光学系统依照零件的截面信息对升降平台b上的高粘度浆料进行扫描曝光，并进行固化；

步骤6、控制升降平台b下移至与成形室的底面平行，再控制刮刀模块移动至初始位置，重复步骤3～5，直至完成零件的成形，取出零件即可。

本发明的有益效果是：

本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备，通过刮刀的水平移动和推板的竖直移动，将用于SLA设备打印的高粘度浆料均匀地铺设在成形基材上，有效避免了高粘度浆料粘结在刮刀上而导致成形基材缺料，影响最终产品质量的问题；本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备可以持续、稳定地将高粘度浆料输送到成形基材，通过电磁阀控制气缸的移动和停止，实现了3D打印过程的自动化，同时也确保打印出优质的混合材料零件；本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备结构简单、操作便捷，造价低廉。

附图说明

图1是本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备的结构示意图；

图2是本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备中刮刀模块的结构示意图；

图3是光学系统的结构示意图。

图中，1.光学系统，2.成形室；

3.刮刀模块，3-1.刮刀托架，3-2.刮刀安装架，3-3.气缸，3-4.推板，3-5.刮刀，3-6.螺钉；

4.高粘度浆料，5.升降平台a，6.送料仓，7.成形仓，8.收料仓，9.升降平台b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备，如图1所示，包括成形室2，成形室2的顶部设置有激光通孔，激光通孔的顶部安装有光学系统1，成形室2的底部依次设置有送料仓6、成形仓7及收料仓8，送料仓6内设置有升降平台a5，成形仓7内设置有升降平台b9，激光通孔正对升降平台b9，所述成形室2内设置有刮刀模块3，光学系统1、刮刀模块3、升降平台a5及升降平台b9均连接有控制系统。

如图2所示，刮刀模块3包括刮刀托架3-1，刮刀托架3-1的一侧内安装有刮刀安装架3-2，刮刀托架3-1和刮刀安装架3-2的本体对应设置有至少两对安装孔；刮刀安装架3-2的一侧设置有至少一个气缸3-3，气缸3-3的活塞杆端部设置有推板3-4，推板3-4垂直于刮刀安装架3-2本体，且平行于成形室2的底部，刮刀安装架3-2靠近底部的本体内设置有刮刀3-5，刮刀3-5的刀刃端伸出刮刀安装架3-2的底部，刮刀3-5与推板3-4相互垂直，且刮刀3-5与推板3-4之间设置有间隙；推板3-4的横截面为矩形，推板3-4的长度不小于刮刀3-5的长度。

其中，刮刀托架3-1的横截面为直角三角形，刮刀托架3-1的其中一个直角边所在侧面平行于水平面，沿刮刀托架3-1的其中一个三角形侧面的底部向本体设置有与刮刀安装架3-2相匹配的槽a，刮刀安装架3-2安装在槽a内；刮刀安装架3-2的横截面为矩形，沿刮刀安装架3-2的底部向本体设置有与刮刀3-5相匹配的槽b，槽b内设置有至少两个螺纹孔a，刮刀3-5的本体设置有与螺纹孔a相对应的通孔b，刮刀3-5通过螺钉3-6穿过通孔b和螺纹孔a固定在刮刀安装架3-2；刮刀3-5的横截面为矩形。

其中，气缸3-3为微型气缸，气缸3-3包括双作用型气缸和单作用弹簧压回型气缸中的任意一种；气缸3-3的活塞杆的端部设置有内螺纹，推板3-4设置有沉头孔c，内螺纹和沉头孔c均匹配有沉头螺钉，推板3-4通过沉头螺钉穿过沉头孔c与气缸3-3的活塞杆相连接。

升降平台a5的侧面安装有密封毛毡a，毛毡a紧贴送料仓6的内壁，升降平台a5的底部安装有矩形空心安装架a，安装架a内设置有丝杠a，丝杠a远离升降平台a5的一端连接有丝杠螺母，丝杠a伸出安装架a底部，且通过联轴器a连接有伺服电机a的轴。

升降平台b9的侧面安装有密封毛毡b，毛毡b紧贴成形仓7的内壁，升降平台b9的底部安装有矩形空心安装架b，安装架b内设置有丝杠b，丝杠b远离升降平台b9的一端连接有丝杠螺母，丝杠b伸出安装架b底部，且通过联轴器b连接有伺服电机b的轴，送料仓6与成形仓7之间设置有隔板。

本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备中主要部件的作用分别如下：

刮刀托架3-1：将用于SLA设备的刮刀装置通过安装孔安装在传动机构的同步带压板上，在同步带的移动下，带动刮刀装置水平移动，以达到刮刀3-5送料和均匀铺料的目的；

刮刀安装架3-2：用于安装并固定刮刀3-5，可根据实际情况调整刮刀3-5的位置，以达到在升降平台b9上均匀抹开高粘度浆料的目的；

气缸3-3：本发明采用两个单作用弹簧压回型气缸，两气缸通过同一电磁阀控制，可确保同时通断，同步移动，而且通过调速阀可以调整气缸活塞杆的移动速度，进而带动推板3-4将粘在刮刀3-5上的高粘度浆料推到安装在升降平台b9的成形基材上；

刮刀3-5：用于将高粘度浆料推到成形基材上，并均匀抹开，为材料固化成形做准备；

螺钉3-6：采用螺钉3-6将刮刀3-5固定在刮刀安装架3-2上，便于刮刀3-5将高粘度浆料抹平至所需厚度。

送料仓6中设有升降平台a5：在打印前，将充足的高粘度浆料4储存在送料仓6内，控制系统控制升降平台a5上移进行送料；通过控制升降平台a5的上移距离进而控制送料比；升降平台a5上的密封毛毡a将高粘度浆料4阻隔在升降平台a5的上表面；

升降平台a5的底部安装有矩形空心安装架a，送料仓6的内侧安装带有滑块的直线导轨，矩形空心安装架a通过螺钉与滑块相连；控制系统驱动电机a转动，丝杠a将电机a的转动转化为空心安装架a的上下移动，进而带动升降平台a5上下移动。

成形仓7内设有升降平台b9：控制系统通过升降平台b9的下降距离控制每层的铺料厚度和成形厚度；升降平台b9上的密封毛毡b将高粘度浆料4阻隔在升降平台b9的上表面；

升降平台b9的底部安装有矩形空心安装架b，成形仓7的内侧安装带有滑块的直线导轨，矩形空心安装架b通过螺钉与滑块相连；控制系统驱动电机b转动，丝杠b将电机b的转动转化为空心安装架a的上下移动，进而带动升降平台b9上下移动。

光学系统1：如图3所示，包括激光器、激光光纤、导光系统及光学扫描系统，激光器发射的激光通过激光光纤传导至导光系统，再经导光系统传导至成形室2顶部的光学扫描系统，控制系统根据成形基材上每层高粘度浆料4的截面信息控制光学扫描系统里光束的偏转移动，对高粘度浆料4进行曝光。

本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备中刮刀模块3的工作原理如下：

如图2所示，采用螺钉3-6将刮刀3-5安装在刮刀安装架3-2上；然后将推板3-4通过沉头螺钉安装到气缸3-3的活塞杆，并控制刮刀3-5和推板3-4之间留有间隙(一般不大于0.1mm)；将用于SLA设备的刮刀装置通过刮刀托架3-1上的安装孔安装在传动机构的同步带压板上，并将气缸3-3与压缩空气源进行连接，测试并调节调速阀至适宜的进气速度，通过调速阀调整推板的移动速度，使推板3-4的运动速度、刮刀3-5的移动速度及刮刀3-5的位置(电磁阀打开的时刻)协调最佳；将光学系统1通过激光通孔正对升降平台b9，SLA设备的送料仓6通过升降平台a5将高粘度浆料推送到升降平台b9上，在同步带的转动下带动刮刀装置在升降平台b9上水平移动，进而抹平高粘度浆料，当刮刀3-5移动到上述最佳位置时，打开气缸3-3的电磁阀，通过活塞杆控制推板3-4将刮刀3-5上的高粘度浆料进行下推，同时刮刀3-5对高粘度浆料进行抹平，直至气缸3-3的活塞杆达到最大行程，并到达SLA设备的收料仓8时，电磁阀关闭，气缸3-3的活塞杆回收，带动推板3-4至起始位置，此时，光学系统对高粘度浆料层进行曝光扫描，完成后，同步带带动刮刀装置至初始位置，循环往复，直至将升降平台b9上的高粘度浆料打印完毕。

本发明还涉及浆料成形的控制方法，采用上述用于高粘度浆料成形的SLA设备，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将高粘度浆料4倒入送料仓6的升降平台a5，并将高粘度浆料4的上表面填平，高粘度浆料4的上表面略低于送料仓6的仓口；

步骤2、将刮刀模块3移动至靠近送料仓6的成形室2一侧，启动控制系统，将升降平台b9上升至与成形室2的底面平齐，并控制升降平台b9与光学系统1的焦平面重合；

步骤3、控制升降平台a5向成形室2推送高粘度浆料4，同时控制刮刀模块3将高粘度浆料4带至成形仓7的升降平台b9，并刮平；

步骤4、刮刀模块3将多余高粘度浆料4刮至收料仓8内；

步骤5、控制光学系统1依照零件的截面信息对升降平台b9上的高粘度浆料4进行扫描曝光，并进行固化；

步骤6、控制升降平台b9下移至与成形室2的底面平行，再控制刮刀模块3移动至初始位置，重复步骤3～5，直至完成零件的成形，取出零件即可。

本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备，其优点在于：

(1)、本发明用于高粘度浆料成形的SLA设备，将送料仓6、成形仓7及收料仓8分开设置，避免了多余浆料影响高粘度浆料4的成形，同时也降低了浆料污染的风险；

(2)、本发明的刮刀模块3带有自动向下推料的功能，不仅避免了高粘度浆料4粘结在刮刀3-5上，导致升降平台b9缺料的情况，还能实现将高粘度浆料4均匀、平整地铺平在升降平台b9的目的；通过设置合适的送料比，真正实现按需送料，不会因过度送料而造成浪费。

(3)、刮刀3-5、升降平台a5、升降平台b9的移动速度、移动距离及停止位置均可以通过控制系统进行调节，实现了3D打印的自动化。

Claims (5)

1.用于高粘度浆料成形的SLA设备，其特征在于，包括成形室（2），所述成形室（2）的顶部设置有激光通孔，所述激光通孔的顶部安装有光学系统（1），所述成形室（2）的底部依次设置有送料仓（6）、成形仓（7）及收料仓（8），所述送料仓（6）内设置有升降平台a（5），所述成形仓（7）内设置有升降平台b（9），所述激光通孔正对升降平台b（9），所述成形室（2）内设置有刮刀模块（3），所述光学系统（1）、刮刀模块（3）、升降平台a（5）及升降平台b（9）均连接有控制系统；

刮刀模块（3）包括刮刀托架（3-1），所述刮刀托架（3-1）的一侧内安装有刮刀安装架（3-2），所述刮刀安装架（3-2）的一侧设置有至少一个气缸（3-3），所述气缸（3-3）的活塞杆端部设置有推板（3-4），所述推板（3-4）垂直于刮刀安装架（3-2）本体，且平行于水平面，所述刮刀安装架（3-2）靠近底部的本体内设置有刮刀（3-5），所述刮刀（3-5）的刀刃端伸出刮刀安装架（3-2）的底部，所述刮刀（3-5）与推板（3-4）相互垂直，所述刮刀（3-5）与推板（3-4）之间设置有间隙，间隙不大于0.1mm；

所述刮刀托架（3-1）的横截面为直角三角形，所述刮刀托架（3-1）的其中一个直角边所在侧面平行于水平面，沿所述刮刀托架（3-1）的底部向本体设置有与刮刀安装架（3-2）相匹配的槽a，所述刮刀安装架（3-2）安装在槽a内，所述刮刀托架（3-1）和刮刀安装架（3-2）的本体对应设置有至少两对安装孔；

所述刮刀安装架（3-2）的横截面为矩形，沿所述刮刀安装架（3-2）的底部向本体设置有与刮刀（3-5）相匹配的槽b，所述槽b内设置有至少两个螺纹孔a，所述刮刀（3-5）的本体设置有与螺纹孔a相对应的通孔b，所述刮刀（3-5）通过螺钉（3-6）穿过螺栓孔b和螺纹孔a固定在刮刀安装架（3-2）；

所述推板（3-4）的横截面为矩形，所述推板（3-4）的长度不小于刮刀（3-5）的长度；

浆料成形的控制方法，采用用于高粘度浆料成形的SLA设备，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将高粘度浆料（4）倒入送料仓（6）的升降平台a（5），并将高粘度浆料（4）的上表面填平，所述高粘度浆料（4）的上表面略低于送料仓（6）的仓口；

步骤2、将刮刀模块（3）移动至靠近送料仓（6）的成形室（2）一侧，启动控制系统，将升降平台b（9）上升至与成形室（2）的底面平齐，并控制升降平台b（9）与光学系统（1）的焦平面重合；

步骤3、控制升降平台a（5）向成形室（2）推送高粘度浆料（4），同时控制刮刀模块（3）将高粘度浆料（4）带至成形仓（7）的升降平台b（9），打开气缸（3-3）的电磁阀，通过活塞杆控制推板（3-4）将刮刀（3-5）上的高粘度浆料进行下推，同时刮刀（3-5）对高粘度浆料进行抹平；

步骤4、直至气缸（3-3）的活塞杆达到最大行程，并到达SLA设备的收料仓（8）时，刮刀模块（3）将多余高粘度浆料（4）刮至收料仓（8）内，电磁阀关闭，气缸（3-3）的活塞杆回收，带动推板（3-4）至起始位置；

步骤5、控制光学系统（1）依照零件的截面信息对升降平台b（9）上的高粘度浆料（4）进行扫描曝光，并进行固化；

步骤6、控制升降平台b（9）下移至与成形室（2）的底面平行，再控制刮刀模块（3）移动至初始位置，重复步骤3~5，直至完成零件的成形，取出零件即可。

2.如权利要求1所述的用于高粘度浆料成形的SLA设备，其特征在于，所述气缸（3-3）为微型气缸，所述气缸（3-3）包括双作用型气缸和单作用弹簧压回型气缸中的任意一种。

3.如权利要求2所述的用于高粘度浆料成形的SLA设备，其特征在于，所述气缸（3-3）的活塞杆的端部设置有内螺纹，所述推板（3-4）设置有沉头孔c，所述内螺纹和沉头孔c均匹配有沉头螺钉，所述推板（3-4）通过沉头螺钉穿过沉头孔c与气缸（3-3）的活塞杆相连接。

4.如权利要求1所述的用于高粘度浆料成形的SLA设备，其特征在于，所述升降平台a（5）的侧面安装有密封毛毡a，所述密封毛毡a紧贴送料仓（6）的内壁，所述升降平台a（5）的底部安装有矩形空心安装架a，所述安装架a内设置有丝杠a，所述丝杠a远离升降平台a（5）的一端连接有丝杠螺母，所述丝杠a伸出安装架a底部，且通过联轴器a连接有伺服电机a的轴。

5.如权利要求4所述的用于高粘度浆料成形的SLA设备，其特征在于，所述升降平台b（9）的侧面安装有密封毛毡b，所述密封毛毡b紧贴成形仓（7）的内壁，所述升降平台b（9）的底部安装有矩形空心安装架b，所述安装架b内设置有丝杠b，所述丝杠b远离升降平台b（9）的一端连接有丝杠螺母，所述丝杠b伸出安装架b底部，且通过联轴器b连接有伺服电机b的轴，所述送料仓（6）与成形仓（7）之间设置有隔板。

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