CN114801184A - 光固化成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光固化成形方法。光固化成形方法包括如下步骤获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度；获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间；和根据停留时间控制用于支撑成形件的基板停留相应的时间后再向下移动以开始下一层打印成形。本发明的光固化成形方法可根据固化层在固化冷却后的设定温度自动获取基板的停留时间，并在停留够相应的时间以使得固化层充分冷却后再开始下一层打印，进而减小成形件内部温度梯度以控制成形件的形变量。
Description
技术领域
本发明涉及快速成形制造领域，特别涉及一种光固化成形方法。
背景技术
光固化成形3D打印技术通过使用特定波长和强度的激光聚焦到光敏树脂材料表面，使之由点到线、由线到面、顺序凝固，完成一个层面的成形，再逐层固化，堆积于基板上，最终成形目标三维实体。
使用光固化技术成形大尺寸、大壁厚气动试验件过程中，激光持续照射光敏树脂材料表面。输入光敏树脂材料的能量使材料固化，同时也提高了材料的温度。当材料表面升温速率大于材料表面与下方材料热交换速率时，表面温度会逐渐提升，试验件成形过程中内部的温度梯度也会逐渐增大。试验件内部温度梯度过大所产生的应力使试验件发生变形，变形量过大甚至会干涉涂铺装置运动并导致成形终止。
在发明人了解到的相关技术中，可通过程序设定固定的停留时间来延长每层之间的停留时间，控制试验件成形过程中内部的温度梯度，达到减小试验件变形的目的。但试验件各层面积不尽相同，材料表面与下方材料热交换速率也受多种因素影响，设置固定的停留时间可能导致散热时间过短或过长。散热时间过短会导致局部冷却不充分，使试验件发生变形。散热时间过长会导致试验件充分冷却后未及时开始下一层的成形工作，降低了生产效率。
在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光固化成形方法，以有效控制成形件的变形。
本发明提供一种光固化成形方法，包括如下步骤：
获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度；
获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间；和
根据停留时间控制用于支撑成形件的基板停留相应的时间后再向下移动以开始下一层打印成形。
在一些实施例中，获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间包括：根据激光扫描功率、固化层的扫描时间、固化层的面积、材料密度、材料比热容、材料导热系数和固化层在完成固化后的最高温度计算获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间。
在一些实施例中，停留时间与激光扫描功率正相关；和/或，停留时间与每个固化层的扫描时间正相关。
在一些实施例中，停留时间与第一比值的平方正相关，第一比值为每个固化层的扫描时间和面积的比值；和/或，停留时间与第二比值的平方正相关，第二比值为激光扫描功率与最高温度和设定温度之间的差值的比值。
在一些实施例中，通过热传导公式推导得出停留时间的计算公式，并根据计算公式计算停留时间。
在一些实施例中，停留时间公式为
在一些实施例中，成形件包括多个固化层，每个固化层的设定温度相同或者不同。
在一些实施例中，光固化成形方法还包括：控制用于支撑成形件的基板停留相应的时间后再向下移动后，先控制涂铺装置涂铺再控制激光器照射。
基于本发明提供的光固化成形方法，包括如下步骤：获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度；获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间；和根据停留时间控制用于支撑成形件的基板停留相应的时间后再向下移动以开始下一层打印成形。本发明的光固化成形方法可根据固化层在固化冷却后的设定温度自动获取基板的停留时间，并在停留够相应的时间以使得固化层充分冷却后再开始下一层打印，进而减小成形件内部温度梯度以控制成形件的形变量。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例的光固化成形方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的光固化成形设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在......之上”、“在......上方”、“在......上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在......上方”可以包括“在......上方”和“在......下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
参考图1，本发明实施例的光固化成形方法包括如下步骤：
获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度；
获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间；和
根据停留时间控制用于支撑成形件的基板停留相应的时间后再向下移动以开始下一层打印成形。
本发明实施例的光固化成形方法可根据固化层在固化冷却后的设定温度自动获取基板的停留时间，并在停留够相应的时间以使得固化层充分冷却后再开始下一层打印，进而减小成形件内部温度梯度以控制成形件的形变量。
参考图2，本发明实施例的光固化成形设备包括基板1、成形缸2、涂铺装置3、激光器6、基板支架7和控制器8。
基板1固定在基板支架7上，基板支架7的上方与电机驱动连接，基板支架7可带动基板1上下移动。成形缸2内储存有液态光敏树脂原材料4。基板1上均布密集圆孔，成形过程中的成形件5底部生长于基板1上，控制器8控制激光器6按照程序设定形状和路径逐层对液态光敏树脂原材料4的上表面进行照射，上表面原材料经照射固化后，控制器8获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度以及固化层冷却到设定温度所需要的停留时间，并根据停留时间控制基板1停留相应的时间后，控制器8发出信号控制基板支架7移动，带动基板1下沉一个层厚，涂铺装置3在液态光敏树脂原材料4的上表面沿水平方向进行往复运动，完成涂铺动作后，系统按程序设定开始下一层打印。
在此需要说明的是，在一些实施例中，成形件5包括多个固化层，每个固化层的设定温度相同或者不同。在一个例子中，该设定温度与每个固化层的面积相关，若面积不同，则设定温度可能不同。在另一个例子中，每个固化层的设定温度是相同的，该设定温度与缸内树脂的温度相同。
在一些实施例中，获取在成形过程中成形件5的固化层在固化冷却后的设定温度包括根据各个固化层的面积来计算获取对应固化层的设定温度。
在一些实施例中，获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间包括：根据激光扫描功率、固化层的扫描时间、固化层的面积、材料密度、材料比热容、材料导热系数和固化层在完成固化后的最高温度计算获取固化层冷却到设定温度所需要的停留时间。
其中，激光扫描功率、每个固化层的扫描时间以及每个固化层的面积是由控制器根据切片信息获取的。材料密度、材料比热容和材料导热系数可由用户输入获得。
在一些实施例中，停留时间与激光扫描功率正相关。激光扫描功率越大就会使得固化层的温度升高越高，停留时间越长才能使得固化层充分冷却以使得温度下降到设定温度。
优选地，停留时间与激光扫描功率的二次方呈正相关。
在一些实施例中，停留时间与固化层的扫描时间正相关。
在一些实施例中，停留时间与第一比值的平方正相关。第一比值为每个固化层的扫描时间和面积的比值tn/An。
在一些实施例中，停留时间与第二比值的平方正相关，第二比值为激光扫描功率P与最高温度Tw和设定温度To之间的差值的比值。此处的最高温度Tw和设定温度To之间的差值Tw-T0是由激光照射在光敏树脂表面后，材料吸收激光的能量所产生。最高温度和设定温度之间的差值Tw-To与激光扫描功率P存在相关性。若温度差值增大，说明激光扫描功率P增大；若激光扫描功率P保持不变，则温度差值为常数。
在一些实施例中，通过热传导公式推导得出停留时间的计算公式，并根据计算公式计算停留时间。
在一些实施例中，停留时间公式为
其中，t为停留时间，P为激光扫描功率，tn为第n层扫描时间，An为第n层面积，ρ为材料密度，c为材料比热容，γ为材料导热系数，Tw为成形件上表面最高温度，T0为缸内树脂设定温度。此处的最高温度可以通过激光功率P，第n层扫描时间tn及相应材料的物理性质常数计算得出，也可以根据前期打印过程中测量积累的经验值进行设定。
具体在本实施例中，成形件5为试验件。
本实施例的光固化成形方法可实现对停留时间的自动计算，并在温度降至设定温度后第一时间开始后续打印工作。在有效控制试验件变形的同时，最大化提升成形效率。本实施例的光固化成形方法通过控制冷却时间并减小试验件内部温度梯度，从而控制试验件形变量。有效控制试验件变形，提高试验件尺寸精度。同时减少了材料表面充分冷却后额外停留时间，提高了成形效率。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，配置为引起处理器执行可执行指令时，实现上述实施例的光固化成形方法。
上述计算机可读存储介质可以是易失性存储器或非易失性存储器。其中，非易失性存储器可以是只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、磁性随机存取存储器、快闪存储器、磁表面存储器、光盘、或只读光盘。易失性存储器可以是随机存取存储器。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种光固化成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取在成形过程中成形件的固化层在固化冷却后的设定温度；
获取所述固化层冷却到所述设定温度所需要的停留时间；和
根据所述停留时间控制用于支撑所述成形件的基板停留相应的时间后再向下移动以开始下一层打印成形。
2.根据权利要求1所述的光固化成形方法，其特征在于，获取固化层冷却到所述设定温度所需要的停留时间包括：根据激光扫描功率、固化层的扫描时间、固化层的面积、材料密度、材料比热容、材料导热系数和固化层在完成固化后的最高温度计算获取固化层冷却到所述设定温度所需要的停留时间。
3.根据权利要求2所述的光固化成形方法，其特征在于，所述停留时间与所述激光扫描功率正相关；和/或，所述停留时间与每个固化层的扫描时间正相关。
4.根据权利要求2所述的光固化成形方法，其特征在于，所述停留时间与第一比值的平方正相关，所述第一比值为每个固化层的扫描时间和面积的比值；和/或，所述停留时间与第二比值的平方正相关，所述第二比值为激光扫描功率与最高温度和所述设定温度之间的差值的比值。
5.根据权利要求2所述的光固化成形方法，其特征在于，通过热传导公式推导得出停留时间的计算公式，并根据所述计算公式计算停留时间。
6.根据权利要求5所述的光固化成形方法，其特征在于，所述停留时间公式为
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光固化成形方法，其特征在于，所述成形件包括多个固化层，每个固化层的设定温度相同或者不同。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的光固化成形方法，其特征在于，所述控制方法还包括：控制用于支撑所述成形件的基板停留相应的时间后再向下移动后，先控制涂铺装置涂铺再控制激光器照射。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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