CN1236899A - 非激光光源线扫描光固化成型方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种非激光光源线扫描光固化成型方法及其装置,以非激光的紫外灯为光源,利用光导纤维传输光能,用一维阵列光开关条为扫描条,计算机控制阵列开关和扫描条横向运动完成一个层面的光固化成型,光固化树脂的吸收峰波长与光源的强波长一致,具有成本低、精度高、成型效率高、工艺简单的特点。
Description
本发明是一种光固化成型方法及其装置，属于制造技术领域，可以应用于机械、仪器仪表、计算机、汽车、航天航空、建筑、医疗工程领域的模型和样件的快速制造。
快速成型技术(RP)是制造技术的一个全新概念，它采用材料累加成型原理，无需刀具、工装，通过多种途径形成三维实体，是一种极富生命力的制造业发展方向。
目前已开发出的快速成形方法有许多种，主要有光固化法(Stereolithography)、层叠法(LOM)、烧结法(SLS)、熔焊法(FDM)、3D印刷法(3D-Printer)等。其中以光固化的综合性能最好，商品机的销售量最大，其市场占有率已达70％，它的主要特点为成型精度高、表面光洁度好、材料利用率高、成型速度快、可制作中空和精细结构等，因而成为快速成型用户的首选设备。美国的3D Systems公司，日本的CMET公司、德国EOS公司和我国的西安交通大学是研究光固化设备和技术的主要单位。由于使用低功率紫外光激光器，使得快速成型无热、无振动、无烟尘。
现有的光固化法主要是利用光敏树脂受紫外激光照射固化的原理进行材料累加成型。它需要紫外光激光器和高质量的扫描系统，每个层面的成型需要扫描系统在光敏树脂液面上进行图形轮廓扫描和实体的填充，它的成本和使用费用都很高，如激光器，额定使用寿命只有2000小时，扫描系统的费用较高，成型精度受扫描器精度限制，制造小模型尚好，若要用于制做大模型，则扫描图形引起的畸变就很大，不易修正，对模型的精度影响很大，另外，由于每层的固化都要逐点的照射固化，也使得成型效率难以提高。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一个更加廉价，精密和高效的光固化成型方法，使用非激光紫外灯做为光源，制做一个一维的透光条，条上刻划出0.1mm的开关单元，每个开关单元都是一个光开关，通过计算机控制这些开关，来形成一维的图形，开关条的横向运动，又构成了另一维图形的形成，两者合成，开关条横向运动，开关条中的开关在做相应的开关，从而构成二维光扫描。
本发明的优点是，分辩率高，精度高，成本低，易实现，开关条在液面上走一遍就可完成一个层面的扫描，成型速度也提高，尤其在制做大尺寸的成型机上更有优势。
附图是实现本发明的装置之一，该装置包括：1聚光镜；2光源；3收光器；4光纤；5扫描开关条；6导轨；7光固化树脂；8光开关
光源(2)置于椭圆聚光镜(1)的焦点位置上，收光器(3)置于椭圆聚光镜(1)的另一焦点位置上，紫外光经聚光镜(2)和收光器(3)聚光，通过光纤(4)将光传输到扫描开关条(5)上，扫描开关条(5)由两条导轨(6)支撑，可在树脂(7)的液面上运动实现扫描，扫描开关条(5)上光开关(8)由计算机控制光的通断。
本发明提出的基于非激光光源的光固化快速成型方法及其装置，可使快速成型技术大幅度降低购置费用和使用费用，提高光源的稳定性和可靠性。此系统将在保持光固化快速成型的优点(如成型精度高，成型光洁度高，材料利用率高和可制作中空与精细结构等)基础上，价格上降低80％，是一种高效低成本的快速成型方法。
Claims (7)
1．非激光光源线扫描光固化成型方法，其特征在于，以波长230-350nm的紫外灯为引发光固化反应的光源，通过椭圆形反射镜聚光，由光导纤维将光传输到光输出端，通过光开关条对光固化树脂进行扫描成型，扫描系统使用光开关条横向运动实现，光固化树脂的吸收峰波长值与光源的最强波长值一致。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于光源为230-350nm的紫外灯。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于光源聚光镜为椭圆柱或椭圆球反射面，发射面上镀紫外反射膜。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于光开关条对紫外光有95％以上的透过率，开关条上刻划出0.1mm的漏光孔，对光的通断控制在50Hz以上。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于开关条的横向运动实现扫描，当开关条在横向运动时，计算机要根据扫描数据来控制光的开断，一次完成一个层面的扫描。
6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于光固化树脂的特征为其吸收光波长与光源的强光波长一致。
7．实现权利要求1所述方法的装置，包括光源和扫描机构，其特征在于，光源(2)置于椭圆聚光镜(1)的焦点位置上，收光器(3)置于椭圆聚光镜(1)的另一焦点位置上，紫外光经聚光镜(2)和收光器(3)聚光，通过光纤(4)将光传输到扫描开关条(5)上，扫描开关条(5)由两条导轨(6)支撑，可在树脂(7)的液面上运动实现扫描，扫描开关条(5)上光开关(8)由计算机控制光的通断。
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