CN209955315U - 一种多材料光固化成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多材料光固化成型装置，包括PC机、进给装置、打印托板、多材料树脂槽、托架、基架、固化光源、底座、密封亚克力板、低表面能透氧透明薄膜，所述基架为矩形框架结构，所述底座设于基架底部，所述固化光源固定在底座上，且位于多材料树脂槽正下方，所述基架顶面固定有托架，所述托架顶面两侧分别固定有多材料树脂槽和进给装置，所述多材料树脂槽与托架之间存在调平装置，调平装置通过螺栓与弹簧实现。本实用新型可以实现在空间任何位置进行移动，实现了多材料打印，解决了常规通过树脂槽移动进行多材料打印中树脂液面波动带来的加工效率问题。

Description

一种多材料光固化成型装置

技术领域

本实用新型涉及光固化增材制造领域，尤其涉及一种多材料光固化成型装置。

背景技术

光固化3D打印是通过生成层面的轮廓掩膜，一次曝光完成实体零件一个层面的固化，从而可以显著提高成型效率。面投影成型的自由光固化和约束光固化两种方式中，约束光固化因具有节约材料、变形小、固化效率和表面质量高等优点而具有更为广阔的应用前景。然而伴随着工业制造对零件性能要求的日益提高，对单一材料进行打印的光固化成型机已不能够满足特种零件的复杂性和功能性要求。如果对一个零件可以进行多材料的加工，就可以利用多材料的物理、化学性质或其复合性能，从而满足现代工业对零件多性能的要求。目前市场上光固化多材料打印装置都是通过移动树脂槽实现对零件的3D多材料打印，该类装置由于树脂槽在移动时内部的树脂会因为惯性发生摇动，从而影响加工效率。另外，还存在打印托板与树脂槽底面的平行度调平困难等问题。针对上述问题，本次设计了一种解决上述问题的光固化多材料成型装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多材料光固化成型装置，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案：

一种多材料光固化成型装置，包括PC机、进给装置、打印托板、多材料树脂槽、托架、基架、固化光源、底座、密封亚克力板、低表面能透氧透明薄膜，所述基架为矩形框架结构，所述底座设于基架底部，所述固化光源固定在底座上，且位于多材料树脂槽正下方，所述基架顶面固定有托架，所述托架顶面两侧分别固定有多材料树脂槽和进给装置，所述多材料树脂槽与托架之间存在调平装置，调平装置通过螺栓与弹簧实现，所述进给装置顶端连接有打印托板，所述的树脂槽分为四个舱室，所述密封亚克力板和低表面能透氧透明薄膜嵌在于多材料树脂槽底部。

在上述技术方案基础上，所述进给装置包括腰转台机构、驱动大臂、驱动小臂、手腕、末端执行器，所述腰转台机构、驱动大臂、驱动小臂和手腕由低到高分别两两铰接，所述腰转台机构沿水平方向转动，所述末端执行器连接于手腕前端，所述打印托板与末端执行器通过法兰轴相连。

在上述技术方案基础上，所述腰转台机构包括转台电机、基座、支撑壳、转台减速器、转台法兰、转台法兰轴、交叉滚子轴承、空心法兰轴、底盘、转台，所述基座与托架螺钉相连，所述支撑壳与基座内壁螺钉连接，所述支撑壳外壁与转台电机通过双头螺钉连接，所述支撑壳内壁与转台减速器通过沉头螺钉连接，所述转台电机与转台减速器通过键连接，所述转台法兰轴与转台减速器转台法兰连接，所述转台法兰轴与空心法兰轴键连接，所述空心法兰轴与基座之间设有交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承外部通过沉头螺钉连接于基座，所述空心法兰轴与转台内壁之间通过螺钉固定有底盘。

在上述技术方案基础上，所述转台内部设有电机和大臂减速器，所述电机与减速器通过键连接，大臂减速器输出法兰与驱动大臂通过沉头螺钉连接带动驱动大臂运动。

在上述技术方案基础上，所述手腕包括手腕基体、手腕锥齿轮，所述手腕基体左侧设有与轴连接的手腕锥齿轮。

在上述技术方案基础上，所述驱动小臂包括小臂第一电机、小臂第一减速器、小臂第一法兰、小臂第一法兰轴、直齿轮、锥齿轮、实心轴、空心轴连接锥齿轮、连接锥齿轮空心轴、空心轴锥齿轮、小臂第二电机、小臂第二减速器、小臂第二法兰轴，所述小臂第一电机通过沉头螺钉连接在驱动小臂右侧正面外壁，所述小臂第一减速器通过小臂第一法兰设于驱动小臂内壁且连接于小臂第一电机，所述小臂第一法兰，所述小臂第一法兰轴通过沉头螺钉与小臂第一法兰的小臂第一法兰连接，且小臂第一法兰轴末端延伸至驱动小臂另一侧外壁的轴承上，所述小臂第一法兰轴靠近小臂第一减速器处固定有直齿轮，所述锥齿轮通过轴连接设于小臂第一法兰轴左侧的驱动小臂的内壁，所述锥齿轮的连接轴同样设有直齿轮，所述锥齿轮通过两直齿轮啮合转动，所述驱动小臂内壁左侧中部设有实心轴与空心轴同心配合，且空心轴外壁与驱动小臂连接有轴承，所述驱动小臂左侧背部与手腕基体轴连接内侧设有连接锥齿轮，所述实心轴两端固定有锥齿轮，所述锥齿轮与实心轴右侧的锥齿轮啮合，所述连接锥齿轮两侧分别与实心轴左侧的锥齿轮和手腕锥齿轮啮合，所述小臂第二电机通过沉头螺钉连接在驱动小臂右侧背面外壁，所述小臂第二电机、小臂第二减速器、小臂第二法兰轴与小臂第一电机、小臂第一减速器、小臂第一法兰轴连接方式相同，所述小臂第二法兰轴顶端和空心轴两侧分别设有空心轴锥齿轮，所述小臂第二法兰轴顶端的空心轴锥齿轮与空心轴右侧的空心轴锥齿轮啮合，所述驱动小臂左侧正面与手腕基体轴连接内侧设有空心轴连接锥齿轮，所述空心轴左侧的空心轴锥齿轮与空心轴连接锥齿轮啮合。

在上述技术方案基础上，所述根据需求多材料树脂槽能够设为多个舱室，以增加打印材料的种类。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)通过打印托板的移动实现了多材料打印。

(2)进给装置可以实现在空间任何位置进行移动，灵活性好，因而可以通过设计多个多材料树脂槽实现多种材料打印。

(3)由于固化层在与多材料树脂槽底部分离时为整个面分离，可以通过手腕部的翻转与俯仰将分离时的形式由面分离转化为边分离，减小了分离力，提高了工艺可靠性。

(4)打印过程中多材料树脂槽固定不动，解决了常规通过树脂槽移动进行多材料打印中树脂液面波动带来的加工效率问题。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型进给装置结构示意图(其中b图为a图的B-B向剖视图)。

图3为本实用新型多材料树脂槽结构示意图(其中a图为b图的C-C向剖视图)。

图中：1、PC机，2、进给装置，3、打印托板，4、多材料树脂槽，5、托架， 6、基架，7、固化光源，8、底座，9、密封亚克力板，10、低表面能透氧透明薄膜，2a、腰转台机构，2b、驱动大臂，2c、驱动小臂，2d、手腕，2e、末端执行器，2a1、转台电机，2a2、基座，2a3、支撑壳，2a4、转台减速器，2a5、转台法兰，2a6、转台法兰轴，2a7、交叉滚子轴承，2a8、空心法兰轴，2a9、底盘，2a10、转台，2d1、小臂第一电机，2d2、小臂第一减速器，2d3、小臂第一法兰，2d4、小臂第一法兰轴，2d5、直齿轮，2d6、锥齿轮，2d7、实心轴，2d8、手腕基体， 2d9、空心轴连接锥齿轮，2d10、手腕锥齿轮，2d11、连接锥齿轮，2d12、空心轴，2d13、空心轴锥齿轮，2d14、小臂第二电机，2d15、小臂第二减速器，2d16、小臂第二法兰轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细阐述。

如图1-3所示，一种多材料光固化成型装置，包括PC机1、进给装置2、打印托板3、多材料树脂槽4、托架5、基架6、固化光源7、底座8、密封亚克力板9、低表面能透氧透明薄膜10，所述固化光源7与底座8相连。其中固化光源7属紫外线光源uv光源，波长：405nm，曝光均匀性：85％以上，精度：50um，畸变：＜0.8％，最大投影幅面：131.2mm*82mm，最大工作距离：184mm，光源对比度：1000:1。基架6上方固定有托架5，多材料树脂槽4与托架5固连在一起，进给装置2同样也是在托架5进行连接。打印零件的托板3通过法兰轴和联轴器连接在末端执行器之上。进给装置工作行程：200mm。最大进给速度：20mm/s。

所述进给装置2主要是实现在多材料树脂槽上的移动，以及在打印方向上的运动。所述进给装置2包括腰转台机构2a、驱动大臂2b、驱动小臂2c、手腕2d、末端执行器2e，所述腰转台机构2a、驱动大臂2b、驱动小臂2c和手腕2d由低到高分别两两铰接，所述腰转台机构2a沿水平方向转动，所述末端执行器2e连接于手腕2d前端，所述打印托板3与末端执行器2e通过法兰轴相连，腰转台机构2a实现进给装置2在水平面上的转动。

所述腰转台机构2a包括转台电机2a1、基座2a2、支撑壳2a3、转台减速器 2a4、转台法兰2a5、转台法兰轴2a6、交叉滚子轴承2a7、空心法兰轴2a8、底盘2a9、转台2a10，所述基座2a2与托架5螺钉相连，所述支撑壳2a3与基座2a2 内壁螺钉连接，所述支撑壳2a3外壁与转台电机2a1通过双头螺钉连接，所述支撑壳2a3内壁与转台减速器2a4通过沉头螺钉连接，所述转台电机2a1与转台减速器2a4通过键连接，所述转台法兰轴2a6与转台减速器2a4转台法兰2a5连接，所述转台法兰轴2a6与空心法兰轴2a8键连接，所述空心法兰轴2a8与基座2a2之间设有交叉滚子轴承2a7，所述交叉滚子轴承2a7外部通过沉头螺钉连接于基座2a2，所述空心法兰轴2a8与转台2a10内壁之间通过螺钉固定有底盘2a9，由于空心法兰轴2a8上部尺寸过小，可能影响转台的转动，底盘2a9的外形尺寸大于空心法兰轴2a8上与转台2a10内壁的连接孔。

所述驱动大臂2b实现在打印方向上的移动，所述转台2a10内部设有电机和大臂减速器，所述电机与减速器通过键连接，大臂减速器输出法兰与驱动大臂2b 通过沉头螺钉连接带动驱动大臂2b运动。

所述驱动小臂2c的作用是配合驱动大臂2b进行在打印方向上的移动。手腕 2d的作用之一是驱使打印托板在固化完之后，通过手腕2d部的翻转与俯仰将分离时的形式由面分离转化为边分离。从而减小分离力。作用之二是通过手腕的翻转与俯仰控制打印托板与树脂槽树脂液面之间的平行。再加上树脂槽底和托架之间通过螺栓与弹簧进行调平，从而实现总体装置的精确调平。实现手腕2d的俯仰与翻转主要是采用锥齿轮变向传动实现。具体实现方式为：小臂第一电机2d1 通过沉头螺钉连接在驱动小臂2c上，小臂第一减速器2d2同样连接在驱动小臂 2c上，小臂第一法兰轴2d4通过沉头螺钉与小臂第一减速器2d3输出法兰进行连接，小臂第一法兰轴2d4上连接着直齿轮2d5，轴上套有轴承，直齿轮2d5将动力传递至轴上，锥齿轮2d6通过键连接在轴上，通过锥齿轮2d6的变向作用将动力传递至实心轴2d7前端上，锥齿轮2d6定位依靠紧定螺钉和键。实心轴2d7后端同样通过键与手腕锥齿轮2d11进行连接，同样通过2d7锥齿轮与手腕锥齿轮 2d11两次变向，实现末端执行器2e的偏转。打印托板3通过法兰轴，联轴器与末端执行器2e进行相连，从而通过末端执行器2e的偏转带动打印托板3的偏转。手腕2d实现俯仰的原理是在实心轴2d7上套连空心轴2d12，实心轴2d7与空心轴2d12之间利用轴承进行定心和定位。空心轴2d12上前后端同样通过键和紧定螺钉连接上一组完全相同的空心轴连接锥齿轮2d9、空心轴锥齿轮2d13。通过小臂第二电机2d14将动力通过空心轴锥齿轮2d13传递至空心轴2d12前端，空心轴2d12后端连接上空心轴连接锥齿轮2d9，空心轴连接锥齿轮2d9通过螺钉和键固定连接在轴上。将空心轴连接锥齿轮2d9与手腕2d进行焊接，通过空心轴连接锥齿轮2d9的俯仰带动手腕2d的俯仰，末端执行器2e与手腕2d通过轴承连接，从而带动末端执行器2e的俯仰，打印托板3通过法兰轴，联轴器与末端执行器2e连接，实现打印托板3的俯仰。手腕2d的回转主要是通过伺服电机与联轴器相连，联轴器与法兰轴相连，而法兰轴通过沉头螺钉与打印托板3连接，从而实现回转。

本实用新型的工作原理：进行打印工作之前，先对打印的托板3运用传感器进行调平，以确保打印质量。然后打开固化光源7，固化光源7采用DLP光学投影仪，通过光学投影仪可以有选择性的将二维切片图像投影至多材料树脂槽4底部正下方，然后通过进给装置2将打印托板3移动至图像的正上方，从而使得多材料树脂槽4底部与低表面能透氧透明薄膜10之间的树脂进行固化，固化完成后，通过手腕2d部分的俯仰和翻转将固化层分离方式由面分离转化为线分离，从而降低分离力。然后继续进行重复操作，当打印完一种材料时需要打印另一种材料时，通过腰转台机构2a的回转以及俯仰驱动大臂2b和俯仰驱动小臂2c的翻转实现打印托板3从一个树脂槽上方转移至另一个树脂槽上方，然后接着打印，之后重复操作，直至打印完成。

以上所述为本实用新型较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多材料光固化成型装置，包括PC机(1)、进给装置(2)、打印托板(3)、多材料树脂槽(4)、托架(5)、基架(6)、固化光源(7)、底座(8)、密封亚克力板(9)、低表面能透氧透明薄膜(10)，其特征在于：所述基架(6)为矩形框架结构，所述底座(8)设于基架(6)底部，所述固化光源(7)固定在底座(8)上，且位于多材料树脂槽(4)正下方，所述基架(6)顶面固定有托架(5)，所述托架(5)顶面两侧分别固定有多材料树脂槽(4)和进给装置(2)，所述多材料树脂槽(4)与托架(5)之间存在调平装置，调平装置通过螺栓与弹簧实现，所述进给装置(2)顶端连接有打印托板(3)，所述的树脂槽分为四个舱室，所述密封亚克力板(9)和低表面能透氧透明薄膜(10)嵌在于多材料树脂槽(4)底部。

2.根据权利要求1所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述进给装置(2)包括腰转台机构(2a)、驱动大臂(2b)、驱动小臂(2c)、手腕(2d)、末端执行器(2e)，所述腰转台机构(2a)、驱动大臂(2b)、驱动小臂(2c)和手腕(2d)由低到高分别两两铰接，所述腰转台机构(2a)沿水平方向转动，所述末端执行器(2e)连接于手腕(2d)前端，所述打印托板(3)与末端执行器(2e)通过法兰轴相连。

3.根据权利要求2所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述腰转台机构(2a)包括转台电机(2a1)、基座(2a2)、支撑壳(2a3)、转台减速器(2a4)、转台法兰(2a5)、转台法兰轴(2a6)、交叉滚子轴承(2a7)、空心法兰轴(2a8)、底盘(2a9)、转台(2a10)，所述基座(2a2)与托架(5)螺钉相连，所述支撑壳(2a3)与基座(2a2)内壁螺钉连接，所述支撑壳(2a3)外壁与转台电机(2a1)通过双头螺钉连接，所述支撑壳(2a3)内壁与转台减速器(2a4)通过沉头螺钉连接，所述转台电机(2a1)与转台减速器(2a4)通过键连接，所述转台法兰轴(2a6)与转台减速器(2a4)转台法兰(2a5)连接，所述转台法兰轴(2a6)与空心法兰轴(2a8)键连接，所述空心法兰轴(2a8)与基座(2a2)之间设有交叉滚子轴承(2a7)，所述交叉滚子轴承(2a7)外部通过沉头螺钉连接于基座(2a2)，所述空心法兰轴(2a8)与转台(2a10)内壁之间通过螺钉固定有底盘(2a9)。

4.根据权利要求3所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述转台(2a10)内部设有电机和大臂减速器，所述电机与减速器通过键连接，大臂减速器输出法兰与驱动大臂(2b)通过沉头螺钉连接带动驱动大臂(2b)运动。

5.根据权利要求2所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述手腕(2d)包括手腕基体(2d8)、手腕锥齿轮(2d10)，所述手腕基体(2d8)左侧设有与轴连接的手腕锥齿轮(2d10)。

6.根据权利要求2所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述驱动小臂(2c)包括小臂第一电机(2d1)、小臂第一减速器(2d2)、小臂第一法兰(2d3)、小臂第一法兰轴(2d4)、直齿轮(2d5)、锥齿轮(2d6)、实心轴(2d7)、空心轴连接锥齿轮(2d9)、连接锥齿轮(2d11)、空心轴(2d12)、空心轴锥齿轮(2d13)、小臂第二电机(2d14)、小臂第二减速器(2d15)、小臂第二法兰轴(2d16)，所述小臂第一电机(2d1)通过沉头螺钉连接在驱动小臂(2c)右侧正面外壁，所述小臂第一减速器(2d2)通过小臂第一法兰(2d3)设于驱动小臂(2c)内壁且连接于小臂第一电机(2d1)，所述小臂第一法兰(2d3)，所述小臂第一法兰轴(2d4)通过沉头螺钉与小臂第一法兰(2d3)的小臂第一法兰(2d3)连接，且小臂第一法兰轴(2d4)末端延伸至驱动小臂(2c)另一侧外壁的轴承上，所述小臂第一法兰轴(2d4)靠近小臂第一减速器(2d2)处固定有直齿轮(2d5)，所述锥齿轮(2d6)通过轴连接设于小臂第一法兰轴(2d4)左侧的驱动小臂(2c)的内壁，所述锥齿轮(2d6)的连接轴同样设有直齿轮(2d5)，所述锥齿轮(2d6)通过两直齿轮(2d5)啮合转动，所述驱动小臂(2c)内壁左侧中部设有实心轴(2d7)与空心轴(2d12)同心配合，且空心轴(2d12)外壁与驱动小臂(2c)连接有轴承，所述驱动小臂(2c)左侧背部与手腕基体(2d8)轴连接内侧设有连接锥齿轮(2d11)，所述实心轴(2d7)两端固定有锥齿轮(2d6)，所述锥齿轮(2d6)与实心轴(2d7)右侧的锥齿轮(2d6)啮合，所述连接锥齿轮(2d11)两侧分别与实心轴(2d7)左侧的锥齿轮(2d6)和手腕锥齿轮(2d10)啮合，所述小臂第二电机(2d14)通过沉头螺钉连接在驱动小臂(2c)右侧背面外壁，所述小臂第二电机(2d14)、小臂第二减速器(2d15)、小臂第二法兰轴(2d16)与小臂第一电机(2d1)、小臂第一减速器(2d2)、小臂第一法兰轴(2d4)连接方式相同，所述小臂第二法兰轴(2d16)顶端和空心轴(2d12)两侧分别设有空心轴锥齿轮(2d13)，所述小臂第二法兰轴(2d16)顶端的空心轴锥齿轮(2d13)与空心轴(2d12)右侧的空心轴锥齿轮(2d13)啮合，所述驱动小臂(2c)左侧正面与手腕基体(2d8)轴连接内侧设有空心轴连接锥齿轮(2d9)，所述空心轴(2d12)左侧的空心轴锥齿轮(2d13)与空心轴连接锥齿轮(2d9)啮合。

7.根据权利要求1所述的一种多材料光固化成型装置，其特征在于：所述根据需求多材料树脂槽(4)能够设为多个舱室，以增加打印材料的种类。

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