高黏度材料的面曝光成型裝置的製作方法

2023-06-08 00:37:06 1

本發明屬於先進位造技術範圍內光固化成型增材製造領域。具體涉及一種高黏度材料的面曝光成型裝置。

背景技術：
增材製造技術是一種近三十年來新興的先進位造技術，這種技術可以製造傳統加工方法難以加工的一些零件，在很多領域得到了廣泛的應用。其中光固化技術是最早商業化的一種增材製造技術，這種技術通過控制曝光的路徑或曝光形狀來製造零件的每一層，然後將層與層固結在一起，最終成型零件。這種技術具有製造精度高的特點。可用於光固化加工的材料有很多，但普通自上而下曝光的光固化設備要求材料流動性好，即粘度較低，這樣在固化下一層時，已經固化層上方液體材料的層厚可以通過刮板和液體的自然流平來保證，但如果要固化的材料是高黏度材料，則每一層的層厚就難以精確控制，所以難以直接應用於現有的光固化裝備來成型高精度零件，導致光固化成型技術在這一範圍的應用受到限制。例如在鑄造模具和生物支架等領域，通常需要高固相含量的陶瓷漿料來成型具有複雜外形或複雜內部結構的陶瓷零件，但高固相含量的陶瓷漿料的黏度高，導致加工難度大，加工失敗率高，製成的零件尺寸精度和表面粗糙度難以保證。本發明針對這個問題，設計了專門的自下而上(底曝光)的面曝光成型裝置，用以進行高黏度材料的光固化加工。

技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種高黏度材料的面曝光成型裝置，該裝置運用底曝光固化材料的形式，配合重塗機構和傾斜機構，不僅在原理上避開了普通光固化設備成型高黏度材料所遇到材料難以流平和重塗的問題，而且解決了運用底曝光方式所帶來的固化層黏接到材料槽底面的問題。為達到上述目的，本發明採用的技術方案為：這種高黏度材料的面曝光成型裝置，Z軸平移臺固定在機架上，與機架基準平面相垂直，Z軸平移臺上固定有工作檯支架，工作檯支架上連接有拉壓力傳感器，拉壓力傳感器下方連接有精密傾斜器，精密傾斜器下方連接有工作檯。所述的工作檯內部裝有UVLED陣列，工作檯底部為透光底板。所述的材料槽旋轉臺通過鉸鏈連接到機架上，鉸鏈軸通過材料槽的底面平面，材料槽旋轉臺通過步進電機帶動一對直齒輪實現其上材料槽的整周旋轉，材料槽通過釋放快速夾緊夾具從材料槽旋轉臺上拆下，材料槽旋轉臺上固定有材料重塗機構。所述的材料槽底面為複合結構，包括高透光率玻璃板和具有化學惰性、高透光性、低黏附性的聚四氟乙烯薄膜。所述的材料重塗機構包括磁性底座，磁性底座上方連接有Z方向手動位移臺、Z方向手動位移臺上方連接有連接杆，連接杆上另一端連接有刮板。材料槽旋轉臺下方，凸輪旋轉電機固定在機架上，凸輪旋轉電機通過聯軸器連接凸輪軸及軸承，凸輪通過力鎖合與材料槽旋轉臺連接。本發明改變了普通光固化設備頂曝光的曝光方式，並且設計了針對底曝光和高黏度材料的運動機構，針對這樣的曝光方式和運動形式來設計控制系統，實現固化，脫層，重塗，刮平等一系列連續動作，從而順利成型材料。附圖說明圖1為本發明的結構軸測示意圖；圖2為工作檯剖面結構示意圖；圖3為重塗機構結構示意圖；圖4為材料槽結構示意圖；圖5為控制系統組成示意圖；圖中：1為Z軸平移臺；2為拉壓力傳感器；3為精密傾斜器；4為工作檯；5為重塗機構；6為凸輪旋轉電機；7為凸輪軸及軸承；8為凸輪；9為UVLED光源；10為投影鏡頭；11為材料槽；12為材料槽旋轉臺；13為鉸鏈；14為工作檯支架；15為UVLED陣列；16為透光底板；17為磁性底座；18為Z方向手動位移臺；19為連接杆：20為刮板；21為高透光率玻璃板；22為聚四氟乙烯薄膜。具體實施方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：本發明的整體軸測圖如圖1所示，這種高黏度材料的面曝光成型裝置，具有Z軸平移臺1，它固定在機架上，與機架基準平面相垂直。Z軸平移臺1上固定有工作檯支架14。工作檯支架上14連接有拉壓力傳感器2、精密傾斜器3、工作檯4。其中拉壓力傳感器2的作用為監測成型過程中脫層時所產生的對工作檯4的拉力，以及在Z軸平移臺1下降過程中起到防止工作檯4或其上已經成型的零件碰撞材料槽11的作用。所述的高黏度為3000毫帕秒——20000毫帕秒。如圖2，工作檯4內部裝有UVLED陣列15，陣列為3×4，工作檯4底部為透光底板16。UVLED陣列15的作用為在固化第一層材料時將固化的材料牢牢黏接到透光底板16上，以防止後續固化時已經成型的零件從透光底板16上脫開。材料槽旋轉臺12通過鉸鏈13連接到機架上，鉸鏈13軸通過材料槽11的底面平面。材料槽旋轉臺12通過步進電機帶動一對直齒輪實現材料槽11旋轉。材料槽11可以通過釋放快速夾緊夾具從材料槽旋轉臺12上拆下。材料槽旋轉臺12上固定有材料重塗機構。如圖4，材料槽11底面為複合結構，包括高透光率玻璃板21，高透光率玻璃板21上覆蓋有聚四氟乙烯薄膜22。聚四氟乙烯薄膜22具有化學惰性，且不易與固化的材料黏接。凸輪傾斜機構在材料槽旋轉臺12下方，由凸輪8、凸輪軸及軸承7、凸輪旋轉電機6組成。其中凸輪旋轉電機6採用蝸輪蝸杆傳動。在凸輪旋轉電機6驅動下，凸輪機構可以驅動材料槽旋轉臺12向下傾斜，而後返回水平狀態。以此實現固化層與聚四氟乙烯薄膜22的脫離，也就是脫層。如圖3，材料重塗機構包括磁性底座17、Z方向手動位移臺18、連接杆19。Z方向手動位移臺18連接在磁性底座17上方，連接杆19的長度達到材料槽中央，刮板20在垂直於材料槽底面平面內角度可以調節。在脫層結束後，固化的部位出現了因材料無法流平而產生的凹坑，此時材料槽旋轉臺12做整周旋轉動作，刮板20將材料槽11內所有材料刮平，對凹坑進行重塗，以為下一次固化做準備。如圖5，控制系統的成型裝置控制界面分為兩個子界面：曝光系統控制界面和加工系統控制界面。曝光系統控制界面控制曝光系統完成曝光，加工系統控制界面控制加工系統控制電路來控制三個分系統的電機來實現機構的正確有序運轉。