專利名稱：一種降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光固化立體成型原型件的后處理方法，特別是一種降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法，該方法通過物理化學(xué)方法對原型件表面進(jìn)行處理，以快速降低原型件表面粗糙度。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)是基于材料累加的加工成型方法，快速成型技術(shù)能夠加快產(chǎn)品的推陳出新，縮短產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)周期。立體光固化成型法是目前多種快速成型方法中應(yīng)用最廣，精度最高的一種方法，它具有制作效率高，材料利用率接近100％的優(yōu)點，能成型形狀特別復(fù)雜(如空心零件)、特別精細(xì)的零件。但是，成型后的原型件表面仍會存在由成型過程中臺階效應(yīng)引起的精度偏差，這是跟立體光固化成型法材料累加成型的工作原理相關(guān)，是不可避免的。
目前國內(nèi)外基本上都是通過成型工藝中軟件，硬件，成型材料以及成型過程中參數(shù)等的優(yōu)化來提高原型精度，但是這些優(yōu)化的代價是成本的提高，并且只能減小臺階效應(yīng)的影響，而不能從根本上消除臺階效應(yīng)。通過后處理工藝對原型件進(jìn)行處理，可以對已成型的臺階效應(yīng)彌補，減小由臺階效應(yīng)引起的誤差，相比較通過增加層數(shù)來提高精度的方法大幅度的降低了生產(chǎn)成本，縮短了制造時間。目前常用的后處理工藝有打磨，機械二次加工等機械加工方式，其缺點在于需要在成型時預(yù)留加工余量，利用機械加工來二次處理，需要耗費大量的人力，物力，進(jìn)一步增加了加工成本，同時不適用于表面形狀比較復(fù)雜的零件。
根據(jù)申請人所進(jìn)行的資料檢索，截至目前還沒有關(guān)于通過物理化學(xué)方法對原型件表面進(jìn)行處理以降低原型件表面粗糙度的相關(guān)文獻(xiàn)和專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種采用物理化學(xué)法降低光固化原型件表面粗糙度的方法。該方法通過樹脂涂料的配制以及涂掛工藝的調(diào)整對立體光固化原型件進(jìn)行后處理，在立體光固化原型件表面形成均勻涂層。該涂層極薄而不影響原型件的尺寸精度，能夠在很短的時間內(nèi)減小由成型過程中不可避免的臺階效應(yīng)所引起的制造誤差，降低原型件表面粗糙度；在成型時無需預(yù)留加工余量，節(jié)約成本，保證了零件的尺寸精度；該方法與磨削等機加工工藝相比較，沒有二次誤差的影響。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，其特征在于，包括下列步驟首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂質(zhì)量百分比加入下列原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；然后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300μm的均勻涂層。
本發(fā)明的方法能夠使立體光固化快速原型件表面粗糙度從原來的6μm～15μm降低到3μm以內(nèi)。消除了立體光固化法產(chǎn)生的臺階效應(yīng)，操作簡便，并且極大的節(jié)省了生產(chǎn)成本，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的應(yīng)用前景，使快速成型件更好的應(yīng)用于生產(chǎn)加工過程。


圖1是通過樹脂涂料涂掛來降低原型件表面粗糙度示意圖；以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式
本發(fā)明給出了一種基于光固化立體成型技術(shù)的降低立體光固化原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，該方法首先通過配制光固化或常溫固化樹脂涂料，此涂料粘度較低，具有一定的潤濕性及流平性，能夠在原型件表面形成很薄的均勻涂層；其次將樹脂涂料涂掛(浸透、刷涂或噴涂)于光固化樹脂原型件表面，通過一定的工藝(倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干)使表面多余樹脂流出后，通過相應(yīng)的固化工藝使表面涂層固化。
本發(fā)明采用以下工藝流程(如圖1所示)1)配制好樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂質(zhì)量百分比加入下列原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；2)將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；3)使表面多余樹脂流出；4)通過光固化(常溫固化)等固化方式使立體光固化樹脂原型件表面涂層固化，在立體光固化原型件內(nèi)外表面形成一層極薄的均勻涂層，從而減小臺階效應(yīng)的影響，降低原型件表面粗糙度。本發(fā)明的方法不需二次機加工，節(jié)約成本，并且使原型件表面達(dá)到工業(yè)級的精度。
本發(fā)明固化工藝，在短時間內(nèi)對樹脂原型件表面涂層進(jìn)行固化。通過固化工藝的調(diào)整，使涂層固化并不影響原型件本身的尺寸精度。光固化時采用高壓汞燈固化，固化時間短，質(zhì)量好，對樹脂進(jìn)行深層固化；固化完畢后又通過低壓紫外燈對表層進(jìn)行固化，通過固化時間的控制保證涂層質(zhì)量。常溫固化通過樹脂涂料的配制調(diào)節(jié)固化時間，可以通過微加熱(不超過樹脂原型件變形溫度)加速固化。
以下是發(fā)明人給出的以光固化涂層為例的具體實施例。
實施例11.調(diào)配樹脂涂料(1).樹脂涂料通過以下幾方面調(diào)制1)在已有的光固化樹脂中加入表面活性劑JFC(聚氧乙烯醚類化合物，加入量不超過光固化樹脂質(zhì)量的0.1％)，加熱攪拌或采用其他化學(xué)方法使光固化樹脂發(fā)生化學(xué)改性。
2)在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的10％)，以降低樹脂粘度。
3)在光固化樹脂中再加入市售UV流平劑4325(加入量不超過樹脂質(zhì)量的1％)，以改善樹脂的流淌性。
4)調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.70Pa.S以內(nèi)，使樹脂涂層性能最優(yōu)，能在將臺階面完全填平并形成一層極薄的涂層，且涂料涂層與臺階面之間有一定的吸附力。調(diào)配完樹脂涂料之后，放置30分鐘以上，待樹脂中氣泡消失后再進(jìn)行下一步工藝。
2.涂掛工藝在已成型立體光固化原型件表面進(jìn)行涂掛，光固化立體成型原型件成型的基本過程是首先利用CAD三維造型軟件設(shè)計樹脂零件，再由專門的計算機切片軟件將三維CAD模型切割成若干薄層平面圖形數(shù)據(jù)。
光固化快速成形開始時，升降臺通常下降到距液面不到0.1mm(約十分之幾毫米，相當(dāng)于CAD模型最下一層切片的厚度)處，隨后x-y激光掃描器根據(jù)第一層(即最下一層)切片的平面圖形數(shù)據(jù)對液面掃描，液面這一層被激光照射到的那部分液態(tài)樹脂由于光聚合作用而固化在升降臺上。接著升降裝置又帶動升降臺使其下降相當(dāng)于第二層切片厚度的高度，x-y激光掃描器再按照第二層切片的平面圖形數(shù)據(jù)對液面掃描，使新一層液態(tài)樹脂固化并緊緊粘在前一層已固化的樹脂上，逐層疊加形成樹脂零件。
涂掛工藝是在立體光固化快速原型件表面涂覆一定厚度的涂層，可以通過以下幾種方式來實現(xiàn)1)刷涂工藝刷涂工藝主要適合于處理簡單且精度要求不高的外表面，其工藝步驟是用細(xì)毛刷將已配制好的樹脂涂料在要處理的立體光固化快速原型件表面上均勻的刷上適當(dāng)?shù)暮穸?，在不高?0℃的溫度下放置10分鐘后進(jìn)行固化。
2)浸透工藝該浸透工藝適用于所有表面，具體操作如下將成型好的原型件從成型機中取出，去掉支撐，清除立體光固化原型件表面殘余樹脂(主要是用酒精，丙酮等化學(xué)試劑對原型件立體光固化清洗)；再將立體光固化快速原型件置于事先配制好的樹脂涂料中，浸透一定時間(5分鐘左右)，使立體光固化快速原型件表面能夠完全浸透并有適量的樹脂涂料涂掛于立體光固化快速原型件表面，隨后將立體光固化快速原型件拿出，并進(jìn)行懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干處理，使表面多余樹脂涂料流出，待立體光固化快速原型件表面過量樹脂涂料流出后對立體光固化快速原型件表面涂層進(jìn)行固化。
3)噴涂工藝該噴涂工藝適用于立體光固化原型件外表面以及廣口的內(nèi)表面，其工藝方法是將調(diào)配好的樹脂涂料裝于已設(shè)計好的噴涂裝置中，將樹脂涂料噴涂于立體光固化快速原型件表面，固化后再次噴涂；噴涂數(shù)次直至涂層表面符合要求。
3.固化工藝光固化工藝是將清理好的立體光固化原型件浸透于光固化樹脂涂料中5分鐘左右，浸透好后將立體光固化原型件從光固化樹脂涂料中拿出，倒置3分鐘(倒置時間可視立體光固化原型件的大小以及形狀復(fù)雜程度而作調(diào)整)，待立體光固化原型件表面上多余樹脂流出，涂層穩(wěn)定時立刻將涂敷好的立體光固化原型件放在高壓汞燈下快速固化，固化時間為150秒，深層固化；然后再放于低壓汞燈下固化3個小時以上對表層進(jìn)行固化，固化完成。
實施例2本實施例與實施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的8％)，加入表面活性劑JFC(聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0.5％)，調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.60Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例3本實施例與實施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的15％)，加入表面活性劑JFC(聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0.8％)，調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.40Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例4本實施例與實施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的20％)，加入表面活性劑JFC(聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0.7％)，調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.35Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例5本實施例與實施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的30％)，加入表面活性劑JFC(聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0.5％)，調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S左右，其余均同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，其特征在于，包括下列步驟首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂質(zhì)量百分比加入下列原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；然后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300μm的均勻涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性稀釋劑為1，6-己二醇二丙烯酸酯，且所述的表面活性劑為聚氧乙烯醚類化合物，以及所述的流平劑為UV流平劑4325。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刷涂方法是用細(xì)毛刷將樹脂涂料在立體光固化原型件表面上均勻的刷上適當(dāng)?shù)暮穸?，在不高?0℃的溫度下放置10分鐘后進(jìn)行固化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸透方法是將成型好的立體光固化原型件從成型機中取出，去掉支撐，清除立體光固化原型件表面殘余樹脂；再將立體光固化原型件置于樹脂涂料中，浸透5分鐘，使立體光固化原型件表面能夠完全浸透并有適量的樹脂涂料涂掛于立體光固化原型件表面，隨后將立體光固化原型件拿出，并進(jìn)行懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干處理，使表面多余樹脂涂料流出，待立體光固化原型件表面過量樹脂涂料流出后對表面涂層進(jìn)行固化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴涂方法是將樹脂涂料裝于噴涂裝置中，直接噴涂于立體光固化原型件表面，形成一層樹脂涂料層，待樹脂涂料固化后再次噴涂；直至涂層表面符合要求。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干使表面多余樹脂涂料流出的處理時間為3分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固化工藝采用常溫固化、加熱固化或采用光固化方式進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的光固化方式為先放在高壓汞燈下固化5分鐘，再置于低壓紫外燈下固化3個小時以上。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的常溫或加熱固化方式時的溫度不超過50℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，該方法首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中加入下列質(zhì)量百分比的原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；然后將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；最后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300μm的均勻涂層，使立體光固化快速原型件表面粗糙度從原來的6μm～15μm降低到3μm以內(nèi)。該方法能夠消除立體光固化法產(chǎn)生的臺階效應(yīng)，操作簡便，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B05D1/38GK101081388SQ20071001818
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者李滌塵, 同穎稚, 吳海華 申請人:西安交通大學(xué)