本發(fā)明屬于快速成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多材料底面曝光連續(xù)成型系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
光固化3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)中最早出現(xiàn)的快速制造工藝，通過光源選擇性照射液態(tài)光敏材料使其發(fā)生聚合反應(yīng)，然后逐層堆疊形成三維結(jié)構(gòu)，最終打印出具有一定機(jī)械結(jié)構(gòu)、特性的零件。光固化3D打印技術(shù)目前主要有逐點(diǎn)掃描式光固化(SLA)和面曝光投影固化(DLP)兩種，理論上面曝光固化(DLP)這種方法使設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝都更加簡單，一次成形一個(gè)層面能夠提高效率，而且由于所使用光源成形圖案精度高便于實(shí)現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的打印。但目前的底面曝光投影固化(DLP)系統(tǒng)在成形過程中普遍存在著成形零件與底部易粘接而與已固化層斷開破壞打印過程，尤其是當(dāng)所使用的光固化材料黏度較高，而且零件截面積較大時(shí)，固化后的零件更加難以粘接到工作臺(tái)上，因?yàn)楦唣ざ炔牧系墓袒阅芤话爿^弱，物化性能較復(fù)雜，零件在固化后被拉起時(shí)由于漿料的粘附力較大，固化層被拉斷；截面積較大的零件在固化大截面時(shí)，在底部會(huì)形成真空狀態(tài)，導(dǎo)致固化層粘接在底部而破壞打印過程，該問題直接導(dǎo)致零件打印時(shí)固化層站接不到上一層而中斷或打印零件出現(xiàn)大面積缺陷；同時(shí)目前的底面曝光設(shè)備中都無法實(shí)現(xiàn)多種材料的曝光固化，因?yàn)槎喾N材料成型送料較麻煩，容易引起多種材料混合，而且多種材料由于性能不同在層分離時(shí)也較難分離。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種多材料底面曝光連續(xù)成型系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)多材料的曝光固化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)固化層面與液槽底部的分離。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的多材料底面曝光連續(xù)成型系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、送料系統(tǒng)、成型系統(tǒng)、分離系統(tǒng)及供氧系統(tǒng)；送料系統(tǒng)包括液壓泵、送料管及噴嘴；成型系統(tǒng)包括液槽、隔板、透光玻璃板、投影光機(jī)、工作臺(tái)以及用于帶動(dòng)工作臺(tái)在Z軸方向上移動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)；分離系統(tǒng)包括薄膜以及用于驅(qū)動(dòng)薄膜運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
液槽由隔板分割為儲(chǔ)液室及成型室，液槽為中空結(jié)構(gòu)，液槽4位于透光玻璃板上，薄膜位于液槽與透光玻璃板之間，工作臺(tái)正對(duì)成型室，液壓泵的出液口經(jīng)送料管與噴嘴的入口相連通，噴嘴位于儲(chǔ)液室的正上方，投影光機(jī)正對(duì)透光玻璃板及工作臺(tái)的底部，計(jì)算機(jī)的輸出端與液壓泵的控制端、升降機(jī)構(gòu)的控制端及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制端相連接，供氧系統(tǒng)向薄膜的底部供氧氣，氧氣透過薄膜在薄膜與成型室內(nèi)的光固化液體之間形成氧阻聚層。
所述升降機(jī)構(gòu)包括Z軸升降臺(tái)及工作臺(tái)懸臂梁，工作臺(tái)懸臂梁的一端固定于Z軸升降臺(tái)上，工作臺(tái)的上端固定于工作臺(tái)懸臂梁的另一端。
所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶輪電機(jī)、第一帶輪、第二帶輪、同步帶、第一軸及第二軸，帶輪電機(jī)的輸出軸與第一軸相連接，第一帶輪套接于第一軸上，第二帶輪套接于第二軸上，第一帶輪與第二帶輪通過同步帶相連接，薄膜兩端分別纏繞于第一軸及第二軸上，帶輪電機(jī)的控制端與計(jì)算機(jī)的輸出端相連接。
還包括用于張緊薄膜的張緊輪。
供氧系統(tǒng)包括制氧機(jī)、輸氧管以及設(shè)于輸氧管上的氣體流量計(jì)，其中，制氧機(jī)通過輸氧管將氧氣通入薄膜的底部。
本發(fā)明所述的多材料底面曝光連續(xù)成型方法包括以下步驟：
1)獲取待打印零件的三維模型，其中，待打印零件的三維模型由若干材料的打印區(qū)域組成，再將各材料的打印區(qū)域沿同一方向分為若干層面，再將各層面的形狀及所用材料信息輸入到計(jì)算機(jī)中；
2)計(jì)算機(jī)控制液壓泵將第一層面所用材料通入噴嘴中，并通過噴嘴將第一層面所用材料噴入到儲(chǔ)液室中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)薄膜移動(dòng)，薄膜在移動(dòng)過程中將儲(chǔ)液室中第一層面所用材料攜帶至成型室中，并使第一層面所用材料平鋪于薄膜的上表面；
3)計(jì)算機(jī)控制升降機(jī)構(gòu)調(diào)整工作臺(tái)的位置，使工作臺(tái)的下表面到薄膜上表面的距離為第一層面的厚度，計(jì)算機(jī)根據(jù)第一層面的形狀控制投影光機(jī)發(fā)出紫外光，使投影光機(jī)發(fā)出的紫外光在薄膜上的投影為第一層面的形狀，紫外光依次穿過透光玻璃板及薄膜照射到薄膜與工作臺(tái)之間第一層面所用材料上，使第一層面所用材料固化，并粘接于工作臺(tái)的底部，同時(shí)供氧系統(tǒng)向薄膜的底部供氧氣，在薄膜與成型室內(nèi)的第一層面所用材料之間形成氧阻聚層，使固化后的第一層面所用材料與薄膜分離，完成第一層面的成型；
4)計(jì)算機(jī)控制液壓泵將下層面所用材料通入噴嘴中，并通過噴嘴噴入到儲(chǔ)液室中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)薄膜移動(dòng)，薄膜在移動(dòng)過程中將儲(chǔ)液室中下層面所用材料攜帶至成型室中，并使下層面所用材料平鋪于薄膜的上表面；
5)計(jì)算機(jī)控制升降機(jī)構(gòu)調(diào)整工作臺(tái)的位置，使上一層面的下表面到薄膜上表面的距離為下一層面的厚度，計(jì)算機(jī)根據(jù)下一層面的形狀控制投影光機(jī)發(fā)出紫外光，使投影光機(jī)發(fā)出的紫外光在薄膜上的投影為下一層面的形狀，紫外光依次穿過透光玻璃板及薄膜照射到薄膜與上一層面之間的下一層面所用材料上，使下一層面所用材料固化，并粘接于上一層面的底部，同時(shí)供氧系統(tǒng)向薄膜的底部供氧氣，使薄膜與成型室內(nèi)的下一層面所用材料之間形成氧阻聚層，使固化后的下一層面所用材料與薄膜分離，完成下一層面成型；
6)重復(fù)步驟4)、5)，直至所用層面成型完成為止，完成待打印零件成型。
各層面的厚度為0.01-0.1mm。
所述薄膜的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷，薄膜的厚度為50～500μm，薄膜的透氧率大于0.05cm3/cm2.s.MPa。
供氧系統(tǒng)輸出氧氣的流量為0.001L/s～0.1L/s。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明所述的多材料底面曝光連續(xù)成型系統(tǒng)及方法在具體操作時(shí)，利用光固化材料在光照固化過程中，受到氧氣影響而抑制聚合反應(yīng)的原理，在固化過程中，通過供氧系統(tǒng)向薄膜的底部供氧氣，氧氣透過薄膜，在薄膜與成型室內(nèi)的光固化液體之間形成氧阻聚層，從而破壞固化層底部固化時(shí)的真空狀態(tài)，避免固化后的層面粘接到薄膜上，實(shí)現(xiàn)固化層面與液槽底部之間的分離。同時(shí)本發(fā)明中將液槽通過隔板分為儲(chǔ)液室和成型室，在打印各層面時(shí)，通過液壓泵向儲(chǔ)液室內(nèi)供應(yīng)當(dāng)前層面所用材料，通過薄膜將當(dāng)前層所用材料帶入到成型室中進(jìn)行成型，從而實(shí)現(xiàn)多材料的曝光固化成型，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1為Z軸升降臺(tái)、2為工作臺(tái)懸臂梁、3為工作臺(tái)、4為液槽、5為壓板、6為薄膜、7為送料管、8為液壓泵、9為噴嘴、10為透光玻璃板、11為張緊輪、12為同步帶、13為帶輪電機(jī)、14為第一帶輪、15為投影光機(jī)、16為氣體流量計(jì)、17為輸氧管、18為制氧機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
參考圖1，本發(fā)明所述的多材料底面曝光連續(xù)成型系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、送料系統(tǒng)、成型系統(tǒng)、分離系統(tǒng)及供氧系統(tǒng)；送料系統(tǒng)包括液壓泵8、送料管7及噴嘴9；成型系統(tǒng)包括液槽4、隔板、透光玻璃板10、投影光機(jī)15、工作臺(tái)3以及用于帶動(dòng)工作臺(tái)3在Z軸方向上移動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)；分離系統(tǒng)包括薄膜6以及用于驅(qū)動(dòng)薄膜6運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；液槽4由隔板分割為儲(chǔ)液室及成型室，液槽4為中空結(jié)構(gòu)，液槽4位于透光玻璃板10上，薄膜6位于液槽4與透光玻璃板10之間，工作臺(tái)3正對(duì)成型室，液壓泵8的出液口經(jīng)送料管7與噴嘴9的入口相連通，噴嘴9位于儲(chǔ)液室的正上方，投影光機(jī)15正對(duì)透光玻璃板10及工作臺(tái)3的底部，計(jì)算機(jī)的輸出端與液壓泵8的控制端、升降機(jī)構(gòu)的控制端及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制端相連接，供氧系統(tǒng)向薄膜6的底部供氧氣，氧氣透過薄膜6在薄膜6與成型室內(nèi)的光固化液體之間形成氧阻聚層。
所述升降機(jī)構(gòu)包括Z軸升降臺(tái)1及工作臺(tái)懸臂梁2，工作臺(tái)懸臂梁2的一端固定于Z軸升降臺(tái)1上，工作臺(tái)3的上端固定于工作臺(tái)懸臂梁2的另一端。
所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶輪電機(jī)13、第一帶輪14、第二帶輪、同步帶12、第一軸及第二軸，帶輪電機(jī)13的輸出軸與第一軸相連接，第一帶輪14套接于第一軸上，第二帶輪套接于第二軸上，第一帶輪14與第二帶輪通過同步帶12相連接，薄膜6兩端分別纏繞于第一軸及第二軸上，帶輪電機(jī)13的控制端與計(jì)算機(jī)的輸出端相連接。本發(fā)明還包括用于張緊薄膜6的張緊輪11。
供氧系統(tǒng)包括制氧機(jī)18、輸氧管17以及設(shè)于輸氧管17上的氣體流量計(jì)16，其中，制氧機(jī)18通過輸氧管17將氧氣通入薄膜6的底部。
本發(fā)明所述的多材料底面曝光連續(xù)成型方法包括以下步驟：
1)獲取待打印零件的三維模型，其中，待打印零件的三維模型由若干材料的打印區(qū)域組成，再將各材料的打印區(qū)域沿同一方向分為若干層面，再將各層面的形狀及所用材料信息輸入到計(jì)算機(jī)中；
2)計(jì)算機(jī)控制液壓泵8將第一層面所用材料通入噴嘴9中，并通過噴嘴9將第一層面所用材料噴入到儲(chǔ)液室中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)薄膜6移動(dòng)，薄膜6在移動(dòng)過程中將儲(chǔ)液室中第一層面所用材料攜帶至成型室中，并使第一層面所用材料平鋪于薄膜6的上表面；
3)計(jì)算機(jī)控制升降機(jī)構(gòu)調(diào)整工作臺(tái)3的位置，使工作臺(tái)3的下表面到薄膜6上表面的距離為第一層面的厚度，計(jì)算機(jī)根據(jù)第一層面的形狀控制投影光機(jī)15發(fā)出紫外光，使投影光機(jī)15發(fā)出的紫外光在薄膜6上的投影為第一層面的形狀，紫外光依次穿過透光玻璃板10及薄膜6照射到薄膜6與工作臺(tái)3之間第一層面所用材料上，使第一層面所用材料固化，并粘接于工作臺(tái)3的底部，同時(shí)供氧系統(tǒng)向薄膜6的底部供氧氣，在薄膜6與成型室內(nèi)的第一層面所用材料之間形成氧阻聚層，使固化后的第一層面所用材料與薄膜6分離，完成第一層面的成型；
4)計(jì)算機(jī)控制液壓泵8將下層面所用材料通入噴嘴9中，并通過噴嘴9噴入到儲(chǔ)液室中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)薄膜6移動(dòng)，薄膜6在移動(dòng)過程中將儲(chǔ)液室中下層面所用材料攜帶至成型室中，并使下層面所用材料平鋪于薄膜6的上表面；
5)計(jì)算機(jī)控制升降機(jī)構(gòu)調(diào)整工作臺(tái)3的位置，使上一層面的下表面到薄膜6上表面的距離為下一層面的厚度，計(jì)算機(jī)根據(jù)下一層面的形狀控制投影光機(jī)15發(fā)出紫外光，使投影光機(jī)15發(fā)出的紫外光在薄膜6上的投影為下一層面的形狀，紫外光依次穿過透光玻璃板10及薄膜6照射到薄膜6與上一層面之間的下一層面所用材料上，使下一層面所用材料固化，并粘接于上一層面的底部，同時(shí)供氧系統(tǒng)向薄膜6的底部供氧氣，使薄膜6與成型室內(nèi)的下一層面所用材料之間形成氧阻聚層，使固化后的下一層面所用材料與薄膜6分離，完成下一層面成型；
6)重復(fù)步驟4)、5)，直至所用層面成型完成為止，完成待打印零件成型。
各層面的厚度為0.01-0.1mm。
所述薄膜6的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷，薄膜6的厚度為50～500μm，薄膜6的透氧率大于0.05cm3/cm2.s.MPa。
供氧系統(tǒng)輸出氧氣的流量為0.001L/s～0.1L/s。
成型系統(tǒng)還包括用于固定透光玻璃板10及液槽4的壓板5，儲(chǔ)液室的數(shù)量為兩個(gè)，其中，噴嘴9位于第一個(gè)儲(chǔ)液室的正上方，薄膜6將第一個(gè)儲(chǔ)液室中的液體材料帶入成型室中，并在成型室中進(jìn)行光固化成型，并將多余的液體材料帶入第二個(gè)儲(chǔ)液室中，并將多余的液體材料剮蹭到第二個(gè)儲(chǔ)液室中，實(shí)現(xiàn)薄膜6的清潔，避免多種液體材料的混合。