[实用新型]一种用于光固化快速成型设备的树脂液面控制及涂覆装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种用于光固化快速成型设备，控制光敏树脂液面高度稳定以及在需要成型工件表面形成一层均匀树脂涂覆层的树脂液面控制及涂覆装置。

背景技术：

快速原型制造技术又简称快速成形技术，其核心是基于数字化的新型成形技术，它可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件工件，能有效地缩短产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。光固化快速成型是以在特定波长的光辐射下能快速固化的光敏树脂为材料，根据工件的CAD三维模型数据，通过计算机控制的激光光束扫描或可编程光掩模的投影使光敏树脂表层固化而形成工件的一个堆积层。然后，承载工件的工作台按工艺的要求沿垂直方向下移至一个堆积层的距离使已固化的光敏树脂，即成型工件堆叠层，表面重新涂覆上一层未固化树脂，重复前述的光固化步骤使新固化树脂的堆积层粘结在前一次固化的堆积层上，这一过程不断重复直至整个工件制造完成为止，用这种方法可以快速制造出任意复杂形状的设计原型。

显然，在上述的光固化过程中，维持树脂液面在同一高度并设法在已固化的树脂表面，即需要成型的工件，均匀地涂覆上一层未固化树脂层并保证其层厚的精度十分非常重要，它直接影响成型工件在垂直方向的尺寸精度，偏差严重会导致整个工件报废。

通常有两种方法用于光固化快速成型设备的光敏树脂液面高度控制。一种是溢流法，它是一种简单可行的方法，其原理是通过一个连续运行的泵不断地将附槽中的树脂补充到主槽中，当主槽中树脂高于溢流口的高度时多出的树脂会溢流回到附槽，此过程不断的重复从而维持树脂液面在某一固定的高度，由溢流口的高度决定。由于受树脂粘滞性的影响，树脂溢流时液面有一高度差，当树脂的粘滞度变化，主要是温度的影响、泵的流量变化、树脂补充口和溢流口设计不合理等都会造成树脂液面高度差变化较大。因此，溢流法多用于对叠层厚度的精度要求不高的场合。另一种是光学测控法，它是一种精度较高的方法。这种方法是利用非敏感波长的激光束照射树脂液面，通过CCD成像器件或PSD位置传感器探测树脂液面散射光斑或反射光束的位置而检测出树脂液面的高度，然后再通过计算机控制马达升举树脂槽或调节树脂槽中活塞位置的方式来维持树脂液面在某一所需的高度。光学测控法比较复杂，且由于不同的树脂材料对光的散射和反射差异很大，这种方法对不同树脂材料的适用性也受到一定的限制，如对透明无色的树脂材料，测量就比较困难。

常用的在已固化树脂层表面涂覆一层未固化光敏树脂的方法是：当工件上原涂覆的一层树脂被固化后，承载工件的工作台按工艺的要求沿垂直方向下移某一距离，如要求树脂的涂覆层厚为0.1mm，则下移0.5mm的距离甚至更大，使工件完全浸没于树脂中，然后工作台上移0.4mm使工件表面形成一层0.1mm厚的未固化的树脂层。实际上，由于光固化树脂是一种高粘滞性的材料而不易自然流平，仅用此方法无法获得厚度均匀的树脂涂覆层，通常还必须辅以能作水平运动的刮平装置来加速树脂的流平，刮平装置可以是普通的片式刮刀或是带有负压吸附空腔的刮刀。前者在工作时需要调整刀口位置与树脂液面高度完全一致，利用刀口的刃锋把多余的树脂刮走并加速树脂的流平，由于作刮平运动时刮刀前后的树脂存在压力差和树脂粘滞力的拖曳作用会造成树脂的回流，使树脂涂覆层的均匀度和层厚精度都受到影响，此外由于树脂固化时收缩引起的工件微小翘变、树脂液面高度控制的误差及承载工件的工作台移动的误差都会极易使刮刀在运动时碰到已固化的树脂层从而毁坏工件；后者是把刮平装置做成具有空腔结构的刮刀并调整刀口位置略高于树脂液面0.1mm～0.3mm，利用负压原理和树脂表面的张力毛细现象可使刮刀的空腔内存有一定量的树脂，刮刀运动时，刮刀刀口可以把工件上未固化树脂层的凸出部分刮平而刮刀空腔内的树脂则可以把凹陷部分填平，虽然这种结构的刮刀在运动时不会与已固化的树脂层直接接触，但由于刀口与树脂液面之间有一间隙，托架升降引起树脂液面的微小变化，工件下沉时由于树脂粘滞不易流动而引起的凹陷或是刮刀快速运动等原因极容易使刮刀的空腔失去负压而影响工件上未固化树脂层涂覆的均匀性，最终影响工件制作的质量甚至导致失败。同时，上述的工艺过程在工件表面形成未固化树脂涂覆层时托架必须作上下的往返运动，它引起主槽的树脂液面高度变化很大，需要较长的时间等待树脂自然流平，延长了工件的制作时间，降低了工作效率。