一種立體模型成型設備及其成型方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及模型固化成型技術領域，具體涉及一種立體模型成型設備及其成型方 法。
【背景技術】
[0002] 立體模型的成型方法有很多種，其中通過紫外線固化光固化樹脂的方法（SLA) 能夠提供較高的成形精度以及較好的成形表面平整度。中國專利CN203665945U公開 了一種基于DLP投影光固化三維打印機，包括計算機系統、自動控制系統、DLP投影系統、 成型工作池、供料系統以及升降系統，能夠實現高精度的連續光固化成型。中國專利CN 201410795471. 6公開了一種具有刮平功能的激光3D打印機及其光固化打印方法公開了一 種具有刮平功能的激光3D打印機，包括用于構成節本骨架的外框單元、用于盛放打印原液 的料槽、能夠與所述的外框單元相對縱向運動且位于所述料槽內工作位的打印單元、用于 提供光固化激光光源的照射單元、位于所述打印單元和所述照射單元之間用于對打印面的 刮平處理的刮平單元以及控制各單元工作狀態的控制單元；所述刮平單元能夠縱向運動， 其上設置的刮平板能在料槽內水平橫向運動，并在一個往復運動中同時完成刮除動作和抹 平動作。中國專利CN201410027198公開了一種基于DLP原理并且從液態樹脂下面投影的 3D打印機，其設有樹脂槽，所述樹脂槽的底板可透光；垂直升降機構上固定連接成型平臺， 通過垂直升降機構來調整樹脂槽與成型平臺之間的距離；計算機用于處理三維模型并將三 維模型順序分割成具有一定厚度的若干剖面圖形，計算機還連接控制電氣控制裝置，電氣 控制裝置控制垂直升降機構自動升降成型平臺，并控制DLP投影機對樹脂槽中光固化樹脂 液面照射；DLP投影機設于樹脂槽的下方并與計算機相連，DLP投影機將剖面圖形的圖形光 路經樹脂槽的底板透射以照射光固化液態樹脂。
[0003] 現有技術的實現成型過程中已固化的固態部分或者未固化的液態部分都會受到 不同程度的擾動。中國專利CN203665945U公開了在每固化完成一層要從供料系統向成型 工作池補充光固化樹脂，未固化的液態部分要產生流動；中國專利CN201410795471. 6中 刮平單元夠縱向運動對表面的已固化的固態部分和未固化的液態部分造成擾動；中國專利 CN201410027198已固化的部分和樹脂槽脫離以及液態樹脂流動補充到固化部分和托盤底 面之間都產生擾動。這種擾動使得立體模型的懸空部分時需要額外增加支撐結構，否則在 擾動的作用下，懸空部分在成型過程中會發生錯位和變型。成型過程完成后需要將支撐結 構去除，這樣一來增加處理工序；二來支撐結構需要與立體模型表面接觸，以完成支撐，去 除后影響立體模型表面的平整度。另外，立體模型的成型過程產生柔性體時，這種擾動會影 響成型精度。

【發明內容】

[0004] 為了克服現有技術中的缺陷，本發明通過一種低擾動的光固化立體模型成型設備 及成型方法，減少了立體模型成型過程中對支撐結構的需求，并進一步適合柔性體的立體 模型成型。
[0005] 本發明是通過如下技術方案實現的：一種立體模型成型設備，包括設有工作臺的 機架，所述工作臺上設有筒形結構且開口向上的光固化液容器，所述筒形結構內設有與升 降桿連接進行上下運動的成型平臺，所述筒形結構內壁與所述成型平臺之間設有密封圈， 所述升降桿與設置在機架上的驅動裝置連接，所述成型平臺的上方設有在導軌上進行往返 運動的鋪液裝置，所述鋪液裝置與設置在機架上的水平驅動裝置連接，所述鋪液裝置設有 鋪液殼體和霧化裝置，所述霧化裝置設有與光固化液供給裝置連接的光固化液入口，所述 霧化裝置包括與所述光固化液入口連接的霧化噴嘴，所述霧化噴嘴設置在所述鋪液殼體 內，所述機架上位于所述成型平臺上方設有固化光投射裝置，所述機架位于所述成型平臺 上方設有液面高度位置探測裝置。
[0006] 進一步地，所述鋪液殼體底部設有均衡擋板，所述均衡擋板上設有開口的均衡槽， 所述均衡槽的工作運動方向為寬度方向，所述均衡槽的運動平面內與所述寬度方向垂直的 方向為長度方向，所述均衡槽在工作長度范圍內的所述長度方向上各點對應的沿所述寬度 方向的所述均衡槽開口內的霧化液滴密度的定積分值的相對均方誤差不超過10 %。
[0007] 進一步地，所述均衡擋板為相對于成型平臺呈中間高四周低的弧形機構，所述均 衡擋板與所述鋪液殼體側壁的交接處的局部最低部設有至少一個排液孔。
[0008] 進一步地，所述工作臺上設有光固化液回收槽，所述光固化液回收槽下部設有光 固化液回收裝置。
[0009] 進一步地，所述霧化裝置包括液體噴嘴、空氣超聲噴嘴或者低頻超聲波噴頭的一 種或幾種。
[0010] 進一步地，所述固化光投射裝置為面投影裝置或者光束掃描裝置。
[0011] 進一步地，所述霧化裝置上有加熱裝置。
[0012] 進一步地，所述光固化液容器外部設有冷卻裝置。
[0013] 本發明還提供了一種使用本發明的立體模型成型設備的成型方法，包括以下步 驟：
[0014] 步驟1)通過計算機將立體模型按照預先設定厚度做切片分層，得到立體模型的 若干個具有二維形狀的層疊成型圖形；
[0015] 步驟2)將光固化液容器底部的成型平臺移動到投射高度位置，使用所述鋪液裝 置的所述霧化裝置將光固化液霧化成液滴或細小液滴，所述鋪液裝置沿所述導軌在所述成 型平臺上方做水平運動使所述細小液滴在成型平臺上鋪設成第一層光固化液；
[0016] 步驟3)使用液面高度探測裝置測量當前光固化液面的高度位置，下降所述成型 平臺使第一層固化液的液面處于所述投射高度位置，按照步驟1)中得到的第一層成型圖 形，使用固化光投射裝置投射固化光線固化步驟2)中鋪設的第一層光固化液，固化的部分 形成第一層模型形狀；
[0017] 步驟4)在已進行過固化的上一層光固化液的液面上，再次使用所述鋪液裝置的 所述霧化裝置將光固化液霧化成細小液滴，所述鋪液裝置沿所述導軌在所述成型平臺上方 做水平運動使所述細小液滴鋪設成下一層光固化液；
[0018] 步驟5)使用液面高度探測裝置測量所述下一層光固化液面高度位置，下降所述 成型平臺使下一層光固化液的液面處于投射高度位置，按照步驟1)中得到的下一層成型 圖形，使用固化光投射裝置投射固化光線固化所述步驟4)中鋪設的下一層光固化液，固化 的部分形成下一層模型形狀，并且所述固化光投射裝置投射足夠量的固化光線，使相鄰的 上下兩層成型圖形的重疊部分被固化在一起；
[0019]步驟6)重復若干次步驟4)和步驟5)，直到三維實體的立體模型成型。
[0020] 進一步地，所述成型方法還包括，使用激光通過振鏡或者移動反射鏡掃描光固化 液表面，由產生的高溫將光固化液固化得到立體模型形狀的步驟。
[0021] 本發明所述設有霧化與鋪液裝置的立體模型成型設備與現有技術相比，優越效果 在于：本發明中的鋪液裝置對光固化液容器的擾動小，減少成型過程對支撐結構的依賴，適 合柔性體的光固化成型優點。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明所述立體模型成型設備的立體結構圖；
[0023] 圖2為圖1中鋪液裝置的放大結構的主視圖；
[0024] 圖3為圖2中A-A向內部結構剖視圖；
[0025] 圖4為圖1中鋪液裝置的立體結構圖；
[0026] 圖5為圖1中鋪液裝置的底部立體結構圖；
[0027] 圖6為圖1中霧化裝置產生的細小液滴在工作平面中心密度高的單峰液滴密度分 布曲線不意圖；
[0028] 圖7為本發明中所述均衡槽開口投影到固化液上表面的示意圖。
[0029] 附圖標記如下：
[0030] 1-光固化液容器，2-工作臺，3-鋪液殼體，4-直線軸承，5-霧化裝置，6-光固化液 入口，7-光敏傳感器，8-橫梁，9-固化光投射裝置，10-發光器，11-側板，12-導軌，13-蝸 桿，14-皮帶，15-光固化液回收槽，16-成型平臺，17-傳動軸，18-底板，19-驅動裝置， 20-升降桿，21-機架，23-霧化噴嘴，24-壓電換能器，25-均衡槽，26-均衡擋板，27-排液 孔。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖對本發明【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0032] 實施例1
[0033] 如圖1和4所示，具體說明本發明提供的一種的立體模型成型設備，所述成型設備 包括控制裝置和U型結構的機架21，所述U型結構的兩個側板11之間設有橫梁8，所述橫梁 8的下部在機架21中間位置設有工作臺2,所述工作臺2上嵌裝有筒形結構且開口向上的 光固化液容器1，所述筒形結構內設有與升降桿20連接進行上下運動的成型平臺16,所述 筒形結構內壁與所述成型平臺16之間設有密封圈（圖中未畫），使光固化液不會滲漏，同時 還不影響成型平臺16的上下運動，所述升降桿20與設置在底板18上的驅動裝置19連接， 所述成型平臺16的上方設有在導軌12上進行往