CN105599297A - 制造三维物体的槽、***及方法 - Google Patents

Abstract

一种制造三维物体的槽、***及方法，其中***包括激光器、支撑平台控制器和槽，槽包括用于装盛液态树脂材料缸、与缸体连通的树脂补充缸、以及透光板，透光板嵌在缸体部分顶端，缸体顶端的透光板区域外开有至少一气孔，在气孔关闭状态下，缸体与透光板形成密封空间。在本发明中，从缸体顶端气孔向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，并将树脂材料液面控制在设置高度，同时向树脂补充缸内通入气体使两者气压平衡，随后关闭缸体顶端气孔，在固化过程中调节树脂补充缸内气压向缸体内补充或者移除树脂材料，维持缸体内液面高度稳定，这样不仅能够减少树脂涂覆液面变平所需要的时间，还能获得层厚均匀的薄层，从而提高物体的制造效率和制造精度。

Description

制造三维物体的槽、***及方法

技术领域

本发明涉及三维物体制造技术领域，具体涉及光敏树脂材料三维制造。

背景技术

立体光固化成形是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作，是目前比较常见的3D打印技术。光固化成形***通常包括激光器、用于容纳光敏树脂的液槽，控制器以及一个可升降的物体支撑平台。把液态光敏树脂盛满在一个液槽中，通过紫外激光束在偏转镜作用下在液面上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由控制器来控制，光束照到的地方，液体就固化。成形开始时，支撑平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动支撑平台下降一层高度，已固化成形的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，使新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个三维物体制造完毕，得到一个三维实体。

树脂固化后，用新的树脂重新涂覆固化树脂层的一种方法是使支撑平台浸入至液态树脂中，支撑平台竖直地降到树脂液的表面之下大于预定的层厚的距离，以便以新的液体树脂涂覆固化后的层。该***将支撑平台在树脂表面之下升高至一个层厚。过量的液体树脂流走并借助重力变平至单个层厚。在这之后，激光向工作表面施加能量。

过量的液体树脂流走和薄层变平的等待时间取决于几种因素而改变，包括可聚合液体的粘度，层厚，部件的结合形状，截面等等。树脂还可以使用刮刀来帮助变平，刮刀掠过树脂的表面，这与在容纳树脂的槽内通过重力使树脂工作面沉积和变平相比，这可更快地施加新树脂及移除过量的树脂。

但是，借助树脂流体自身重力并通过刮刀实现薄层变平的方法，仍然占去了三维物体制造过程的大部分时间，而且通过刮刀仍然难以获得层厚均匀的薄层用以确保物体的尺寸精度，这些影响因素加长了物体制造时间、降低了生产率、提高了制造成本。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种制造三维物体的***的槽及其***、方法，通过本发明能获得稳定的树脂液面，从而制备层厚均匀的三维物体薄层，同时还能减少树脂涂覆液面变平所需要的时间，从而提高三维物体的制造效率和制造精度。

本发明提供的三维物体制造***包括激光器、槽、支撑平台和控制器，其中激光器发生用于固化树脂材料的激光，所述的激光根据三维物体的数据信息一层一层的固化相对应的树脂材料；槽用于容纳树脂材料，三维物体通过槽内的液体树脂实现制造；支撑平台，用于支撑三维物体的制造，并可以通过升降杆进行升降；控制器，用于控制所述槽内缸体树脂材料的补充和移除，激光的运动以及支撑平台的升降。

在更为具体的实施方案中，一种制造三维物体的槽，包括：

缸体，用于装盛液态树脂材料；

树脂补充缸，与缸体相互连通，用于补充缸体内液态树脂材料；

透光板，光束穿过所述透光板对缸体内树脂材料进行固化；

其中，透光板嵌在缸体部分顶端，缸体顶端的透光板区域外开有至少一气孔，用于向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，在气孔关闭状态下，缸体与透光板形成密封空间。

进一步的，所述缸体还设有传感器，用于检测缸体内树脂液面高度情况。

进一步的，所述的传感器为红外探头。

进一步的，所述树脂补充缸开有至少一气孔，用于调节树脂补充缸内气压强度。

本发明还提供了一种三维物体制造的方法，在本发明提供的制造三维物体的***中，从缸体顶端气孔向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，并将树脂材料液面控制在设置高度，同时向树脂补充缸内通入气体使两者气压平衡，随后关闭缸体顶端气孔，在固化过程中调节树脂补充缸内气压向缸体内补充或者移除树脂材料，维持缸体内液面高度稳定，且新一层的涂覆液面能在气压作用下加速变平。

本发明的用于制造三维物体的***中，槽包括用于装盛液态树脂材料缸体、与缸体连通的树脂补充缸、以及透光板，其中透光板嵌在缸体部分顶端，缸体顶端的透光板区域外开有至少一气孔，用于向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，在气孔关闭状态下，缸体与透光板形成密封空间。树脂补充缸也开有气孔，可以向气孔输入气体来调节树脂补充缸内气压，从而使缸体和树脂补充缸内气压达到平衡，或者向缸体内补充和移除树脂材料。缸体还设有红外传感器，用于检测缸体内树脂液面高度情况并反馈给三维制造***控制器，当缸体内树脂液面发生允许范围之外的变化时，控制器通过调节缸体内或者树脂补充缸体内的气压来实现液面调整。根据本发明的***和方法，通过保持密封缸体内顶端稳定的气压，可以维持缸体内树脂液面的高度稳定，从而使制造过程中层与层之间厚度均匀，当制造***开始新一层的涂覆时，液态树脂还可以在缸体内气压作用下加速流平，节省了大量时间，提高了效率，此外缸体内的气压层还能在树脂和缸体顶端以及透光板之间起到良好的隔离作用，避免了树脂材料粘结在缸体顶端壁上和透光板上。且***使用的封闭的槽来制造三维物体，能有效防止光敏树脂材料挥发，从而减小有毒的挥发性气体对***操作人员的伤害。

附图说明

图1表示的是根据本发明的制造三维物体***结构示意图。

图2表示是根据本发明的一种缸体的侧视图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

图1是根据本发明的制造三维物体***结构示意图，图2是图1中缸体的的侧视图。如图1图2所示，用于制造三维物体的***包括激光器120，槽和支撑平台030，其中槽包括缸体020和树脂补充缸140。缸体020内装盛有液态树脂材料010，顶端嵌有与激光器120对应的透光板070，激光器120发生的光束可以经过偏转镜130后，穿透透光板070入缸体020。缸体020的顶端壁上还开有气孔090，用于向装盛有树脂材料的缸体020内通入气体，该气孔080可以外接充气装置充入气体调整缸内压强，树脂补充缸140与缸体020连通，且树脂补充缸140内也开有气孔100，可以外接充气装置充入气体调整缸内压强，控制活塞板110的运动从而向缸体020内补充或者移除树脂，活塞板110还可以用来密封树脂，防止气体进入缸体020中。缸体020还设有传感器080，检测缸体020内树脂液面高度情况并反馈给***控制器，当缸体020内树脂液面发生允许范围之外的变化时，控制器通过调节缸体020内或者树脂补充缸体140内的气压来实现液面调整，传感器080优选红外探头型传感器，可以设置在缸体020内，也可以设置在缸体020外，通过透光板070探测树脂液面高度。支撑平台030浸没在缸体020树脂材料中，支撑三维物体040的制造，支撑平台可以通过升降杆032驱动进行上下运动。

三维制造***中支持激光在树脂材料上的运动扫描，支撑平台的上下运动以及缸体和树脂补充缸内气压的调节都可以通过控制器来实现，可以理解的是，控制器是该领域内常见的部件，因此并未在图中示出。

本发明的具体实施如下：在装满树脂材料的缸体020内通入一定量的气体，同时调节树脂补充缸140内气压使缸体020与树脂补充缸140内气压平衡，关闭气孔090，使缸体020内形成稳定的气压050。控制器控制升降杆032引导浸没在树脂材料010中的支撑平台030运动到设置位置，这里的设置位置指的是距离树脂液面一个制造层厚的高度位置。控制器控制激光120开启并经偏转镜130偏转，通过透光板070导入缸体020的树脂材料010液面上，接收激光照射的光敏树脂在支撑平台030上固化。其中透光板070在缸体020的嵌入位置是根据激光器120，偏转镜130以及缸体020位置的实际设置而决定的，其大小可能占据缸体020顶端的小部分区域，也可能是大部分区域。完成一个层厚的固化后，控制器控制支撑杆032带动支撑平台030下降设定距离，已经固化的层随着支撑平台030浸入至液体中，新的液态光敏树脂涂覆层在气压050作用以及自身的重力作用下，快速实现变平，继续控制激光120对变平的液面进行照射并实现固化，并与上一层已固化的树脂连接，重复上述操作直至获得最终三维物体。

制造过程中，随着缸体020内树脂材料的消耗以及其他因素影响，树脂液面会发生变化从而使制造层发生变化。在缸体020中设置的传感器080将实时监控液面的变化情况，当液面变化超过设定范围时，可以调节控制树脂补充缸140中的气压，通过对缸体020内树脂的补充或者移除，将液面稳定在设定范围内，也可以调节气孔090，调整气压从而维持液面位置。树脂补充缸内140的气压也可以根据实际情况，不选用气压而是采用机械加压来实现缸体内压强调节。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制造三维物体的槽，其特征在于，所述槽包括：

缸体，用于装盛液态树脂材料；

树脂补充缸，与缸体相互连通，用于补充缸体内液态树脂材料；

透光板，光束穿过所述透光板对缸体内树脂材料进行固化；

其中，透光板嵌在缸体部分顶端，缸体顶端的透光板区域外开有至少一气孔，用于向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，在气孔关闭状态下，缸体与透光板形成密封空间。

2.根据权利要求1所述的槽，其特征在于，所述缸体还设有传感器，用于检测缸体内树脂液面高度情况。

3.根据权利要求2所述的槽，其特征在于，所述的传感器为红外探头。

4.根据权利要求1所述的槽，其特征在于，所述树脂补充缸开有至少一气孔，用于调节树脂补充缸内气压强度。

5.制造三维物体的***，其特征在于，所述***包括权利要求1-4任一项所述的槽，还包括激光器，发生用于固化树脂材料的激光，所述的激光根据三维物体的数据信息一层一层的固化相对应的树脂材料；支撑平台，用于支撑三维物体的制造，并可以通过活塞进行升降；控制器，用于控制所述槽内缸体树脂材料的补充和移除，激光的运动以及支撑平台的升降。

6.一种三维物体制造的方法，其特征在于，包括权利要求5所述的***，其方法为：从缸体顶端气孔向装盛有树脂材料的缸体内通入气体，并将树脂材料液面控制在设置高度，同时向树脂补充缸内通入气体使两者气压平衡，随后关闭缸体顶端气孔，在固化过程中调节树脂补充缸内气压向缸体内补充或者移除树脂材料，维持缸体内液面高度稳定。