CN102229245A - 一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法 - Google Patents

Abstract

一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，先在计算机中绘制三维实体图形，得到零件实体的各截面层信息，再控制网板在树脂槽中升降，使其表面形成一层树脂，然后依次对零件的支撑、零件实体填充和零件实体轮廓扫描，再使网板下降，在已固化层表面上形成一层新的液态树脂层，然后内部指令控制扫描振镜完成零件实体的二维截面图形的扫描，形成一层新的固化层，与已固化层相粘结，再重复进行扫描和固化，直至模型完全成型，最后将网板升出树脂槽，取出成型件并清洗表面液态树脂，得到快速成型件，以原有光固化快速成型设备为基础，在保证制件精度和制件力学性能的前提下通过变光斑工艺来提高光固化快速成型的效率，同时节约了产品成本。

Description

一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法

技术领域

本发明涉及一种光固化快速成型方法，具体涉及一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法。

背景技术

光固化快速成型是以光敏树脂为原料，通过计算机控制紫外激光的扫描轨迹使其固化累积成型，激光器发出光束经过动态聚焦镜和扫描振镜使光束垂直照射到工作液面，并使到达工作液面的光斑正好处在动态聚焦镜的焦点处其能量最集中，尺寸最小，从而用焦点处的光斑制作零件以保证成型件的精度。

成型效率一直是人们关注的问题，光固化工艺是影响效率的主要因素。在光固化快速成形的加工过程中，一般存在2个扫描过程：支撑阶段和实体阶段，零件的成形主要在实体阶段完成，实体阶段内每一层的扫描又根据CAD数据文件依次分为填充扫描阶段和轮廓扫描阶段，为了保证制件的精度，现有的工艺通常采用单一的小尺寸光斑制作零件，这样就使得填充间距不能过大从而导致完成实体填充扫描需要往返扫描很多次，使得制件效率受到影响，并且由于光斑的功率密度不能过高，否则会引起过固化现象，在光斑尺寸一定的情况下光斑功率不能过高，所以高功率的激光器功率不能得到最大限度的使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，以原有光固化快速成型设备为基础，在保证制件精度和制件力学性能的前提下通过变光斑工艺来提高光固化快速成型的效率，同时节约了产品成本。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，包括下列步骤：

1)首先在计算机中绘制三维实体图形，通过软件对三维实体进行分层处理，得到零件实体的各截面层信息；

2)控制成型系统中的升降装置带动网板在树脂槽中升降，使网板表面形成一层0.05mm～o.20mm厚度的树脂；

3)对零件进行支撑扫描，UV激光器发出光束，通过动态聚焦镜并经过扫描振镜使得光束偏转垂直射到工作液面，光束经过扫描振镜并在运动板卡的控制下做平面点扫描运动，从而使树脂固化完成零件的支撑扫描；

4)依据零件实体的各截面层信息对零件实体填充扫描，通过运动控制卡调整动态聚焦镜的聚焦模式，使到达工作液面的光斑实现离焦得到大光斑，其光斑直径是原来直径的2～6倍，同时通过内部指令调节激光器的参数，使激光功率增大为原来的2～3倍，以大光斑模式进行零件实体填充扫描；

5)依据零件实体的各截面层信息对零件实体轮廓扫描，通过运动板卡控制动态聚焦镜使得其焦平面与工作液面重合，在工作液面上得到直径为0.10～0.15mm的小光斑，并同时调节激光器功率回到初始值，以小光斑模式进行零件实体轮廓扫描，从而形成一固化层；

6)使网板在升降装置的带动下，下降一个层厚的距离，在已固化层表面上形成一层新的液态树脂层，并用刮板装置来保证新的液态树脂层表面平整；

7)内部指令控制扫描振镜完成零件实体的二维截面图形的扫描，即零件实体填充扫描和零件实体轮廓扫描，形成一层新的固化层，与已固化层相粘结；

8)重复进行上述步骤4)～步骤7)，直至模型完全成型；

9)升降装置带动网板升出树脂槽，取出成型件并清洗表面液态树脂，即可得到快速成型件。

由于本发明在零件的不同制作阶段采用不同光斑和不同功率进行扫描，在确保零件精度和力学性能的前提下，有效改善了零件的成型效率。

附图说明

图1是本发明激光光束在聚焦状态时的示意图。

图2是本发明激光光束在离焦状态时的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，包括下列步骤：

1)首先在计算机中绘制三维实体图形，通过软件对三维实体进行分层处理，得到零件实体的各截面层信息；

2)参照图1，控制成型系统中的升降装置带动网板4在树脂槽5中升降，使网板4表面形成一层0.05mm～o.20mm厚度的树脂；

3)参照图1，对零件进行支撑扫描，UV激光器发出光束，通过动态聚焦镜1并经过扫描振镜2使得光束偏转垂直射到工作液面3，扫描振镜2在运动板卡的控制下做X-Y方向的平面点扫描运动，从而使树脂固化完成零件的支撑扫描；

4)参照图2，依据零件实体的各截面层信息对零件实体填充扫描，通过运动控制卡调整动态聚焦镜1的聚焦模式，使动态聚焦镜1的焦距变长从而使到达工作液面3的光斑实现离焦得到大光斑，其光斑直径是原来直径的2～6倍，同时通过内部指令调节激光器的参数，使激光功率增大为原来的2～3倍，以大光斑高功率的模式进行零件实体填充扫描；

5)参照图1，依据零件实体的各截面层信息对零件实体轮廓扫描，通过运动板卡控制动态聚焦镜1使得其焦平面与工作液面重合，使光斑再次聚焦在工作液面得到直径为0.10～0.15mm的小光斑，并同时调节激光器功率回到初始值，以小光斑模式进行零件实体轮廓扫描，从而形成一固化层；

6)使网板4在升降装置的带动下，下降一个层厚的距离，在已固化层表面上形成一层新的液态树脂层，并用刮板装置来保证新的液态树脂层表面平整；

7)内部指令控制扫描振镜2完成零件实体的二维截面图形的扫描，即零件实体填充扫描和零件实体轮廓扫描，形成一层新的固化层，与已固化层相粘结；

8)重复进行上述步骤4)～步骤7)，直至模型完全成型；

9)参照图2，升降装置带动网板4升出树脂槽5，取出成型件并清洗表面液态树脂，即可得到快速成型件。

本发明的本质是变光斑工艺，通过内部指令控制动态聚焦镜和激光器功率，零件实体填充扫描阶段光斑直径和激光功率增大，从而在保证零件质量的前提下提高了成型效率；零件实体轮廓扫描阶段仍采用小光斑制作模式以保证零件的精度。

Claims (1)

1.一种使用变光斑工艺的光固化快速成型方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)首先在计算机中绘制三维实体图形，通过软件对三维实体进行分层处理，得到零件实体的各截面层信息；

2)控制成型系统中的升降装置带动网板在树脂槽中升降，使网板表面形成一层0.05mm～o.20mm厚度的树脂；

3)对零件进行支撑扫描，UV激光器发出光束，通过动态聚焦镜并经过扫描振镜使得光束偏转垂直射到工作液面，光束经过扫描振镜并在运动板卡的控制下做平面点扫描运动，从而使树脂固化完成零件的支撑扫描；

4)依据零件实体的各截面层信息对零件实体填充扫描，通过运动控制卡调整动态聚焦镜的聚焦模式，使到达工作液面的光斑实现离焦得到大光斑，其光斑直径是原来直径的2～6倍，同时通过内部指令调节激光器的参数，使激光功率为原来的2～3倍，以大光斑模式进行零件实体填充扫描；

5)依据零件实体的各截面层信息对零件实体轮廓扫描，通过运动板卡控制动态聚焦镜使得其焦平面与工作液面重合，在工作液面上得到直径为0.10～0.15mm的小光斑，并同时调节激光器功率回到初始值，以小光斑模式进行零件实体轮廓扫描，从而形成一固化层；

6)使网板在升降装置的带动下，下降一个层厚的距离，在已固化层表面上形成一层新的液态树脂层，并用刮板装置来保证新的液态树脂层表面平整；

7)内部指令控制扫描振镜完成零件实体的二维截面图形的扫描，即零件实体填充扫描和零件实体轮廓扫描，形成一层新的固化层，与已固化层相粘结；

8)重复进行上述步骤4)～步骤7)，直至模型完全成型；

9)升降装置带动网板升出树脂槽，取出成型件并清洗表面液态树脂，即可得到快速成型件。

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