本發(fā)明屬于快速成型技術領域，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：
光固化3D打印技術是增材制造技術中最早出現(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，然后逐層堆疊形成三維結構，最終打印出具有一定機械結構、特性的零件。光固化3D打印技術目前主要有逐點掃描式光固化(SLA)和面曝光投影固化(DLP)兩種，理論上面曝光固化(DLP)這種方法使設備結構和工藝都更加簡單，一次成形一個層面能夠提高效率，而且由于所使用光源成形圖案精度高便于實現(xiàn)精細結構的打印。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，尤其是當所使用的光固化材料黏度較高，而且零件截面積較大時，固化后的零件更加難以粘接到工作臺上，因為高黏度材料的固化性能一般較弱，物化性能較復雜，零件在固化后被拉起時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，在底部會形成真空狀態(tài)，導致固化層粘接在底部而破壞打印過程，該問題直接導致零件打印時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；同時目前的底面曝光設備中都無法實現(xiàn)多種材料的曝光固化，因為多種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也較難分離。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，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)包括計算機、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、工作臺以及用于帶動工作臺在Z軸方向上移動的升降機構；分離系統(tǒng)包括薄膜以及用于驅(qū)動薄膜運動的驅(qū)動機構；
液槽由隔板分割為儲液室及成型室，液槽為中空結構，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，工作臺正對成型室，液壓泵的出液口經(jīng)送料管與噴嘴的入口相連通，噴嘴位于儲液室的正上方，投影光機正對透光玻璃板及工作臺的底部，計算機的輸出端與液壓泵的控制端、升降機構的控制端及驅(qū)動機構的控制端相連接，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。
所述升降機構包括Z軸升降臺及工作臺懸臂梁，工作臺懸臂梁的一端固定于Z軸升降臺上，工作臺的上端固定于工作臺懸臂梁的另一端。
所述驅(qū)動機構包括帶輪電機、第一帶輪、第二帶輪、同步帶、第一軸及第二軸，帶輪電機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，帶輪電機的控制端與計算機的輸出端相連接。
還包括用于張緊薄膜的張緊輪。
供氧系統(tǒng)包括制氧機、輸氧管以及設于輸氧管上的氣體流量計，其中，制氧機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算機中；
2)計算機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液室中，驅(qū)動機構驅(qū)動薄膜移動，薄膜在移動過程中將儲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)計算機控制升降機構調(diào)整工作臺的位置，使工作臺的下表面到薄膜上表面的距離為第一層面的厚度，計算機根據(jù)第一層面的形狀控制投影光機發(fā)出紫外光，使投影光機發(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，并粘接于工作臺的底部，同時供氧系統(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)計算機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液室中，驅(qū)動機構驅(qū)動薄膜移動，薄膜在移動過程中將儲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)計算機控制升降機構調(diào)整工作臺的位置，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，計算機根據(jù)下一層面的形狀控制投影光機發(fā)出紫外光，使投影光機發(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，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的真空狀態(tài)，避免固化后的層面粘接到薄膜上，實現(xiàn)固化層面與液槽底部之間的分離。同時本發(fā)明中將液槽通過隔板分為儲液室和成型室，在打印各層面時，通過液壓泵向儲液室內(nèi)供應當前層面所用材料，通過薄膜將當前層所用材料帶入到成型室中進行成型，從而實現(xiàn)多材料的曝光固化成型，結構簡單，操作方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
其中，1為Z軸升降臺、2為工作臺懸臂梁、3為工作臺、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、14為第一帶輪、15為投影光機、16為氣體流量計、17為輸氧管、18為制氧機。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
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)包括計算機、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15、工作臺3以及用于帶動工作臺3在Z軸方向上移動的升降機構；分離系統(tǒng)包括薄膜6以及用于驅(qū)動薄膜6運動的驅(qū)動機構；液槽4由隔板分割為儲液室及成型室，液槽4為中空結構，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3正對成型室，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位于儲液室的正上方，投影光機15正對透光玻璃板10及工作臺3的底部，計算機的輸出端與液壓泵8的控制端、升降機構的控制端及驅(qū)動機構的控制端相連接，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。
所述升降機構包括Z軸升降臺1及工作臺懸臂梁2，工作臺懸臂梁2的一端固定于Z軸升降臺1上，工作臺3的上端固定于工作臺懸臂梁2的另一端。
所述驅(qū)動機構包括帶輪電機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13的控制端與計算機的輸出端相連接。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18、輸氧管17以及設于輸氧管17上的氣體流量計16，其中，制氧機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算機中；
2)計算機控制液壓泵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液室中，驅(qū)動機構驅(qū)動薄膜6移動，薄膜6在移動過程中將儲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)計算機控制升降機構調(diào)整工作臺3的位置，使工作臺3的下表面到薄膜6上表面的距離為第一層面的厚度，計算機根據(jù)第一層面的形狀控制投影光機15發(fā)出紫外光，使投影光機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3的底部，同時供氧系統(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)計算機控制液壓泵8將下層面所用材料通入噴嘴9中，并通過噴嘴9噴入到儲液室中，驅(qū)動機構驅(qū)動薄膜6移動，薄膜6在移動過程中將儲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)計算機控制升降機構調(diào)整工作臺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，計算機根據(jù)下一層面的形狀控制投影光機15發(fā)出紫外光，使投影光機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，儲液室的數(shù)量為兩個，其中，噴嘴9位于第一個儲液室的正上方，薄膜6將第一個儲液室中的液體材料帶入成型室中，并在成型室中進行光固化成型，并將多余的液體材料帶入第二個儲液室中，并將多余的液體材料剮蹭到第二個儲液室中，實現(xiàn)薄膜6的清潔，避免多種液體材料的混合。