多自由度噴射光固化3d成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光固化3D成型的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多自由度噴射光固化3D成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常用的噴嘴固化成型技術(shù)為三自由度擠出或噴射，在加工成型過(guò)程中受到了空間幾何特征的局限性，對(duì)于一般復(fù)雜的幾何特征就難以加工。在成型過(guò)程中，需要對(duì)模型進(jìn)行切片，按截面逐層疊加。成型過(guò)程中每個(gè)截面需分解成擠出頭的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于材料附著，切片片層之間的結(jié)合不牢固，而且在Z軸方向上材料強(qiáng)度顯著低于X軸與Y軸維度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的多自由度噴射光固化3D成型方法。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種多自由度噴射光固化3D成型方法，包括以下操作步驟:
51、確定三維模型:對(duì)實(shí)體幾何模型進(jìn)行三維建模，建立的三維模型通過(guò)流行幾何計(jì)算得出待加工的分層包裹處理路徑，同時(shí)計(jì)算出路徑各處的曲面法向量；
52、數(shù)據(jù)錄入噴頭:將計(jì)算出來(lái)的分層路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入到多自由度的控制系統(tǒng)中，噴頭從中心點(diǎn)開始噴射；
53、噴頭按路徑噴射:噴射時(shí)，噴頭按路徑移動(dòng)，噴頭指向則始終與已成型曲面的法向量相反；
54、光固化成型:噴射時(shí)用固化光源照射，將噴出的材料固化成型。
[0005]其中，S2中的多自由度控制系統(tǒng)為五自由度的噴頭控制程序系統(tǒng)，五個(gè)自由度包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)、法向量U以及法向量V，所述X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)以及Z軸坐標(biāo)為出料定位坐標(biāo)，法向量U以及法向量V為出料角度向量。
[0006]其中，在S2中的五個(gè)方向通過(guò)機(jī)床和噴頭自身來(lái)控制，在調(diào)節(jié)X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)時(shí)，通過(guò)機(jī)床來(lái)調(diào)節(jié)，噴頭不動(dòng)；而在調(diào)節(jié)Z軸坐標(biāo)、法向量U以及法向量V時(shí)，機(jī)床位置不動(dòng)，噴頭通過(guò)自身來(lái)調(diào)節(jié)方向。
[0007]其中，幾何實(shí)體的噴射是由內(nèi)往外一層一層進(jìn)行加工的，其實(shí)體的中心點(diǎn)是噴射的起始點(diǎn)，其中噴射起始點(diǎn)和整個(gè)離散點(diǎn)的軌跡是通過(guò)算法得到，整個(gè)材料的成型實(shí)際上是由N層立體曲面包裹已形成的外輪廓，最后成型幾何實(shí)體。
[0008]其中，在S4中，所述固化光源設(shè)置在液態(tài)光敏樹脂中，通過(guò)移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)帶動(dòng)固化光源在噴射材料的成型平臺(tái)上進(jìn)行上下移動(dòng)和水平移動(dòng)，固化光源產(chǎn)生的固化光線按照固化光源移動(dòng)的方向，逐步投射到噴射材料的外表面上。
[0009]其中，所述固化光源為激光光源、LED光源、藍(lán)光光源、紫光光源或者紫外光光源中的一種。
[0010]其中，在S2中使用的光固化材料包括以下成分:20%~30%的環(huán)氧單體、20~40%的稀釋劑、5%~10%的光引發(fā)劑、1%~3%的增感劑以及30%~50%的助劑。
[0011]其中，所述環(huán)氧單體包括雙酚A型環(huán)氧化合物、聯(lián)苯型環(huán)氧化合物、縮水甘油胺型環(huán)氧化合物、二環(huán)戊二烯型環(huán)氧化合物、酚醛型環(huán)氧化合物、脂環(huán)族型環(huán)氧化合物中的一種或幾種；所述稀釋劑包括丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、1，4- 丁二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、C12-14脂肪縮水甘油醚、芐基縮水甘油醚、1，6-已二醇二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚中的一種或幾種。
[0012]其中，所述光引發(fā)劑包括芳香重氮鹽、芳香硫鑰鹽、芳香碘翁鹽、芳香碘鑰鋁鹽、芳香硫鋁鹽、茂金屬化合物、鐵芳烴化合物中的一種或幾種；所述助劑包括增韌劑、消泡劑、流平劑、穩(wěn)定劑中的一種或幾種。
[0013]其中，所述增感劑包括安息香雙甲醚、蒽、1-羥基環(huán)已基苯基甲酮、2-羥基-甲基苯基丙烷-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲?；交趸?、異丙基硫雜蒽酮、二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ァ?duì)-N，N- 二甲氨基苯甲酸乙酯中的一種或幾種。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多自由度噴射光固化3D成型方法，通過(guò)在確定的三維模型中，將計(jì)算出來(lái)的分層路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入到多自由度的控制系統(tǒng)中，從噴頭中心點(diǎn)開始噴射，從而克服了傳統(tǒng)噴射固化成型的空間局限性，提供了一種多自由度的噴嘴控制程序系統(tǒng)，這樣在打印的過(guò)程中成型的精度更高，成型的效果更好，對(duì)于任意復(fù)雜的空間幾何特征都可以很好的成型。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明多自由度噴射光固化3D成型方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0017]參閱圖1，本發(fā)明一種多自由度噴射光固化3D成型方法，包括以下操作步驟:
51、確定三維模型:對(duì)實(shí)體幾何模型進(jìn)行三維建模，建立的三維模型通過(guò)流行幾何計(jì)算得出待加工的分層包裹處理路徑，同時(shí)計(jì)算出路徑各處的曲面法向量；
52、數(shù)據(jù)錄入噴頭:將計(jì)算出來(lái)的分層路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入到五自由度的控制系統(tǒng)中，五個(gè)自由度包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、z軸坐標(biāo)、法向量U以及法向量V，X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)以及Z軸坐標(biāo)為出料定位坐標(biāo)，法向量U以及法向量V為出料角度向量；噴頭從中心點(diǎn)開始噴射；在噴射過(guò)程中，在調(diào)節(jié)X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)時(shí)，通過(guò)機(jī)床來(lái)調(diào)節(jié)，噴頭不動(dòng)；而在調(diào)節(jié)Z軸坐標(biāo)、法向量U以及法向量V時(shí)，機(jī)床位置不動(dòng)，噴頭通過(guò)自身來(lái)調(diào)節(jié)方向；
53、噴頭按路徑噴射:噴射時(shí)，噴頭按路徑移動(dòng)，噴頭指向則始終與已成型曲面的法向量相反；幾何實(shí)體的噴射是由內(nèi)往外一層一層進(jìn)行加工的，其實(shí)體的中心點(diǎn)是噴射的起始點(diǎn)，其中噴射起始點(diǎn)和整個(gè)離散點(diǎn)的軌跡是通過(guò)算法得到，整個(gè)材料的成型實(shí)際上是由N層立體曲面包裹已形成的外輪廓，最后成型幾何實(shí)體； S4、光固化成型:噴射時(shí)用固化光源照射，將噴出的材料固化成型；固化光源設(shè)置在液態(tài)光敏樹脂中，通過(guò)移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)帶動(dòng)固化光源在噴射材料的成型平臺(tái)上進(jìn)行上下移動(dòng)和水平移動(dòng)