CN108274582A - 一种基于光固化成型的增材制造平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光固化成型的增材制造平台，包括：用于在设定位置处供给材料的材料输送装置；用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置；用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置；以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置运作的控制芯片。本申请提供的上述增材制造平台可以高程度的自动化操作，简单实现复杂模型的制备，成型效率高，坯体的形状尺寸精度高。

Description

一种基于光固化成型的增材制造平台

技术领域

本发明涉及材料固化成型技术领域，特别是涉及一种基于光固化成型的增材制造平台。

背景技术

陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、高化学稳定性和良好生物相容性等优秀性能外，已在能源、机械、军工、电子、半导体、医学等高技术领域得到了不少的应用。然而不同陶瓷材料在特定性能参数上也有所差异，在不同工作环境、工作要求下，单一的陶瓷材料往往难以满足实际需要。如某一部件要求部件芯部具有氧化锆材料的韧性，又要求表面具有氧化铝材料的硬度，这是采用单一陶瓷材料是难以实现的。而复合陶瓷材料部件通过将多种不同陶瓷材料组合，对特定位置、结构选用合适的陶瓷材料，便能有效解决上述难题。传统的陶瓷制备方法主要有注射成型、干压成型、湿法成型等，这类方法可实现简单形状的陶瓷材料部件的制备，但对于要求具有复杂形状的陶瓷部件，常需要借助精密模具协助成型，导致了加工周期延长、生产成本提高；另外，以上方法往往用于单一陶瓷材料的成型，难以实现具有多种材料的陶瓷部件制备。即传统的陶瓷制备方法存在复杂形状部件难成型问题，且难以实现特定位置、结构的材料精确供给，这在一定程度上限制了复合陶瓷部件的应用。

因此，如何解决复合陶瓷复杂部件难成型的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于光固化成型的增材制造平台，可以利用该平台可以简单实现复杂模型的制备，成型效率高，坯体的形状尺寸精度高。其具体方案如下：

一种基于光固化成型的增材制造平台，包括：

用于在设定位置处供给材料的材料输送装置；

用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置；

用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置；

以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置运作的控制芯片

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述材料输送装置包括多个可水平、垂直移动的喷嘴，以及控制所述喷嘴喷出所述材料的气压设备或液压设备。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述喷嘴的出口端为平滑倒角结构。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述平滑倒角结构为上表面半径是下表面半径的两倍的圆台结构。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述承载吸附装置包括具有固定凹槽的承载平台，以及可水平、垂直运动的吸附平台。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述承载平台包括位于所述凹槽处的钢化玻璃面板，以及在所述钢化玻璃面板下端且与所述钢化玻璃面板固定连接的铝制钢板。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述吸附平台的下表面具有一层有机材料。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述紫外光照射装置包括用于发出设定形状的紫外光光斑的紫外光发生器，以及用于将所述紫外光光斑照射于所述有机材料与所述钢化玻璃面板上表面之间的紫外光照射镜头。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，还包括：用于固定所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置的配套机械固定结构。

优选地，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，所述材料为陶瓷光固化材料。

本发明所提供的一种基于光固化成型的增材制造平台，包括：用于在设定位置处供给材料的材料输送装置；用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置；用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置；以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置运作的控制芯片。本发明提供的上述增材制造平台可以高程度的自动化操作，简单实现复杂模型的制备，成型效率高，坯体的形状尺寸精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于光固化成型的增材制造平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的本发明实施例提供的基于光固化成型的增材制造平台工作时的示意图；

图3为本发明实施例提供的喷嘴的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的复合陶瓷部件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于光固化成型的增材制造平台，如图1和图2所示，包括：用于在设定位置处供给材料的材料输送装置1；

用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置2；

用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置3；

以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置1、所述承载吸附装置2和所述紫外光照射装置3运作的控制芯片(图中未示出)。

在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，可以通过材料输送装置、承载吸附装置、紫外光照射装置和控制芯片的相互作用，实现高程度的自动化操作，进而简单实现复杂模型的制备，成型效率高，坯体的形状尺寸精度高。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，为了固定平台整体架构，还包括：用于固定所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置的配套机械固定结构。

需要说明的是，所述材料可以为陶瓷光固化材料。本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台是利用了3D打印技术中的DLP光固化成型技术(Digital LightProcessing，缩写DLP)，其原理如图1所示，通过计算机控制特定波长的激光在承载吸附装置进行特定形状平面照射，经一定时间后使陶瓷浆料选择性固化，完成一个层面的绘图作业，然后配套机械固定结构中的升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，如此层层叠加构成一个陶瓷坯体，通过对给定平面的特定光固化材料的精确涂覆，便可实现多种陶瓷材料的光固化成型，从而实现复合陶瓷复杂部件的制备。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，如图1和图3所示，所述材料输送装置可以包括多个可水平、垂直移动的喷嘴，以及控制所述喷嘴喷出所述材料的气压设备或液压设备。由于多个喷嘴可以水平、垂直移动，可以实现多种材料的给定位置的精确供给。所述喷嘴的出口端可以设置为平滑倒角结构，能有效提高材料的铺平涂覆效果；较佳地，如图3所示，该平滑倒角结构可以为上表面半径是下表面半径的两倍的圆台结构。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，如图1所示，所述承载吸附装置2可以包括具有固定凹槽的承载平台21，以及可水平、垂直运动的吸附平台22。所述承载平台21包括位于所述凹槽处的钢化玻璃面板，以及在所述钢化玻璃面板下端且与所述钢化玻璃面板固定连接的铝制钢板。这里的钢化玻璃面板为高透光、平滑光洁的；铝制钢板为一带开口。所述吸附平台22的下表面具有一层有机材料，厚度可以设置为5mm，其能促使光固化坯体粘附于吸附平台，增加坯体与吸附平台的粘着力。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台中，为了实现给定平面形状的精确成型，所述紫外光照射装置包括用于发出设定形状的紫外光光斑的紫外光发生器，以及用于将所述紫外光光斑照射于所述有机材料与所述钢化玻璃面板上表面之间的紫外光照射镜头。

下面以一种氧化铝/氧化锆复合陶瓷部件的制备，简述本发明实施例提供的上述基于光固化成型的增材制造平台的工作原理及运动示意，如图2所示，具体工作步骤如下：

步骤一、通过在计算机端口将待形成模型进行数据化处理，将相应的运动控制信号传送至材料输送装置1的控制端，相应的控制信号传送至承载吸附装置2的控制端，相应的紫外光斑的生成信号传送至紫外光照射装置3的控制端；

步骤二、材料输送装置1接收到运动控制信号后，控制第一个喷嘴(内含膏状氧化铝光固化陶瓷材料)先按水平、竖直方向运动至给定平面；随后由气压设备(或液压设备)挤压，实现材料由喷嘴端的喷出，且同时按规划路径进行运动；特别地，喷嘴端的倒角结构能有效提高材料的铺平涂覆效果，涂覆完成后退回至原位；

步骤三、第二个喷嘴(内含膏状氧化锆光固化陶瓷材料)接收到运动控制信号，从水平、竖直方向运动至给定平面；随后由气压设备(或液压设备)挤压，实现材料由喷嘴端的喷出，且同时按规划路径进行运动；特别地，通过控制喷嘴直径大小及挤压压力，能实现材料涂覆的层厚控制，且喷嘴端的倒角结构能有效提高材料的铺平涂覆效果，涂覆完成后退回至原位；

步骤四、承载吸附装置2中的吸附平台22接收到控制信号后，先由水平方向运动至承载平台21中玻璃面板的成型面所在上方，再从竖直方向下降，直至与玻璃面板表面紧密贴合，其中光固化陶瓷材料位于吸附平台22下表面的有机材料与玻璃面板上表面之间；

步骤五、紫外光照射装置3的控制端对接收到的图形信号进行处理后，有紫外光照射镜头投影相应光斑至吸附平台22下表面的有机材料与玻璃面板上表面之间，实现陶瓷材料的光固化成型，经特定时间后关闭光源；

步骤六、待成型结束，吸附平台22按初始路径退回至原位；

步骤七、依次重复上述过程，直至实现完整复合陶瓷部件的制备；

步骤八、通过后续热处理，即可获得复合陶瓷部件。

图4示出了复合陶瓷部件模型及其某一截面示意图，白色圆柱状和黑色十字状表示不同陶瓷材料，可以采用不同的喷嘴共同工作进行不同陶瓷材料的精确位置的涂覆，按照上述步骤形成该复合陶瓷部件模型，简单直接，生产效率高。

本发明实施例提供的一种基于光固化成型的增材制造平台，包括：用于在设定位置处供给材料的材料输送装置；用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置；用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置；以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置运作的控制芯片。本发明提供的上述增材制造平台可以高程度的自动化操作，简单实现复杂模型的制备，成型效率高，坯体的形状尺寸精度高。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的基于光固化成型的增材制造平台进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，包括：

用于在设定位置处供给材料的材料输送装置；

用于承载所述材料以及吸附成型坯体的承载吸附装置；

用于实现所述材料的光固化成型的紫外光照射装置；

以及用于根据待形成模型的数据信息，控制所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置运作的控制芯片。

2.根据权利要求1所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述材料输送装置包括多个可水平、垂直移动的喷嘴，以及控制所述喷嘴喷出所述材料的气压设备或液压设备。

3.根据权利要求2所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述喷嘴的出口端为平滑倒角结构。

4.根据权利要求3所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述平滑倒角结构为上表面半径是下表面半径的两倍的圆台结构。

5.根据权利要求1所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述承载吸附装置包括具有固定凹槽的承载平台，以及可水平、垂直运动的吸附平台。

6.根据权利要求5所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述承载平台包括位于所述凹槽处的钢化玻璃面板，以及在所述钢化玻璃面板下端且与所述钢化玻璃面板固定连接的铝制钢板。

7.根据权利要求6所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述吸附平台的下表面具有一层有机材料。

8.根据权利要求7所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述紫外光照射装置包括用于发出设定形状的紫外光光斑的紫外光发生器，以及用于将所述紫外光光斑照射于所述有机材料与所述钢化玻璃面板上表面之间的紫外光照射镜头。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，还包括：用于固定所述材料输送装置、所述承载吸附装置和所述紫外光照射装置的配套机械固定结构。

10.根据权利要求9所述的基于光固化成型的增材制造平台，其特征在于，所述材料为陶瓷光固化材料。