一种层间复合可控梯度式复杂零件的制备方法和专用设备技术

一种层间复合可控梯度式复杂零件的制备方法和专用设备，属于多材料复合成型技术领域。所述设备包铺料系统、光固化成型系统和控制单元；其方法首先将零件的三维实体模型利用分层软件进行切片分层，然后按照设定的程序，控制多料盒铺料系统实现单层浆料的铺送，再通过成型台的上下移动和光源的照射实现浆料在成型台上的单层固化成型，之后将成型台抬升使固化层与薄膜分离；重复上述操作实现层层堆积，最终完成多种光固化材料的层间复合。本发明专利技术采用了薄膜传送带和多个料盒的铺料系统，施加的光敏材料种类、数量不限，能够实现连续多层打印和多种材料的层间复合；薄膜选择种类多、价格低廉；铺料系统结构简单，可以实现模块化生产，便于推广和应用。

Method for preparing interlayer composite controllable gradient type complex parts and special equipment

The invention relates to a preparation method and a special equipment of an interlayer composite controllable gradient type complex component, belonging to the technical field of multi material composite forming. The equipment package paving system, light curing system and control unit; the first parts of the three-dimensional solid model by using hierarchical slicing software, and then according to the setting procedure, control box paving system to achieve single size shop send, by forming stations moving up and down and light single curing slurry on the forming stage, after molding Taiwan uplift makes the curing layer and membrane separation; repeat the above operation to achieve the accumulation, finally complete a variety of light curing material composite layer. The invention adopts the material system for laying film conveyer belt and a plurality of material box, photosensitive materials, applied quantity limitation, can realize continuous multi-layer printing and a variety of materials between layers of the composite film; choice of varieties, the price is low; the paving system has the advantages of simple structure, can realize the modular production, convenient popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种层间复合可控梯度式复杂零件的制备方法和专用设备
本专利技术涉及一种层间复合可控梯度式复杂零件的制备方法和专用设备，属于多材料复合成型

技术介绍
光固化快速成型技术是増材制造技术中成型精度最高的方法之一。光固化快速成型技术使用光敏树脂作为原料，在对应波长的光源照射下材料由液态变为固态，结合快速成型硬件和软件配合，实现零件成型。该方法精度高，工艺灵活性强。目前光固化快速成型方式主要应用于单种材料的光敏树脂，性能单一，功能局限，并未有效利用增材制造工艺对多材料成型的相容性和光固化成型的高精度。陶瓷材料的光固化快速成型是近两年来针对复杂陶瓷零件成型的新工艺，具有精度高、速度快、材料兼容度高、能够成型大尺寸陶瓷零件的特点，目前主要针对的是单种材料的成型，对于多材料复合的成型工艺及专用设备尚未开发。但陶瓷材料光固化快速成型技术的出现，为高精度复合陶瓷零件的制备创造了可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用薄膜滚动与多料盒添料结合实现光固化成型的层间复合的方法，使多种不同的光敏材料能够进行层间复合，且具有设备简单，工艺灵活度高等特点。为达到以上技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述设备包括机架、铺料系统、光固化成型系统和控制单元；铺料系统包括多个底部开口的料盒、主动滚筒、从动滚筒和薄膜传送带；在薄膜传送带的两侧分别设置密封板；密封板上表面要高于薄膜上表面，其高度等于光固化材料的铺层厚度；每个料盒对应一条料盒导轨，料盒导轨通过滑块与料盒顶部连接，料盒导轨沿垂直于薄膜传送带的运动方向布置，料盒底部与密封板紧密接触；所述料盒导轨、水平底板和密封板均安装在机架上；所述光固化成型系统设置在铺料系统的下游，包括光源、透明基板、成型台和z轴运动机构；光源安装于透明基板下方，成型台安装于z轴运动机构上；薄膜传送带在成型台和透明基板之间沿水平方向做间歇运动；所述控制单元分别通过控制线路与铺料系统和光固化成型系统连接，用于控制铺料系统中滚筒的间歇运动和料盒的直线运动，以及光固化成型系统中成型台升降和光源曝光的时间。本专利技术另一技术特征是：所述铺料系统还包括水平底板，该水平底板设置在两侧密封板之间且固定在机架上，并沿薄膜运动方向紧贴薄膜传送带下表面布置。本专利技术的又一技术特征在于：所述设备还包括材料回收装置，该材料回收装置安装于主动滚筒的一侧，包括回收盒和刮刀，刮刀与薄膜传送带呈30°-45°角紧密接触，并与回料盒通过转动副连接。优选地，所述刮刀采用橡胶、尼龙或聚四氟乙烯。优选地，所述料盒为矩形，料盒底部四周为内倒角，料盒上盖设有加料孔和排气孔。优选地，所述薄膜传送带采用PE流延膜、PET流延膜、PVC流延膜、PP流延膜、CPP流延膜、EVA流延膜、CPET流延薄膜或PVB玻璃夹层薄膜，薄膜厚度为20-500μm。本专利技术提供的一种层间复合可控梯度式复杂零件的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)用三维造型软件在控制单元中生成零件的三维实体模型，将数据转化为STL文件，并对打印模型的每层厚度进行设计，然后用分层软件将其分成多个薄层；2)将配置好的不同的光固化材料分别置于各个料盒中，控制单元对每个薄层所用材料进行选择设定；3)开始打印，控制单元根据材料设定调用该层所需材料对应的料盒，并控制该料盒沿料盒导轨从一侧的密封板上运动到另一侧的密封板上，从而在薄膜传送带上表面铺上一层光固化材料；4)启动主动滚筒并顺时针转动，使光固化材料铺层运动到成型台的下方；开启z轴运动机构使成型台下降，待成型零件底部与铺好的光固化材料铺层接触时停止下降；5)打开光源，使光透过透明基板和薄膜传送带，对步骤4)中所述光固化材料铺层进行单层固化成型；然后将成型台抬升使固化层与薄膜分离；6)重复步骤3)、4)和5)的操作，完成多种光固化材料的层间复合。本专利技术方法中，步骤1)中所述分层厚度为10-200μm。步骤2)中所述的光固化材料为纯光敏树脂、添加纤维或晶须的光敏树脂、添加纳米填料的光敏树脂、光敏陶瓷浆料或光敏金属浆料。优选地，步骤6)中所述成型台抬升距离为1-20cm。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：①本专利技术采用了薄膜传送带和多个料盒的铺料系统，施加的光敏材料种类、数量不限，因此能够实现连续多层打印和多种材料的层间复合；②每层打印都可根据材料性能和最终成形需求改变层厚，对不同材料兼容性强；③薄膜选择种类多、价格低廉；④铺料系统结构简单，可以实现模块化生产，便于推广和应用。附图说明图1为本专利技术提供的专用设备的结构原理图。图2为料盒沿导轨从密封板的一侧运动到另一侧的原理示意图。图3为料盒结构示意图，示出料盒底部四周采用内倒角。图4为控制单元的控制程序流程框图。图5为本专利技术提供的制备方法的工艺流程框图。图6铺料过程示意。图7是本专利技术层间复合零件平行于分层方向的剖面示意图。图中：1-回收盒；2-刮刀；3-主动滚筒；4-薄膜传送带；5-z轴运动机构；6-成型台；7-料盒；8-料盒导轨；9-从动滚筒；10-水平底板；11-密封板；12-透明基板；13-光源。具体实施方式为了更清楚地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施实例对本专利技术的结构、原理和工作过程做进一步说明。图1为本专利技术提供的一种制备层间复合可控梯度式复杂零件专用设备的结构原理示意图，该设备包括机架、铺料系统、光固化成型系统和控制单元。铺料系统包括多个底部开口的料盒7、主动滚筒3、从动滚筒9和薄膜传送带4；在薄膜传送带的两侧分别设置密封板11；密封板上表面要高于薄膜上表面，其高度应等于光固化材料的铺层厚度；每个料盒对应一条料盒导轨8，料盒导轨通过滑块与料盒顶部连接，料盒可沿料盒导轨8做直线往复运动，料盒导轨沿垂直于薄膜传送带的运动方向布置；滑块与导轨的连接可以采用丝杠螺母机构、齿轮齿条机构等直线运动机构。密封板11上表面与料盒7底面接触，对料盒7的底端开口起到密封作用，料盒7可在控制单元控制下在料盒导轨8上做往复运动；料盒沿料盒导轨从密封板的一侧运动到另一侧，就会在薄膜传送带4上刮涂一层光固化材料。料盒底部与密封板11之间紧密接触,以免材料泄漏。料盒的形状优选为矩形，料盒上盖设有加料孔和排气孔；为便于料盒在密封板上滑动，料盒底部四周呈内倒角(参见3图)。所述料盒导轨、水平底板和密封板均安装在机架上；主动滚筒3可采用电机作为动力源，通过皮带轮传动、齿轮传动或链传动机构带动其转动。薄膜传送带4可采用PE流延膜、PET流延膜、PVC流延膜、PP流延膜(CPP)、EVA流延膜、CPET流延薄膜或PVB玻璃夹层薄膜，薄膜厚度为20-500μm。为了使薄膜传送带4保持水平移动，所述铺料系统还包括水平底板10，该水平底板固定在机架上，位于两侧密封板之间，紧贴薄膜传送带下表面并沿薄膜运动方向布置。所述设备还包括材料回收装置，便于多余材料的回收及循环使用。该材料回收装置安装于主动滚筒3的一侧，包括回收盒1和刮刀2，刮刀与薄膜传送带呈30°-45°角紧密接触，并与回收盒通过转动副连接。刮刀采用橡胶、尼龙或聚四氟乙烯等软质材料，以免划伤薄膜传送带。所述光固化成型系统设置在铺料系统的下游，包括光源13、透明基板12、成型台6和z轴运动机构5；光源13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述设备包括机架铺料系统、光固化成型系统和控制单元；铺料系统包括多个底部开口的料盒(7)、主动滚筒(3)、从动滚筒(9)和薄膜传送带(4)；在薄膜传送带的两侧分别设置密封板(11)；密封板上表面要高于薄膜上表面，其高出距离等于光固化材料的铺层厚度；每个料盒对应一条料盒导轨(8)，料盒导轨通过滑块与料盒顶部连接，料盒导轨沿垂直于薄膜传送带的运动方向布置，料盒底部与密封板紧密接触；所述料盒导轨、水平底板和密封板均安装在机架上；所述光固化成型系统设置在铺料系统的下游，包括光源(13)、透明基板(12)、成型台(6)和z轴运动机构(5)；光源(13)安装于透明基板(12)下方，成型台(6)安装于z轴运动机构(5)上；透明基板12上表面紧贴薄膜传送带(4)的下表面，薄膜传送带(4)在成型台(6)和透明基板(12)之间沿水平方向做间歇运动；所述控制单元分别通过控制线路与铺料系统和光固化成型系统连接，用于控制铺料系统中滚筒的间歇运动和料盒的直线运动，以及光固化成型系统中成型台升降和光源曝光的时间。

【技术特征摘要】
1.一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述设备包括机架铺料系统、光固化成型系统和控制单元；铺料系统包括多个底部开口的料盒(7)、主动滚筒(3)、从动滚筒(9)和薄膜传送带(4)；在薄膜传送带的两侧分别设置密封板(11)；密封板上表面要高于薄膜上表面，其高出距离等于光固化材料的铺层厚度；每个料盒对应一条料盒导轨(8)，料盒导轨通过滑块与料盒顶部连接，料盒导轨沿垂直于薄膜传送带的运动方向布置，料盒底部与密封板紧密接触；所述料盒导轨、水平底板和密封板均安装在机架上；所述光固化成型系统设置在铺料系统的下游，包括光源(13)、透明基板(12)、成型台(6)和z轴运动机构(5)；光源(13)安装于透明基板(12)下方，成型台(6)安装于z轴运动机构(5)上；透明基板12上表面紧贴薄膜传送带(4)的下表面，薄膜传送带(4)在成型台(6)和透明基板(12)之间沿水平方向做间歇运动；所述控制单元分别通过控制线路与铺料系统和光固化成型系统连接，用于控制铺料系统中滚筒的间歇运动和料盒的直线运动，以及光固化成型系统中成型台升降和光源曝光的时间。2.如权利要求1所述的一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述铺料系统还包括水平底板(10)，该水平底板设置在两侧密封板之间且固定在机架上，并沿薄膜运动方向紧贴薄膜传送带下表面布置。3.如权利要求1或2所述的一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述设备还包括材料回收装置，该材料回收装置安装于主动滚筒(3)的一侧，包括回收盒(1)和刮刀(2)，刮刀与薄膜传送带呈30°-45°角紧密接触，并与回料盒通过转动副连接。4.如权利要求3所述的一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述刮刀采用橡胶、尼龙或聚四氟乙烯。5.按照权利要求1所述的一种制备层间复合可控梯度式复杂零件的专用设备，其特征在于：所述料盒为矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕志刚，胡可辉，魏亚蒙，邹谷阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11