旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置及方法，该装置应用了面曝光技术作为光敏材料的成型技术，同时应用了多分区旋转式材料槽作为加工不同材料的供料机构。加工时，首先对同一零件的多种材料部分分别建模，再分别对其进行切层和生成掩膜处理；其次将多个掩膜队列导入控制模块，控制模块确定在同一高度分层中是否含有多种材料，如果含有则这一层进行多种材料的加工，如不含有，则这一层进行对应材料的单材料加工。在同一层多种材料加工和不同层不同材料加工中，自动进行已加工零件的清洗步骤，以保证多种材料互不污染。通过在加工过程中更换容有不同光敏材料的材料槽及对应掩膜，实现了含有多种不同材料零件的自动化精确加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进制造技术范围内光固化成型增材制造领域。具体涉及一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置及方法。
技术介绍
光固化原型技术(Stereolithography,SLA)是最早应用的一种增材制造技术，也就是最早的一种3D打印技术。这种技术具有加工精度高、可加工材料种类多、应用范围广的优点。该技术通过控制曝光的路径或曝光形状来制造零件的每一层，在加工下一层的同时与上一层固结在一起，最终成型零件。光固化原型技术中的面曝光技术可以一次曝光加工一整个层面，具有加工效率高的优点，其中自底向上的面曝光技术具有节省材料、对不同材料粘度适应性好的优点。通过使用含有不同成分的光敏材料，该技术可以加工具有不同用途的各种零件。例如可以用于制造消失模铸造模具、含有细胞或生长因子的生物支架、注塑用注塑模具、复杂精细陶瓷零件，各种快速原型件等。但目前，商用光固化原型技术只能用来加工单一材料，同一个零件中只含有当次加工槽中的材料，这就限制了该技术的进一步发展空间。随着工业制造日趋复杂，国际间科技竞争日益激烈，对于加工技术提出了更高的要求。单一材料的光固化原型技术已不能满足特种零件的复杂性和功能性要求。如果能够在同一零件中加工多种材料，那么就能够分别利用多种材料的物理和化学性质，或利用其复合性能，从而极大的提高光固化原型技术的自由度、加工能力、应用范围，开发和开拓新的应用方式和应用前景。本专利技术针对这一问题，开发了一种加工两种材料的光固化增材制造装置及方法，可以依照设计模型自动进行两种不同性质的光敏材料的加工。通过增加供料槽的分区数和更新加工算法，本专利技术的原理同样可用于含有两种以上材料零件的加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置及方法，解决光固化原型技术较难应用于多材料加工领域的问题。该装置运用自底向上面曝光固化材料的形式，通过配合多分区旋转式材料槽和掩膜更换算法，并加入自动清洗步骤，解决了两种材料加工中从模型设计到掩膜生成，再到两种材料加工和清洗的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：Z轴平移机构固定在机架上，与机架基准面垂直，Z轴平移机构上固定有工作台和工作台支架。所述的工作台支架上连接有中心调节机构进和手动拆卸机构，多分区旋转式材料槽固定在机架上，包括两个部分，旋转机构和分区供料槽。所述的分区供料槽包括分区供料槽材料一分区和分区供料槽材料二分区以及清洗分区，清洗分区上固定有超声波测距传感器、吹干风扇、清洗舵机，所述曝光模块在旋转机构和分区供料槽正下方。曝光模块包括UVLED光源、DMD芯片及其驱动电路、投影镜头。一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造方法，步骤如下：1)对同一零件的多种材料部分分别建模，再分别对其进行切层和生成掩膜处理；2)其次，将多个掩膜队列导入，确定在同一高度分层中是否含有多种材料，如果含有则这一层进行多种材料的加工；如不含有，则这一层进行对应材料的单材料加工；3)在进行多材料加工时进行清洗步骤，清洗步骤由刷洗、浸泡、吹干三个子步骤组成。首先进行的刷洗步骤由清洗舵机带动毛刷进行；其次，浸泡步骤由工作台带着已经加工好的零件浸入到清洗液中完成；最后，吹干步骤由吹干风扇完成，整个清洗过程与加工过程的同步通过测距传感器来完成，测距传感器感知工作台的位置，当工作台靠近到设定位置后，清洗开始，当工作台离开后，清洗进入等待状态。本专利技术在传统的光固化面曝光技术的基础上，增加了三分区式旋转槽机构，改进了加工控制过程，实现了从单一材料加工到两种材料加工的转变，可以顺利成型两种材料界面分明的复合材料零件。而且，由于在加工过程中切换材料和清洗过程都实现了自动化，缩短了不同材料的处理时间。与此同时，该技术并不增加两种材料零件模型的建模难度，且模型切层和掩膜生成处理都维持了单一材料加工时的处理方法，具有较高的技术推广价值。附图说明图1为本专利技术的结构轴测示意图；图2为工作台及其机构示意图；图3为分区供料槽结构示意图；图4为清洗算法流程图；图5为多材料掩膜切换算法流程图；图6为多材料光固化加工控制算法组成示意图；图中：1为Z轴平移机构；2为中心调节机构；3为手动拆卸机构；4为吹干风扇；5为超声波测距传感器；6为清洗舵机；7为分区供料槽清洗分区；8为曝光模块；9为旋转机构；10为分区供料槽；11为工作台；12为工作台支架；13为分区供料槽材料一分区；14为分区供料槽材料二分区。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：装置部分可分为加工模块、曝光模块、控制模块。加工模块包括Z轴平移机构(包括工作台支架、中心调节机构和手动拆卸机构)、分区供料槽(包括超声波测距传感器、吹干风扇、清洗舵机、旋转机构)。曝光模块包括UVLED光源、DMD芯片及其驱动电路、投影镜头。控制模块包括加工控制模块和曝光控制模块，包含有多材料加工换槽算法和更换掩膜算法。上述的Z轴平移机构固定在机架上，与机架基准平面相垂直。Z轴平移台上固定有工作台支架。上述的工作台支架上连接有曝光位置中心调节机构和工作台手动拆卸机构。曝光位置中心调节机构的作用是可以按照分区供料槽来调节工作台的曝光中心，使之不与供料槽产生碰撞。工作台手动拆卸机构的作用为在加工结束后，通过手动松开紧固手拧螺钉，将带有加工零件的工作台拆下，方便观察和取下加工好的零件。上述的多分区旋转式材料槽主要包含两个部分，旋转机构和分区供料槽。旋转机构通过步进电机带动一对直齿轮实现分区供料槽旋转，分区供料槽包含三个分区，分别是两种材料分区和清洗分区。在清洗分区中，包含有清洗液，当上一种材料加工完成，切换到下一种材料加工前，要进行清洗步骤。这一步骤通过三个子步骤完成，分别是：刷洗、浸泡、吹干，然后再进行下一种材料的加工。其中刷步骤由清洗舵机带动毛刷进行，浸泡步骤由工作台带着已经加工好的零件浸入到清洗液中完成，吹干步骤由两个吹干风扇完成。整个清洗过程与加工过程的同步通过测距传感器来完成，测距传感器感知工作台的位置，当工作台靠近到设定位置后，清洗开始，当工作台离开后，清洗进入等待状态。清洗舵机、测距传感器、吹干风扇都固定在分区供料槽的清洗分区上。上述的曝光模块安装在三分区式旋转槽下方，对应于工作台曝光中心。曝光模块通过串口和HDMI接口与主控电脑连接，根据掩膜切换算法曝光不同的掩膜图像。本专利技术的整体轴测图如图1所示，这种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，具有Z轴平移机构1，它固定在机架上，与机架基准平面相垂直。Z轴平移机构1固定有工作台支架12。固定有工作台支架12上连接有曝光位置中心调节机构2和手动拆卸机构3。如图2，中心调节机构2的作用是调节工作台11的曝光中心，使得工作台11不与分区供料槽10产生碰撞，当更换不同规格的分区供料槽10后，可以重新调节。手动拆卸机构3的作用为在加工结束后，通过松开紧固手拧螺钉，将带有加工零件的工作台11拆下，方便观察和取下加工好的零件。如图3，分区供料槽10包含三个分区，分别是材料一分区13、材料二分区14和清洗分区7。在清洗分区中，包含有清洗液，当上一种材料加工完成，切换到下一种材料加工前，要进行清洗步骤。清洗舵机6、测距传感器5、吹干风扇4都固定在分区供料槽10的清洗分区7上。如图4，清洗步骤通过三个子步骤完成，分别是：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，其特征在于：Z轴平移机构(1)固定在机架上，与机架基准面垂直，Z轴平移机构(1)上固定有工作台(11)和工作台支架(12)。

【技术特征摘要】
1.一种旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，其特征在于：Z轴平移机构(1)固定在机架上，与机架基准面垂直，Z轴平移机构(1)上固定有工作台(11)和工作台支架(12)。2.根据权利要求1所述的旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，其特征在于：所述的工作台支架(12)上连接有中心调节机构(2)进和手动拆卸机构(3)，多分区旋转式材料槽固定在机架上，包括两个部分，旋转机构(9)和分区供料槽(10)。3.根据权利要求1所述的旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，其特征在于：所述的分区供料槽(10)包括分区供料槽材料一分区(13)和分区供料槽材料二分区(14)以及清洗分区(7)，清洗分区(7)上固定有超声波测距传感器(5)、吹干风扇(4)、清洗舵机(6)，所述曝光模块(8)在旋转机构(9)和分区供料槽(10)正下方。4.根据权利要求1所述的旋转换槽式多材料面曝光增材制造装置，其特征在于：曝光模块(8)包括UVLED光...

【专利技术属性】
技术研发人员：连芩，武向权，华夏，杨飞，李涤尘，靳忠民，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西恒通智能机器有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61