本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種成型方法。

背景技術(shù)：

增材制造(也稱三維打印)是快速成型技術(shù)的一種，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末，液體膠或墨水，線材等材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它能克服傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實(shí)現(xiàn)部件快速成型以及任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的生產(chǎn)制造?，F(xiàn)有增材制造技術(shù)主要分為三大類：FDM熔融擠出，光固化，SLM/SLS激光選擇性粉末燒結(jié)。

現(xiàn)有的光固化三維打印技術(shù)包括SLA激光掃描光固化和DLP數(shù)字微鏡投影式光固化技術(shù)，它們采用的光源系統(tǒng)主要為：激光掃描SLA(355/405nm激光)和含紫外光DLP投影(UVA波長(zhǎng)320nm-400nm)光源兩類；而其對(duì)應(yīng)的樹脂耗材為紫外光固化液態(tài)樹脂，紫外光固化液態(tài)樹脂只對(duì)紫外光(405nm及其以下波長(zhǎng))有光敏性。即現(xiàn)有的光固化三維打印技術(shù)嚴(yán)重依賴紫外光光源，局限于含紫外光的DLP投影技術(shù)和復(fù)雜的激光/振鏡系統(tǒng)，對(duì)光源系統(tǒng)要求高。DLP數(shù)字微鏡技術(shù)目前被美國(guó)德州儀器公司壟斷，而SLA所用的激光器件和振鏡掃描技術(shù)也主要由國(guó)外大公司擁有。且DLP和SLA的三維打印方式對(duì)技術(shù)要求高，設(shè)備昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差。另外，通過上述技術(shù)打印的模型，需要復(fù)雜的后處理工序，包括利用化學(xué)溶劑清洗表面，送進(jìn)紫外固化箱進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光后固化處理等操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成型方法，該成型方法不需要依賴紫外光源系統(tǒng)，光源設(shè)備可選范圍廣泛，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，設(shè)備精簡(jiǎn)，制造成本低。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種成型方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建成型系統(tǒng)，在成型工作區(qū)域內(nèi)設(shè)置樹脂槽、模型平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)組件、可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)和遮光罩；

所述樹脂槽為上部敞開結(jié)構(gòu)，用于承裝可見光固化樹脂；

所述模型平臺(tái)設(shè)置于所述樹脂槽的上方，用于承載已打印的模型；

所述驅(qū)動(dòng)組件與所述模型平臺(tái)固定連接，由所述計(jì)算機(jī)控制并帶動(dòng)所述模型平臺(tái)沿上下方向運(yùn)動(dòng)，即帶動(dòng)所述模型平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)背離所述樹脂槽或向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入所述樹脂槽；

所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備設(shè)置于所述樹脂槽的上方或下方，由所述計(jì)算機(jī)控制并輸出使所述可見光固化樹脂固化的可見光；

所述遮光罩圍閉遮蓋所述成型工作區(qū)域；

2)創(chuàng)建二維截面圖，所述計(jì)算機(jī)把預(yù)設(shè)模型的三維建模圖按照預(yù)設(shè)方向和預(yù)設(shè)分切厚度分解成若干層，每一層均為預(yù)設(shè)模型的二維截面圖；

3)移動(dòng)模型平臺(tái)，所述驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)所述模型平臺(tái)向上或向下運(yùn)動(dòng)，使得所述模型平臺(tái)的下方或上方形成有預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層，所述預(yù)設(shè)厚度與所述分切厚度相等；

4)輸出可見光，所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備輸出可見光，所述可見光作用于所述可見光固化樹脂層，所述可見光的輪廓與所述二維截面圖相符；

5)打印成型，經(jīng)過預(yù)設(shè)時(shí)間后，在所述可見光照射區(qū)域內(nèi)的所述可見光固化樹脂層固化，并粘附在所述模型平臺(tái)上，形成半成品固化模型；

6)重復(fù)依次執(zhí)行步驟3)-5)，逐層累積打印，得到三維固化模型；

其中，步驟3)中，所述驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)所述模型平臺(tái)向上或向下運(yùn)動(dòng)，使得所述模型平臺(tái)上的所述半成品固化模型的下方或上方形成預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層；

步驟4)中，在所述可見光照射區(qū)域內(nèi)的所述可見光固化樹脂層固化，并粘附在所述半成品固化模型上。

優(yōu)選的，還包括步驟7)，后續(xù)處理，將所述三維固化模型從所述模型平臺(tái)上取下后，依次執(zhí)行以下操作：表面清洗、照射固化和干燥。

具體的，所述表面清洗、照射固化和干燥的具體操作如下：用25-50℃的清水或洗潔精水溶液沖洗所述三維模型的表面，然后置于裝有清水的透明容器中進(jìn)行浸泡，并用日光或燈光照射0.5-2h，隨后自然晾干。洗潔精為一般的家用洗潔精，例如市面上銷售的立白、白貓、巧手、雕牌、斧頭牌等品牌洗潔精。

優(yōu)選的，所述可見光固化樹脂的固化響應(yīng)波長(zhǎng)為400-760nm；相應(yīng)地，所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備輸出的可見光的波長(zhǎng)為400-760nm。

優(yōu)選的，所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備包括LCD顯示器、手機(jī)顯示屏、平板顯示屏、電視機(jī)、投影儀、可見光激光成像系統(tǒng)和陰極射線管顯示設(shè)備。

優(yōu)選的，所述遮光罩由以下材料中的其中一種或任意組合制成：塑料、木材和金屬；所述遮光罩的顏色為紅色半透明、橙色半透明、褐色半透明和不透明中的其中一種或任意組合。

優(yōu)選的，所述分切厚度為0.025-0.200mm。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)組件為包括用于支持固定所述模型平臺(tái)的支撐件、用于導(dǎo)向所述支撐件運(yùn)動(dòng)的滑塊和導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、與所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸同步聯(lián)接并用于帶動(dòng)所述支撐件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)絲桿、匹配套接在所述傳動(dòng)絲桿上且與所述支撐件固定連接的絲桿螺母。

優(yōu)選的，所述樹脂槽設(shè)置有透光底壁或底膜；所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備設(shè)置在所述樹脂槽的下方，所述可見光從下往上穿過所述透光底壁照射于所述可見光固化樹脂層上；打印成型時(shí)，所述模型平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，使得所述模型平臺(tái)或所述半成品固化模型與所述透光底壁或底膜之間形成有預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層，所述預(yù)設(shè)厚度與所述分切厚度相等。

優(yōu)選的，所述可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備設(shè)置在所述樹脂槽的上方，可見光從上往下照射于所述可見光固化樹脂層上；打印成型時(shí)，所述模型平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，使得所述模型平臺(tái)或所述半成品固化模型浸入所述可見光固化樹脂內(nèi)，且所述模型平臺(tái)或所述半成品固化模型上形成有預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層，所述預(yù)設(shè)厚度與所述分切厚度相等。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明所提供的成型方法，可以選用數(shù)字顯示設(shè)備作為光源系統(tǒng)，利用可見光固化樹脂作為耗材，實(shí)現(xiàn)三維打印。本發(fā)明的光源系統(tǒng)不需要依賴紫外光波長(zhǎng)(405nm及以下)的任何類型光源系統(tǒng)(例如405nm波長(zhǎng)紫外DLP投影，或SLA用355nm或405nm波長(zhǎng)激光振鏡系統(tǒng))，擺脫了國(guó)外DLP技術(shù)或者激光/振鏡技術(shù)的壟斷限制。任何現(xiàn)有成熟的數(shù)字顯示設(shè)備，包括投影儀、顯示器、移動(dòng)設(shè)備屏幕均可選用，范圍廣泛；且目前可見光光源技術(shù)成熟，促使了整個(gè)三維打印系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，設(shè)備更精簡(jiǎn)，制造成本較低。

(2)本發(fā)明所提供的成型方法，可采用大型數(shù)字圖像輸出系統(tǒng)，使得三維模型成型尺寸更大，單位時(shí)間成型體積輸出更大。

(3)本發(fā)明所提供的成型方法，遮光罩可由紅色半透明材料、橙色半透明材料、褐色半透明材料或不透明材料制成，可有效屏蔽環(huán)境照明(日光/室內(nèi)燈光)中波長(zhǎng)為400-630nm的光波，有效避免了工作中的可見光固化樹脂因環(huán)境光照射而變質(zhì)失效的現(xiàn)象。

(4)本發(fā)明所提供的成型方法，得到的三維固體模型無須復(fù)雜的后處理曝光等工序，具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，成型精度高，表面質(zhì)量好，表面干燥，無黏膠殘余。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所提供的成型方法所采用的成型系統(tǒng)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所提供的成型方法所采用的成型系統(tǒng)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所提供的成型方法所采用的成型系統(tǒng)；

圖中：1、驅(qū)動(dòng)組件；2、樹脂槽；3、可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備；4、遮光罩；5、模型平臺(tái)；6、半成品固化模型；7、二維截面可見光圖像。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

一種成型方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建成型系統(tǒng)，在成型工作區(qū)域內(nèi)設(shè)置樹脂槽2、模型平臺(tái)5、驅(qū)動(dòng)組件1、可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3、計(jì)算機(jī)和遮光罩4；

樹脂槽2為上部敞開結(jié)構(gòu)，用于承裝可見光固化樹脂；

模型平臺(tái)5設(shè)置于樹脂槽2的上方，用于承載已打印的模型；

驅(qū)動(dòng)組件1與模型平臺(tái)5固定連接，由所述計(jì)算機(jī)控制并帶動(dòng)模型平臺(tái)5沿上下方向運(yùn)動(dòng)，即帶動(dòng)模型平臺(tái)5向上運(yùn)動(dòng)背離樹脂槽2或向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入樹脂槽2；

可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3設(shè)置于樹脂槽2的上方或下方，由所述計(jì)算機(jī)控制并輸出使所述可見光固化樹脂固化的可見光；

遮光罩4圍閉遮蓋所述成型工作區(qū)域；

2)創(chuàng)建二維截面圖，計(jì)算機(jī)輸入預(yù)設(shè)三維建模圖，并通過切片算法將其按照預(yù)設(shè)方向和預(yù)設(shè)分切厚度分解成若干層，得到一系列預(yù)設(shè)模型的二維截面圖；

3)移動(dòng)模型平臺(tái)5，裝入一定量的液態(tài)可見光固化樹脂于樹脂槽2中，然后驅(qū)動(dòng)組件1帶動(dòng)模型平臺(tái)5向上或向下運(yùn)動(dòng)，使得模型平臺(tái)5的下方或上方形成有預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層，所述預(yù)設(shè)厚度與所述分切厚度相等；

4)輸出可見光，可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3輸出可見光，所述可見光作用于所述可見光固化樹脂層，所述可見光的輪廓與所述二維截面圖相符；

5)打印成型，在所述可見光照射區(qū)域內(nèi)，所述可見光固化樹脂層經(jīng)過預(yù)設(shè)曝光時(shí)間后，由液態(tài)經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成固態(tài)，并粘附在模型平臺(tái)5上，形成半成品固化模型6；而樹脂槽2內(nèi)無光照的可見光固化樹脂部分仍維持液體狀態(tài)；當(dāng)模型平臺(tái)5帶動(dòng)半成品固化模型6移動(dòng)后，液態(tài)的可見光固化樹脂重新分布填充所述樹脂槽2；

6)重復(fù)依次執(zhí)行步驟3)-5)，逐層累積打印，得到三維固化模型；

其中，步驟3)中，驅(qū)動(dòng)組件1帶動(dòng)模型平臺(tái)5向上或向下運(yùn)動(dòng)，使得模型平臺(tái)5上的半成品固化模型6的下方或上方形成預(yù)設(shè)厚度的可見光固化樹脂層；

步驟4)中，在所述可見光照射區(qū)域內(nèi)的所述可見光固化樹脂層固化，并粘附在半成品固化模型6上。

實(shí)施例1

如圖1所示，可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3優(yōu)選為7寸LCD液晶屏，TFT型，顯示區(qū)域尺寸為142x107mm，亮度為1000cd/m²，對(duì)比度為800：1，分辨率為800x600，像素尺寸為0.18x0.18mm。二維截面可見光圖像7為可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3所輸出的可見光范圍內(nèi)的白色/藍(lán)色/青色圖案，為相應(yīng)層厚的二維截面圖的鏡像。樹脂槽2內(nèi)裝有可見光固化樹脂，其底壁為透光薄膜，該透光薄膜緊貼可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3的表面。模型平臺(tái)5與含有步進(jìn)電機(jī)/滑塊/導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)組件1連接，驅(qū)動(dòng)組件1的總行程為200mm，每次步進(jìn)高度優(yōu)選為0.10mm。

成型過程中，半成品固化模型6的高度由驅(qū)動(dòng)組件1決定，半成品固化模型6的下端浸入樹脂槽2中，其下方為可見光固化樹脂薄層，層厚優(yōu)選為0.10mm。其中可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3受計(jì)算機(jī)控制，輸出可見光，所輸出的可見光的輪廓與當(dāng)前的二維截面可見光圖像7相符，可見光透過樹脂槽2底部的透明薄膜照射在上述可見光固化樹脂薄層上。被可見光照射的可見光固化樹脂薄層經(jīng)過一定的曝光時(shí)間(約20-30秒)后，產(chǎn)生化學(xué)聚合作用而固化，形成新的固體薄層，固體薄層的形狀由二維截面可見光圖像7確定；該固化薄層附著在半成品固化模型6的下端。在二維截面可見光圖像7的光場(chǎng)以外，樹脂槽2內(nèi)的其他可見光固化樹脂沒有被光線照射，仍保持液體狀態(tài)。隨后，模型平臺(tái)5帶動(dòng)半成品固化模型6上升，使剛形成的固體薄層和樹脂槽2的底壁分離。同時(shí)，樹脂槽2內(nèi)的液態(tài)可見光固化樹脂自由流動(dòng)，在半成品固化模型6的底部重新形成新的樹脂薄層，由驅(qū)動(dòng)組件1控制其層厚達(dá)到0.10mm。此時(shí)可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3給出新一層二維截面可見光圖像7，樹脂槽2內(nèi)的液態(tài)可見光固化樹脂進(jìn)行選擇性光固化。重復(fù)上述步驟，逐層累積，完成整個(gè)三維模型的固化成型。

此成型過程中，xy平面內(nèi)精度0.18mm，z軸精度0.10mm，打印速度約15mm/h，打印輸出率最高可達(dá)100ml/h。

實(shí)施例2

如圖2所示，可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3優(yōu)選為42寸LCD液晶屏，顯示區(qū)域尺寸為930x522mm，亮度為800cd/m²，對(duì)比度為1200：1，分辨率為3840x2160，像素尺寸為0.24x0.24mm。二維截面可見光圖像7為液晶屏所輸出的白色/藍(lán)色/青色圖案陣列，為相應(yīng)層厚的二維截面圖的鏡像。如圖2所示，若預(yù)設(shè)三維模型尺寸較小，可在可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3顯示范圍內(nèi)排列兩個(gè)至上百個(gè)相同模型拷貝或不同模型組合，它們均勻排列為陣列。樹脂槽2內(nèi)裝有可見光固化樹脂，其底壁為透光薄膜，該透光薄膜緊貼可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3的表面。模型平臺(tái)5的尺寸優(yōu)選為900x500mm，由配設(shè)有大型滑塊導(dǎo)軌系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)組件1連接，驅(qū)動(dòng)組件1的總行程為700mm，每次步進(jìn)高度優(yōu)選為0.15mm。

成型過程中，半成品固化模型6的高度由驅(qū)動(dòng)組件1決定，半成品固化模型6的下端浸入樹脂槽2中，其下方為可見光固化樹脂薄層，層厚優(yōu)選為0.15mm。其中可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3受計(jì)算機(jī)控制，輸出可見光，所輸出的可見光的輪廓與當(dāng)前的二維截面可見光圖像7相符，可見光透過樹脂槽2底部的透明薄膜，照射在上述可見光固化樹脂薄層上。被可見光照射的可見光固化樹脂薄層經(jīng)過一定的曝光時(shí)間(約40-60秒)后，產(chǎn)生化學(xué)聚合作用而固化，形成新的固體薄層，固體薄層的形狀由二維截面可見光圖像7確定；該固化薄層附著在半成品固化模型6的下端。在二維截面可見光圖像7的光場(chǎng)以外，樹脂槽2內(nèi)的其他可見光固化樹脂沒有被光線照射，仍保持液體狀態(tài)。隨后，模型平臺(tái)5帶動(dòng)半成品固化模型6上升，使剛形成的固體薄層和樹脂槽2的透光薄膜分離。同時(shí)，樹脂槽2內(nèi)的液態(tài)可見光固化樹脂自由流動(dòng)，在半成品固化模型6的底部重新形成新的樹脂薄層，由驅(qū)動(dòng)組件1控制其層厚達(dá)到0.15mm。此時(shí)可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3給出新一層二維截面可見光圖像7，樹脂槽2內(nèi)的液態(tài)可見光固化樹脂進(jìn)行選擇性光固化。重復(fù)上述步驟，逐層累積，完成整個(gè)三維模型的固化成型。

此成型過程中，xy平面內(nèi)精度0.24mm，z軸精度0.15mm，打印速度約12mm/h，打印輸出率最高可達(dá)400ml/h。

實(shí)施例3

如圖3所示，可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3優(yōu)選為高清高亮度投影儀及其附帶光學(xué)鏡頭組，投影距離為250mm，投影區(qū)域尺寸為192x108mm，投影儀亮度為10000ANSI流明，對(duì)比度為1000：1，分辨率為3840x2160，像素尺寸為0.05x0.05mm。二維截面可見光圖像7為液晶屏所輸出的白色/藍(lán)色/青色圖案陣列，為相應(yīng)層厚的二維截面圖的鏡像。樹脂槽2內(nèi)裝有液態(tài)的可見光固化樹脂，可見光固化樹脂的深度大于150mm。模型平臺(tái)5為下懸式，模型平臺(tái)5浸沒于樹脂槽2內(nèi)，平臺(tái)尺寸為160x130mm，總行程為150mm，每次步進(jìn)高度優(yōu)選為0.05mm。

成型過程中，半成品固化模型6的高度由驅(qū)動(dòng)組件1決定，半成品固化模型6浸入樹脂槽2內(nèi)，半成品固化模型6的頂端為樹脂薄層，層厚優(yōu)選為0.05mm。其中可見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3受計(jì)算機(jī)控制，投射當(dāng)前的二維截面可見光圖像7于樹脂薄層表面。被可見光照射的樹脂薄層，經(jīng)過一定的曝光時(shí)間(約1-2秒)后產(chǎn)生化學(xué)聚合作用而固化，形成新的固體薄層，形狀由二維截面可見光圖像7確定；該固化薄層附著在半成品固化模型6的頂端。在二維截面可見光圖像7的光場(chǎng)以外，樹脂薄層沒有被光線照射，仍保持液體狀態(tài)。隨后，模型平臺(tái)5帶動(dòng)半成品固化模型6下降，浸沒在樹脂液面下。半成品固化模型6的頂部重新形成新的樹脂薄層，由驅(qū)動(dòng)組件1控制其層厚達(dá)到0.05mm。此時(shí)見光數(shù)字圖像輸出設(shè)備3給出新一層二維截面可見光圖像7，樹脂槽2內(nèi)的液態(tài)可見光固化樹脂進(jìn)行選擇性光固化。重復(fù)上述步驟，逐層累積，完成整個(gè)三維模型的固化成型。

此成型過程中，xy平面內(nèi)精度0.05mm，z軸精度0.05mm，打印速度約100mm/h，打印輸出率最高可達(dá)1000ml/h。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。