專利名稱：一種降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光固化立體成型原型件的后處理方法，特別是一種降低光固 化快速原型件表面粗糙度的方法，該方法通過物理化學(xué)方法對(duì)原型件表面進(jìn) 行處理，以快速降低原型件表面粗糙度。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)是基于材料累加的加工成型方法，快速成型技術(shù)能夠加快
產(chǎn)品的推陳出新，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廚期。立體光固^:成型法是目前多 種快速成型方法中應(yīng)用最廣，精度最高的一種方法，它具有制作效率高，材 料利用率接近100%的優(yōu)點(diǎn)，能成型形狀特別復(fù)雜(如空心零件)、特別精細(xì) 的零件。但是，成型后的原型件表^仍會(huì)存在由成型過程中臺(tái)階效應(yīng)引起的 精度偏差，這是跟立體光固化成型法材料累加成型的工作原理相關(guān)，是不可 避免的。
目前國內(nèi)外基本上都是通過成型工藝中軟件，^f牛，成型材料以及成型 過程中參數(shù)等的優(yōu)化來提高原型精度，但是這些優(yōu)化的代價(jià)是成本的提高， 并且只能減小臺(tái)階效應(yīng)的影響，而不能從根本上消除臺(tái)階效應(yīng)。通過后處理 工藝對(duì)原型件進(jìn)行處理，可以對(duì)已成型的臺(tái)階效應(yīng)彌補(bǔ)，減小由臺(tái)階效應(yīng)引 起的誤差，相比較通過增加層數(shù)來提高精度的方法大幅度的降低了生產(chǎn)成 本，縮短了制造時(shí)間。目前常用的后處理工藝有打磨，機(jī)械二次加工等機(jī)械 加工方式，其缺點(diǎn)在于需要在成型時(shí)預(yù)留加工余量，利用機(jī)械加工來二次處 理，需要耗費(fèi)大量的人力，物力，進(jìn)一步增加了加工成本，同時(shí)不適用于表 面形狀比較復(fù)雜的零件。
根據(jù)申請(qǐng)人0f進(jìn)行的資料檢索，截至目前還沒有關(guān)于通過物理化學(xué)方法 對(duì)原型件表面進(jìn)行處理以降低原型件表面粗糙度的相關(guān)文獻(xiàn)和專利
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種采用物理化學(xué)法降低光圃化原型件表m 糙度的方法。該方法通過樹脂涂料的配制以及涂掛工藝的調(diào)整對(duì)立體光固化 原型件進(jìn)行后處理，在立體光固化原型件表面形成均勻涂層。該涂層極薄而 不影響原型件的尺寸精度，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)減小由成型過程中不可避免
的臺(tái)階效應(yīng)所引起的制造誤差，降低原型件表面粗糙度；在成型時(shí)無需預(yù)留 加工余量，節(jié)約成本，保證了零件的尺寸精度；該方法與磨削等機(jī)加工工藝 相比較，沒有二次誤差的影響。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案-
一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，其特征在 于，包括下列步驟
首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂質(zhì) 量百分比加入下列原料表面活性劑《0.1%,活性稀釋劑5% 30%， 流平劑《1%;并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S 0.70Pa.S之間；
將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件 表面；
然后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300 U m的 均勻涂層。
本發(fā)明的方法能夠使立體光固化快速原型件表面粗糙度從原來的6 u m 15nm降低到3um以內(nèi)。消除了立體光固化法產(chǎn)生的臺(tái)階效應(yīng)，操作簡 便，并且極大的節(jié)省了生產(chǎn)成本，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精 度，具有良好的應(yīng)用前景，使快速成型件更好的應(yīng)用于生產(chǎn)加工過程。
附苗說聽


圖1是通過樹脂涂料涂掛來降低原型件表面粗糙度示意圖； 以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明給出了一種基于光固化立體成型技術(shù)的降低立體光固化原型件 表面粗糙度的物理化學(xué)方法，該方法首先通過配制光固化或常溫固化樹脂涂料，此涂料粘度較低，具有一定的潤濕性及流平性，能夠在原型件表面形成
很薄的均勻涂層；其次將樹脂涂料涂掛(浸透、刷涂或噴涂)于光固化樹脂 原型件表面，通過一定的工藝(倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干)使表面多余樹脂流出 后，通過相應(yīng)的固化工藝使表^涂層固化。
本發(fā)明采用以下工藝流程(如圖1所示)
1) 配制好樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂
質(zhì)量百分比加入下列原料表面活性劑《0.1%，活性稀釋劑5% 30%，
流平劑《1%;并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S 0.70Pa.S之間；
2) 將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原 型件表面；
3) 使表面多余樹脂流出；
4) 通過光固化(常溫固化)等固化方式使立體光固化樹脂原型件表面 涂層固化，在立體光固化原型件內(nèi)外表面形成一層極薄的均勻涂層，從而減 小臺(tái)階效應(yīng)的影響，降低原型件表面粗糙度。本發(fā)明的方法不需二次機(jī)加工， 節(jié)約成本，并且使原型件表面達(dá)到工業(yè)級(jí)的精度。
本發(fā)明茵化工藝，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)樹脂原型件表面涂層進(jìn)行固化。逋過圓 化工藝的調(diào)整，使涂層固化并不影響原型件本身的尺寸精度。光固化時(shí)采用 高壓汞燈固化，固化時(shí)間短，質(zhì)量好，對(duì)樹脂進(jìn)行深層固化；固化完畢后又 通過低壓紫外燈對(duì)表層進(jìn)行圃化，逋過圃化時(shí)間的控制保證涂層質(zhì)量。常溫 固化通過樹脂涂料的配制調(diào)節(jié)固化時(shí)間，可以通過微加熱(不超過樹脂原型 件變形溫度)加速固化。
以下是發(fā)B,人給出的以光固化涂層為例的具體實(shí)施例。 實(shí)施例l: 1.調(diào)配樹脂涂料
(1).樹脂涂料通過以下幾方面調(diào)制
1)在已有的光固化樹脂中加入表面活性劑JFC (聚氧乙烯醚類化合物， 加入量不超過光固化樹脂質(zhì)量的0. 1%)，加熱攪拌或采用其他化學(xué)方法使光固化樹脂發(fā)生化學(xué)改性。
2) 在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA (1， 6-已二醇二丙烯 酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的1090，以降低樹脂粘度。
3) 在光圓化樹脂中再加入市售UV流平劑4325 (加入量不超過樹脂質(zhì) 量的1%)，以改善樹脂的流淌性。
4) 調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.70Pa.S以內(nèi)，使樹脂涂層性能最優(yōu)，能在將 臺(tái)階面完全填平并形成一層極薄的涂層,且涂料涂層與臺(tái)階^之間有一定的 吸附力。調(diào)配完樹脂涂料之后，放置30分鐘以上，待樹脂中氣泡消失后再 進(jìn)行下一步工藝。
2.涂掛工藝
在已成型立體光固化原型件表面進(jìn)行涂掛，光固化立體成型原型件成型
的基本過程是
首先利用CAD三維造型軟件設(shè)計(jì)樹脂零件，再由專門的計(jì)算機(jī)切片軟件 將三維CAD模型切割成若干薄層平面圖形數(shù)據(jù)。
光固化快速成形開始時(shí)，升降臺(tái)通常下降到距液面不到0.1mm (約十分 之幾毫米，相當(dāng)于CAD模型最下一層切片的厚度)處，隨后x-y激光掃描器 根據(jù)第一 層(即最下一層)切片的平面圖形數(shù)據(jù)對(duì)液面掃描，液面這一 層被激 光照射到的那部分液態(tài)樹脂由于光聚合作用而固化在升降臺(tái)上。接著升降裝 置又帶動(dòng)升降臺(tái)使其下降相當(dāng)于第二層切片厚度的高度，x-y激光掃描器再 按照第二層切片的平面圖形數(shù)據(jù)對(duì)液面掃描，使新一層液態(tài)樹脂固化并緊緊 粘在前一層已固化的樹脂上，逐層疊加形成樹脂零件。
涂掛工藝是在立體光面化快速原型件表^涂覆一定)^度的涂層，可以通 過以下幾種方式來實(shí)現(xiàn) 1)刷涂工藝
刷涂工藝主要適合于處理簡單且精度要求^的外表面,其工藝步驟是 用細(xì)毛刷將已配制好的樹脂涂料在要處理的立體光固化快速原型件表面上
均勻的刷上適當(dāng)?shù)暮穸龋诓桓哂?trc的溫度下放置io分鐘后進(jìn)行固化。2) 浸透工藝
該浸透工藝適用于所有表面，具體操作如下
將成型好的原型件從成型機(jī)中取出，去掉支撐，清除立體光固化原型件 表面殘余樹脂(主要是用酒精，丙il等化學(xué)試劑對(duì)原型件立體光圓化清洗); 再將立體光固化快速原型件置于事先配制好的樹脂涂料中，浸透一定時(shí)間(5 分鐘左右)，使立體光固化快速原型件表面能夠完全浸透并有適量的樹脂涂 料涂掛于立體光圓化快速原型件表面，隨后將立體光固化快速原型件拿出， 并進(jìn)行懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干處理，使表面多余樹脂涂料流出，待立體光 固化快速原型件表面過量樹脂涂料流出后對(duì)立體光固化快速原型件表面涂 度進(jìn)行固化。
3) 噴涂工藝
該噴涂工藝適用于立體光固化原型件外表面以及廣口的內(nèi)表面，其工藝 方法是將調(diào)配好的樹脂涂料裝于已設(shè)計(jì)好的噴涂裝置中，將樹脂涂料噴涂于 立體光固化快速原型件表面，固化后再次噴涂；噴涂數(shù)次直至涂層表面符合 要求。
3.固化工藝
光固化工藝是將清理好的立體光固化原型件浸透于光固化樹脂涂料中 5分鐘左右，浸透好后將立體光固化原型件從光固化樹脂涂料中拿出，倒置 3分鐘(倒置時(shí)間可視立體光茴化原型件的大小以及形狀復(fù)雜程度而作調(diào) 整)，待立體光固化原型件表面上多余樹脂流出，涂層穩(wěn)定時(shí)立刻將涂敷好 的立體光固化原型件放在高壓汞燈下快速固化，固化時(shí)間為150秒，深層固 化；然后再放于低壓汞燈下圓化3個(gè)小時(shí)以上對(duì)表層進(jìn)行圓化，圓化完成。 實(shí)施例2:
本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋 抓HDDA (1， 6-已二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的8%),加入表面活 性劑JFC (聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0. 5%),調(diào)節(jié) 樹脂涂料粘度在0.60Pa.S左右，其余均同實(shí)施例1。實(shí)施例3:
本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是:在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋 劑HDDA(l， 6-已二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的15%),加入表面活 性劑JFC (聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0.8%)，調(diào)節(jié) 樹脂涂料粘度在0.40Pa.S左右，其余均同實(shí)施例1 。
實(shí)施例4:
本實(shí)施例與實(shí)施例1戶斥不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋
劑HDDA (1, 6-已二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的20%)，加入表面活 性劑JFC (聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0. 7%)，調(diào)節(jié) 樹脂涂料粘度在0.35 ^8左右，其余均同實(shí)施例l。 實(shí)施例5:
本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋 劑HDDA (1， 6-已二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質(zhì)量的30%)，加入表面活 性劑JFC (聚氧乙烯醚類化合物，加入量為光固化樹脂質(zhì)量的0. 5%)，調(diào)節(jié) 樹脂涂料粘度在0.25Pa.S左右，其余均同實(shí)施例1。
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權(quán)利要求
1.一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，其特征在于，包括下列步驟首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中按光固化樹脂質(zhì)量百分比加入下列原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；然后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300μm的均勻涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性稀釋劑為， 6-已二醇二丙烯酸酯，且所述的表面活性劑為聚氧乙烯醚類化合物，以及所 述的流平劑為UV流平劑4325。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刷涂方法是甩細(xì) 毛刷將樹脂涂料在立體光固化原型件表面上均勻的刷上適當(dāng)?shù)暮穸?，在不?于5(TC的溫度下放置10分鐘后進(jìn)行圓化。
4. 如權(quán)利要求〗.所述的方法，其特征在于，所述浸透方法是:將自 好的立體光固化原型件從成型機(jī)中取出，去掉支撐，清除立體光固化原型件 表面殘余樹脂；再將立體光固化原型件置于樹脂涂料中，浸透5分鐘，使立 體光圓化原型件表面能夠完全浸透并有適量的樹脂涂料涂掛于立體光風(fēng)化 原型件表面，隨后將立體光固化原型件拿出，并進(jìn)行懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn)甩干處理，使表面多余樹脂涂料流出，待立體光圓化ir型件表^a:量樹脂涂料流出后對(duì)表面涂層進(jìn)行圓化。一
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴涂方法是將樹脂 涂料裝于噴涂裝置中，直接噴涂于立體光固化原型件表面，形成一層樹脂涂料層，待樹脂涂料面化后再次噴涂；直至涂層表面符合要求。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述懸掛倒置吹干或旋轉(zhuǎn) 甩干使表面多余樹脂涂料流出的處理時(shí)間為3分鐘。
7. 如權(quán)利要求1 0f述的方法，其特征在于，所述的面化工藝采用常溫 固化、加熱固化^用光屈化方式進(jìn)行。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的光固化方式為先 放在高壓汞燈下面化5分鐘，再置于低壓紫外燈下圓化3個(gè)小時(shí)以上。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的常溫^to熱通化方 式時(shí)的溫度不超過50°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低立體光固化快速原型件表面粗糙度的物理化學(xué)方法，該方法首先配制樹脂涂料，該樹脂涂料的制備方法是在樹脂中加入下列質(zhì)量百分比的原料表面活性劑≤0.1％，活性稀釋劑5％～30％，流平劑≤1％；并調(diào)節(jié)樹脂涂料粘度在0.25Pa.S～0.70Pa.S之間；然后將樹脂涂料采用刷涂、浸透或噴涂的方式涂掛在立體光固化樹脂原型件表面；最后通過固化工藝在立體光固化原型件表面形成厚度不超過300μm的均勻涂層，使立體光固化快速原型件表面粗糙度從原來的6μm～15μm降低到3μm以內(nèi)。該方法能夠消除立體光固化法產(chǎn)生的臺(tái)階效應(yīng)，操作簡便，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B05D3/06GK101564719SQ200910022579
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者侯祝剛, 孫博雅, 論 李, 楊曉霞, 林新杰 申請(qǐng)人:西安亞美模具有限公司