一种物体原型的制造方法.pdf

本发明公开了一种物体原型的制造方法，该方法的主要步骤是：用绘图软件绘制物体的外形图，并用专用软件将该三维图切分，将切分好的二维图转换成黑白负像并打印在胶片上，然后将该胶片传送到树脂桶上方紫外烤灯下，将工作台上移到距液面一个切片厚度，打开烤灯使其紫外光穿过胶片上的透明部分将工作台上的树脂固化，然后使工作台再下降一个切片厚度，使烤灯工作，直到零件成型为止。用本发明提供的方法制造物体原型所用设备的造价大大低于现有原型制造技术所用设备的造价。

1.  一种物体原型的制造方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)用绘图软件绘制三维物体的外形图，然后使用专用的软件将该三维图沿同一个方向依次按相同的厚度切分，切分的厚度根据物体的形状和所要求的制造精度选择；
(2)使用计算机将切分好的二维图转换成黑白负像，并在其上加上能被对位系统分辨的位置识别图形，然后用打印机将黑白负像及位置识别图形打印在透明胶片上，如物体连续截面的形状相同或某个截面的形状与前面出现过的某个截面的形状相同，则打印机只打印一张黑白负像图；
(3)将胶片通过传送系统传输到树脂桶上方，区域控制片上，对位系统通过识别胶片上的位置识别图形，驱动传送系统精确定位，所述区域控制片由多个不透明的白色薄片组成，可手动或自动调整，所述树脂桶内有一个能在升降系统控制下升降的工作台。
(4)当胶片被准确定位后，启动光固化树脂加排系统使其向树脂桶内加注光固化树脂，并通过液面检测系统检测树脂液面到达的高度，当达到需要的高度时，停止加注，然后使工作台上升到距树脂液面正好是切片厚度的位置，此时打开位于树脂桶上方的紫外线烤灯，由于透明胶片上截面形状部分是透明的，因此紫外光穿过胶片的透明部分，将工作台上的光固化树脂凝固，然后熄灭紫外烤灯；
(5)操作胶片回收系统将胶片回收，并通过传送系统将下一张胶片传到树脂桶上方，同时使工作台再下降一个切片厚度，重复(4)步骤，如物体连续截面的形状相同时，每次紫外烤灯曝光后，工作台下降，胶片不动，如物体存在相同的截面，则被胶片回收系统回收的胶片可通过传送系统重新传回树脂桶上方使用，这样不断的重复，凝固的光固化树脂一层层的叠加，直至完成造型。

一种物体原型的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无模具快速原型制造技术，具体地说是一种利用光敏液相固化方式和分层制造原理快速制造物体原型的方法。
背景技术
快速原型制造技术是CAD、数控技术、激光技术、材料科学与工程技术的有机集成，它可以自动、快速、准确地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型，从而使企业在产品正式投放市场前进行广泛调研，征询用户意见，并对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争力。
现有较成熟的原型制造技术有立体印刷成型、层合实体制造、选域激光烧结、熔融沉积造型、三维喷绘粘接、焊接成型和掩膜光刻，这些技术虽然能在制造精度上达到企业要求，但由于所用设备造价过高(多在几十万到几百万之间)，因此无法在企业大量普及和使用。
上述快速原型制造技术中，与本发明最接近的技术是掩膜光刻。掩膜光刻是通过使激光或X射线穿过光腌膜后照射树脂成型而制造物体原型的，光掩膜上的图型是腌膜机在模型片层参数的控制下，利用电传照相技术在平板玻璃上调色或静电喷绘制成的原型或零件截面图形。目前光掩膜机的价格在几十万到几百万之间，企业一般无力购买，而专门制作物体原型的光掩膜中心的收费一般是按制作物体原型所消耗的树脂重量来计算，因此一个物体原型如委托光掩膜中心制造，其费用是比较昂贵的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物体原型的制造方法，用该方法制造物体原型所用设备的造价大大低于现有原型制造技术所用设备的造价
为达到上述目的，本发明提供了一种物体原型的制造方法，该方法包括如下步骤：(1)首先用绘图软件绘制三维物体的外形图，然后使用专用的软件将该三维图沿同一个方向依次按相同的厚度切分，切分的厚度根据物体的形状和所要求的制造精度选择；(2)使用计算机将切分好的二维图转换成黑白负像，并在其上加上能被对位系统分辨的位置识别图形，然后用打印机将黑白负像及位置识别图形打印在透明胶片上，如物体连续截面的形状相同或某个截面的形状与前面出现过的某个截面的形状相同，则打印机只打印一张黑白负像图；(3)将胶片通过传送系统传输到树脂桶的上方，区域控制片上，对位系统通过识别胶片上的位置识别图形，驱动传送系统精确定位，所述区域控制片由多个不透明的白色薄片组成，可手动或自动调整，其作用是减少墨水或墨粉的消耗，所述树脂桶内有一个能在升降系统控制下升降的工作台；(4)当胶片被准确定位后，启动光固化树脂加排系统使其向树脂桶内加注光固化树脂，并使用液面检测系统检测树脂液面到达的高度，当达到需要的高度时，停止加注，然后使工作台上升到距树脂液面正好是切片厚度的位置，此时打开位于附脂桶上方的紫外线烤灯，由于透明胶片上截面形状部分是透明的，因此紫外光穿过胶片的透明部分，将工作台上的光固化树脂凝固，然后熄灭紫外烤灯；(5)操作胶片回收系统将胶片回收，并通过传送系统将下一张胶片传到树脂桶上方，同时使工作台再下降一个切片厚度，重复(4)步骤，如物体连续截面的形状相同，则每次紫外烤灯曝光后，工作台下降，胶片不动，如物体存在相同的截面，则被胶片回收系统回收的胶片可通过传送系统重新传回树脂桶上方使用；(6)不断地重复上述步骤，使凝固的光固化树脂一层层的叠加，直到完成造型。
本发明与现有技术相比具有如下效果：(1)如采用单色激光打印机，分辨率为600×1200DPI的，价格在千元到万元之间，如采用分辨率为4800×1200DPI的喷墨打印机，则价格在几百元到几千元之间，加上其它装置，本发明所用设备的成本可控制在2万元以内，售价不会超过10万元，而光掩膜机的售价在几十万到几百万之间，因此本发明所用设备的价格远远低于现有原型制造技术所用设备的价格，易在企业大量普及和使用；(2)由于大部分物体在某个方向上截面的形状大多是相同的，因此实际制作时所打印胶片的数量是较少的，因而使用成本较低，易被企业所接受；(3)该方法使用简单、方便。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为实施例1中齿轮的胶片图。
图2为实施例2中所述零件的外形图。
图3为图2中零件A部分截面的胶片图。
图4为图2中零件B部分截面的胶片图。
具体实施方式
实施例1，制造图1所示齿轮的原型。
首先用计算机和绘图软件绘制出齿轮的三维图，然后使用专门的软件将该三维图切分，再使用计算机将切分好的二维图转换成黑白负像，并在其上加上能被对位系统内的光电传感器分辨的位置识别图形，然后用打印机将黑白负像及位置识别图形打印在透明胶片上，由于齿轮按横截面方向切分时，所有截面的形状相同，因此只需打印一张黑白负像图(如图1所示)，然后将该黑白负像图通过传送系统向树指桶的上方传送，当到达树脂桶上方时，对位系统内的光电传感器检测到位置识别图形，停止驱动，胶片上负像图外的空白区域用区域控制片遮挡，这样可节约墨水或墨粉的消耗，然后启动光固化树脂加排系统使其向树脂桶内加注光固化树脂，并通过液面检测系统检测树脂液面到达地高度，当达到需要的高度时，停止加注，然后使工作台上升到距树脂液面正好是切片厚度的位置，此时打开位于树脂桶上方的紫外线烤灯，由于透明胶片上齿轮截面形状部分是透明的，因此紫外光穿过胶片透明部分，将工作台上的光固化树脂凝固，然后熄灭紫外烤灯，将工作台再下降一个切片高度，烤灯再次工作，直到达到齿轮成型为止。齿轮成型后，排空树脂，胶片回收系统将胶片自动回收。
实施例2，制造图2所示零件原型。
首先用计算机和绘图软件绘制出零件的三维图，然后使用软件按截面数量最少的方式切分三维图，由于该零件实际上是由两种形状的截面叠加而成的(图3、图4为打印在透明胶片上两种截面的形状)，所以制造时，先将图3所示透明胶片通过传送系统传送到树脂桶上方，区域控制片上，胶片上负像图外的空白区域由区域控制片遮挡，对位系统内的摄像头摄下图3上的4个定位点的位置，记录入电脑，然后光固化树脂加排系统开始向树脂桶内加注光固化树脂，树脂液面高度检测系统检测树脂达到需要高度时，停止加注，然后使工作台上升到距液面一个切片厚度，找开紫外烤灯，紫外线穿过胶片透明处，固化树脂，接着熄灭烤灯，使工作台再下降一个切片厚度，烤灯再次工作，直到这个形状的截面的高度制造完毕为止，然后胶片回收系统将图3所示胶片自动回收，这时打印机打印出图4所示胶片，将图4所示胶片传送到树脂桶上方，对位系统内的摄像头摄下图4上的4个定位点的位置，并与图3上的4个定位点进行对比，计算出差异，由此控制传送系统精确对位，然后工作台上升到距液面一个切片厚度，打开紫外烤灯，紫外线穿过胶片透明处，将树脂固化，熄灭烤灯，使工作台再下降一个切片厚度，烤灯再次工作，直到这个形状的截面的高度制造完毕为止，最后排空树脂，胶片回收系统将胶片自动回收，整个零件制造完毕。
上述实施例中，三维绘图软件和二维绘图软件都是市面上已有的软件，三维绘图软件可选用Pro/E，二维绘图软件可选用Magics.PP.V7.0，也可使用其它软件。