專利名稱：一種降低光固化快速原型件表面粗糙度的方法
技術領域：
本發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方法對原型件表面進行處理，以快速降低原型件表面粗糙度。
背景技術：
快速成型技術是基于材料累加的加工成型方法，快速成型技術能夠加快產品的推陳出新，縮短產品的設計、生產周期。立體光固化成型法是目前多種快速成型方法中應用最廣，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％的優點，能成型形狀特別復雜(如空心零件)、特別精細的零件。但是，成型后的原型件表面仍會存在由成型過程中臺階效應引起的精度偏差，這是跟立體光固化成型法材料累加成型的工作原理相關，是不可避免的。
目前國內外基本上都是通過成型工藝中軟件，硬件，成型材料以及成型過程中參數等的優化來提高原型精度，但是這些優化的代價是成本的提高，并且只能減小臺階效應的影響，而不能從根本上消除臺階效應。通過后處理工藝對原型件進行處理，可以對已成型的臺階效應彌補，減小由臺階效應引起的誤差，相比較通過增加層數來提高精度的方法大幅度的降低了生產成本，縮短了制造時間。目前常用的后處理工藝有打磨，機械二次加工等機械加工方式，其缺點在于需要在成型時預留加工余量，利用機械加工來二次處理，需要耗費大量的人力，物力，進一步增加了加工成本，同時不適用于表面形狀比較復雜的零件。
根據申請人所進行的資料檢索，截至目前還沒有關于通過物理化學方法對原型件表面進行處理以降低原型件表面粗糙度的相關文獻和專利。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種采用物理化學法降低光固化原型件表面粗糙度的方法。該方法通過樹脂涂料的配制以及涂掛工藝的調整對立體光固化原型件進行后處理，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，能夠在很短的時間內減小由成型過程中不可避免的臺階效應所引起的制造誤差，降低原型件表面粗糙度；在成型時無需預留加工余量，節約成本，保證了零件的尺寸精度；該方法與磨削等機加工工藝相比較，沒有二次誤差的影響。
為了實現上述任務，本發明采取如下的技術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％；并調節樹脂涂料粘度在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。
本發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6μm～15μm降低到3μm以內。消除了立體光固化法產生的臺階效應，操作簡便，并且極大的節省了生產成本，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的應用前景，使快速成型件更好的應用于生產加工過程。
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；以下結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發明給出了一種基于光固化立體成型技術的降低立體光固化原型件表面粗糙度的物理化學方法，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(倒置吹干或旋轉甩干)使表面多余樹脂流出后，通過相應的固化工藝使表面涂層固化。
本發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％；并調節樹脂涂料粘度在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外表面形成一層極薄的均勻涂層，從而減小臺階效應的影響，降低原型件表面粗糙度。本發明的方法不需二次機加工，節約成本，并且使原型件表面達到工業級的精度。
本發明固化工藝，在短時間內對樹脂原型件表面涂層進行固化。通過固化工藝的調整，使涂層固化并不影響原型件本身的尺寸精度。光固化時采用高壓汞燈固化，固化時間短，質量好，對樹脂進行深層固化；固化完畢后又通過低壓紫外燈對表層進行固化，通過固化時間的控制保證涂層質量。常溫固化通過樹脂涂料的配制調節固化時間，可以通過微加熱(不超過樹脂原型件變形溫度)加速固化。
以下是發明人給出的以光固化涂層為例的具體實施例。
實施例11.調配樹脂涂料(1).樹脂涂料通過以下幾方面調制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量的0.1％)，加熱攪拌或采用其他化學方法使光固化樹脂發生化學改性。
2)在光固化樹脂中加入市售的活性稀釋劑HDDA(1，6-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質量的10％)，以降低樹脂粘度。
3)在光固化樹脂中再加入市售UV流平劑4325(加入量不超過樹脂質量的1％)，以改善樹脂的流淌性。
4)調節樹脂涂料粘度在0.70Pa.S以內，使樹脂涂層性能最優，能在將臺階面完全填平并形成一層極薄的涂層，且涂料涂層與臺階面之間有一定的吸附力。調配完樹脂涂料之后，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三維造型軟件設計樹脂零件，再由專門的計算機切片軟件將三維CAD模型切割成若干薄層平面圖形數據。
光固化快速成形開始時，升降臺通常下降到距液面不到0.1mm(約十分之幾毫米，相當于CAD模型最下一層切片的厚度)處，隨后x-y激光掃描器根據第一層(即最下一層)切片的平面圖形數據對液面掃描，液面這一層被激光照射到的那部分液態樹脂由于光聚合作用而固化在升降臺上。接著升降裝置又帶動升降臺使其下降相當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據對液面掃描，使新一層液態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固化快速原型件表面涂覆一定厚度的涂層，可以通過以下幾種方式來實現1)刷涂工藝刷涂工藝主要適合于處理簡單且精度要求不高的外表面，其工藝步驟是用細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的厚度，在不高于50℃的溫度下放置10分鐘后進行固化。
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，丙酮等化學試劑對原型件立體光固化清洗)；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固化快速原型件表面，隨后將立體光固化快速原型件拿出，并進行懸掛倒置吹干或旋轉甩干處理，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立體光固化快速原型件表面涂層進行固化。
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表面，其工藝方法是將調配好的樹脂涂料裝于已設計好的噴涂裝置中，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(倒置時間可視立體光固化原型件的大小以及形狀復雜程度而作調整)，待立體光固化原型件表面上多余樹脂流出，涂層穩定時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，固化時間為150秒，深層固化；然后再放于低壓汞燈下固化3個小時以上對表層進行固化，固化完成。
實施例2本實施例與實施例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-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質量的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量的0.5％)，調節樹脂涂料粘度在0.60Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例3本實施例與實施例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-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質量的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量的0.8％)，調節樹脂涂料粘度在0.40Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例4本實施例與實施例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-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質量的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量的0.7％)，調節樹脂涂料粘度在0.35Pa.S左右，其余均同實施例1。
實施例5本實施例與實施例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-己二醇二丙烯酸酯，加入量為樹脂質量的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量的0.5％)，調節樹脂涂料粘度在0.25Pa.S左右，其余均同實施例1。
權利要求
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％；并調節樹脂涂料粘度在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.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性稀釋劑為1，6-己二醇二丙烯酸酯，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.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的刷涂方法是用細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的厚度，在不高于50℃的溫度下放置10分鐘后進行固化。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸透方法是將成型好的立體光固化原型件從成型機中取出，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，使立體光固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固化原型件表面，隨后將立體光固化原型件拿出，并進行懸掛倒置吹干或旋轉甩干處理，使表面多余樹脂涂料流出，待立體光固化原型件表面過量樹脂涂料流出后對表面涂層進行固化。
5.如權利要求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，待樹脂涂料固化后再次噴涂；直至涂層表面符合要求。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述懸掛倒置吹干或旋轉甩干使表面多余樹脂涂料流出的處理時間為3分鐘。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固化工藝采用常溫固化、加熱固化或采用光固化方式進行。
8.如權利要求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固化5分鐘，再置于低壓紫外燈下固化3個小時以上。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的常溫或加熱固化方式時的溫度不超過50℃。
全文摘要
本發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％；并調節樹脂涂料粘度在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。該方法能夠消除立體光固化法產生的臺階效應，操作簡便，且不影響立體光固化快速原型件的尺寸精度，具有良好的應用前景。
文檔編號B05D1/38GK101081388SQ20071001818
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月3日 優先權日2007年7月3日
發明者李滌塵, 同穎稚, 吳海華 申請人:西安交通大學