一种光固化装置及方法与流程

[0001]本发明涉及增材制造的技术领域，尤其涉及一种光固化装置及方法。背景技术：[0002]目前，光固化3d打印技术的应用日趋广泛。光固化3d打印技术是利用紫外光或其它光束对光敏树脂液体进行固化。然而，刚经过光固化3d打印生产得到的工件，强度较低，尚无法满足使用要求，需要经过二次固化来提高产品的硬度等性能。[0003]专利文献cn107962779a公开了一种水下光固化系统，其能够对光固化3d打印得到的产品进行二次固化。该水下光固化系统是将待固化产品放入透明水箱中；透明水箱的外围具有紫外灯光组件，该紫外灯光组件照射位于透明水箱内的待固化产品，从而提升待固化产品的硬度。[0004]但是，上述技术方案固化得到的产品，其表面质量和表面固化效果仍然有待提高。技术实现要素：[0005]本发明的主要目的在于提供一种光固化装置及方法，能够进一步提升产品表面质量和改善表面固化效果。[0006]根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光固化装置。该光固化装置，包括：[0007]外壳；[0008]透明内箱，所述透明内箱置于所述外壳的内部；[0009]固化灯，所述固化灯放置于所述外壳与所述透明内箱之间；[0010]所述透明内箱用于盛放特定液体，所述特定液体被配置为：不与光敏树脂发生反应、溶氧率比水低且为透明。[0011]进一步地，所述光固化装置还包括下压装置，所述下压装置用于下压待固化工件，使得所述待固化工件能够浸没于所述特定液体中。[0012]进一步地，所述特定液体为有机溶剂，且所述有机溶剂包括醇类溶剂、硅油类溶剂或石蜡类溶剂中的至少一种。[0013]进一步地，所述醇类溶剂包括乙醇、丁二醇、丙二醇、丙三醇或数均分子量200～600的聚乙二醇中的至少一种。[0014]进一步地，所述硅油类溶剂包括甲基硅油、含氢硅油、水溶性硅油或苯甲基硅油中的至少一种。[0015]进一步地，所述石蜡类溶剂包括液体石蜡或液态氯化石蜡中的至少一种。[0016]进一步地，所述下压装置为下压块，所述下压块用于放置在所述待固化工件的上面，使得所述待固化工件能够浸没在所述特定液体中。[0017]进一步地，所述下压装置为夹持臂，所述夹持臂用于夹紧所述待固化工件。[0018]进一步地，所述下压装置为绳索，所述绳索的一端固定于所述透明内箱的底部，另一端用于连接所述待固化工件。[0019]进一步地，所述外壳与所述透明内箱之间设置有镜面箱体，所述镜面箱体在朝向所述透明内箱的表面设置有所述固化灯，所述镜面箱体在朝向所述外壳的表面设置有散热器。[0020]进一步地，所述外壳与所述镜面箱体之间设置有风扇，所述外壳在正对应所述散热器的位置设有出风口，使得所述外壳与所述镜面箱体之间形成风道。[0021]进一步地，所述光固化装置设有冷却管路，所述冷却管路内流通有冷却介质。[0022]进一步地，所述冷却管路为集成在所述透明内箱的中空内腔结构，或者所述冷却管路为单独的管道。[0023]进一步地，所述光固化装置还包括有上盖，所述上盖与所述外壳配合能够形成封闭空间。[0024]进一步地，所述下压块替换为上盖，所述上盖与所述外壳通过铰链配合，能够被开启和关闭；所述上盖用于确保所述待固化工件浸没在所述特定液体中。[0025]进一步地，所述光固化装置还配置有检测装置，所述检测装置用于判断上盖处于开启状态还是闭合状态。[0026]根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种光固化方法。所述光固化方法采用的光固化装置包括：[0027]外壳；[0028]透明内箱，所述透明内箱置于所述外壳的内部；[0029]固化灯，所述固化灯放置于所述外壳与所述透明内箱之间；[0030]所述光固化方法包括：[0031]将待固化工件放置于所述透明内箱中，所述透明内箱的内部盛放有特定液体，所述特定液体被配置为：不与光敏树脂发生反应、溶氧率比水低且为透明；[0032]通过固化灯对所述待固化工件进行照射。[0033]进一步地，所述特定液体为有机溶剂，且所述有机溶剂包括醇类溶剂、硅油类溶剂或石蜡类溶剂中的至少一种。[0034]本发明实施例中的光固化装置及方法，至少具有如下有益效果：透明的特定液体浸没待固化的工件，使得后者尽管被特定液体包围也仍然能够被紫外光等光束照射，从而实现二次固化；特定液体比水更少地溶解有氧气，减少了因水中所溶解的氧气对产品的表面固化效果所造成的影响；不与光敏树脂材料发生反应，可以以清洗的方式脱离树脂材料表面，避免了因化学反应所造成的产品表面质量的损害。[0035]本发明的技术方案的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0036]图1为本发明一个实施例中的光固化装置的结构示意图；[0037]图2为图1所示实施例的变形实施例的光固化装置的结构示意图；[0038]图3为本发明另一实施例中的光固化装置的结构示意图；[0039]图4为本发明又一实施例中的光固化装置的结构示意图；[0040]图5为图2所示实施例的替代实施例的光固化装置结构示意图；[0041]图6为图2所示实施例的另一替代实施例的光固化装置结构示意图；[0042]图7为图2所示实施例的又一替代实施例的光固化装置结构示意图；[0043]图8为本发明又一实施例的光固化装置的俯视视角结构示意图。[0044]附图标记：图中，[0045]110-待固化工件；120-特定液体；130-外壳；140-透明内箱；141-冷却管路；150-uv灯；170-上盖；[0046]210-待固化工件；220-特定液体；230-外壳；240-透明内箱；241-冷却管路；250-uv灯；260-下压块；270-上盖；[0047]310-待固化工件；320-特定液体；330-外壳；340-透明内箱；341-冷却管路；350-uv灯；360-夹持臂；370-上盖；[0048]410-待固化工件；420-特定液体；430-外壳；440-透明内箱；441-冷却管路；450-uv灯；460-绳索；470-上盖；[0049]510-待固化工件；520-特定液体；530-外壳；540-透明内箱；541-冷却管路；550-uv灯；560-夹持臂；570-上盖；580-烧杯；[0050]610-待固化工件；620-特定液体；630-外壳；640-透明内箱；650-uv灯；660-下压块；670-上盖；[0051]710-待固化工件；720-特定液体；730-外壳；740-透明内箱；750-uv灯；770-上盖；771-铰链；[0052]830-外壳；831-风扇；832-出风口；840-透明内箱；850-uv灯；890-镜面箱体；891-散热器。具体实施方式[0053]下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0054]在本发明的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″长度″、″宽度″、″障度″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″以及″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。[0055]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。[0056]在本发明的描述中，术语″透明″可理解为物体可被光线透过，也可理解为物体能够被固化灯发射的光线(例如紫外光)透过。换言之，在本发明的思想下，若物体不阻挡或不过滤固化灯发射的光线，其可被认为是透明的。[0057]以下文字将参考说明书附图描述本发明一些实施例中的光固化装置。[0058]图1为本发明一个实施例中的光固化装置的结构示意图。如图1所示，将待固化工件110能够放置于该光固化装置所盛放的特定液体120的液面之下。待固化工件110为光固化3d打印得到的成型件，该光固化3d打印包括但不限于dlp 3d打印、sla 3d打印和lcd 3d打印。[0059]特定液体120具有如下特性：透明、溶氧率比水低且不与光敏树脂发生反应。可以理解，本发明所提供的特定液体不是纯水。优选地，特定液体120还具有方便清洗的特性，使其不容易粘附在待固化工件110的表面。[0060]具体地，特定液体120为含氧率低的有机溶剂，包括醇类溶剂(尤其是低分子量醇类溶剂)、硅油类溶剂和石蜡类溶剂中的至少一种。醇类溶剂例如乙醇，丁二醇，丙二醇，丙三醇或数均分子量200～600的聚乙二醇等，硅油类溶剂例如甲基硅油、含氢硅油，水溶性硅油或苯甲基硅油等，石蜡类溶剂例如液体石蜡或液态氯化石蜡等。[0061]该光固化装置包括外壳130、透明内箱140、冷却管路141、uv灯150和上盖170，其中透明内箱140位于外壳130的内部。[0062]外壳130为上方敞口的结构，优选为长方体结构。可选地，外壳130也可以为圆柱体等其它形状。[0063]透明内箱140用于盛放特定液体120。优选地，透明内箱140与外壳130的结构相似。例如，外壳130为长方体结构的情况下，透明内箱140也为长方体结构，并且透明内箱140与外壳130两者的对应尺寸成相同的比例。[0064]如图1所示，透明内箱140的壁内设有中空内腔，该中空内腔形成冷却管路141。冷却管路141内流通有冷却介质。冷却介质为液体或气体。某些特定液体的散热性能可能较水差，并且光固化过程中的固化灯会产生热量，因此本实施例中的光固化装置设置了冷却管路。可以理解的是，冷却管路可以为集成在所述透明内箱的中空内腔结构，也可以为单独的管道；冷却管路可以设置在透明内箱的内表面，也可以设置在透明内箱的外表面。[0065]多个uv灯150安装于外壳130的内壁表面。″多个″的含义为至少两个。多个uv灯150包围透明内箱140。如图1所示，透明内箱140的底部(即外壳130的内壁底面)设有uv灯150，从而多角度地对待固化工件110进行照射。进一步地，可在上盖上设置uv灯。此外，为了使得待固化工件表面均匀地被照射，透明内箱可配置为能够相对于外壳旋转。[0066]可以理解的是，除了uv灯，固化灯也可以选用可见光固化灯等其它固化灯；多个uv灯也可以直接集成为一个大的uv灯。[0067]上盖170位于整个光固化装置最上方。具体而言，上盖170覆盖于外壳130的敞口正上方。上盖170与外壳130相互配合而形成密闭的空间。密闭空间能够阻挡除了固化灯之外的其它光线，确保二次固化的固化效果不受其它光线影响。[0068]图2为图1所示实施例的变形实施例的光固化装置的结构示意图。图2所示的光固化装置包括外壳230、透明内箱240、冷却管路241、uv灯250和上盖270。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图1所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0069]图2所示的实施例技术方案与图1不同之处在于，图2所示的光固化装置还包括下压块260。[0070]下压块260用于确保待固化工件210浸没于特定液体220的液面之下。下压块260位于待固化工件210的上方，使得待固化工件210无法上浮至液面之上。[0071]在某些情况下，特定液体120的密度比待固化工件110的密度大(例如在图2所示的实施例中)，光固化装置需要设置下压块160，以保证待固化工件110不会上浮。[0072]而在另一些情况下，特定液体的密度比待固化工件的密度小(例如在图1所示的实施例中)，待固化工件能够自发地沉入特定液体内，因此光固化装置不需要设置下压块。[0073]下压块260的升降运动通过驱动装置(图中未示出)控制，驱动装置可选用电机或气缸。[0074]图3为本发明另一实施例中的光固化装置的结构示意图。图3所示的光固化装置包括外壳330、透明内箱340、冷却管路341、uv灯350和上盖370。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图2所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0075]图3所示的实施例技术方案与图2不同之处在于，图2所示的下压块260被图3中的夹持臂360替代。[0076]夹持臂360具有一对夹钳，两夹钳可从上方将待固化工件310夹紧，使得待固化工件310无法上浮至特定液体320的液面之上。夹持臂360的底部安装固定于透明内箱340的内壁底面。可以理解的是，夹持臂360可以采用夹持式机械手的形式，从而夹持臂360的夹钳的张开和闭合都可被控制和驱动。[0077]可选地，夹持臂360的夹钳还可从下方将待固化工件310夹紧，而夹持臂260的顶部被固定安装至该光固化装置；或者，夹持臂360的夹钳从待固化工件310的左方将其夹紧，而夹持臂360的右端被固定；或者，夹持臂360的夹钳从待固化工件310的右方将其夹紧，而夹持臂360的左端被固定。[0078]图4为本发明又一实施例中的光固化装置的结构示意图。图4所示的光固化装置包括外壳430、透明内箱440、冷却管路441、uv灯450和上盖470。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图2所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0079]图4所示的实施例技术方案与图2不同之处在于，图2所示的下压块260被图4中的绳索460替代。[0080]绳索460的一端固定于透明内箱440的内壁表面，另一端则用于连接待固化工件410。待固化工件410在下方的绳索460的拉力的作用下，其无法向上运动，从而确保待固化工件410浸没于特定液体420的液面之下。[0081]图5为图2所示实施例的替代实施例的光固化装置结构示意图。图5所示的光固化装置包括外壳530、透明内箱540、冷却管路541、uv灯550、下压块560和上盖570。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图2所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0082]图5所示的实施例技术方案与图2不同之处在于，图5所示的光固化装置还具有烧杯580。烧杯580放置于透明内箱540中，烧杯580用于盛放特定液体520。相较于透明内箱盛放特定液体的技术方案，烧杯更加易于清洗。[0083]图6为图6所示实施例的另一替代实施例的光固化装置结构示意图。图6所示的光固化装置包括外壳630、透明内箱640、uv灯650、下压块660和上盖670。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图2所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0084]图6所示的实施例技术方案与图2不同之处在于，图6所示的下压块660为倒置的圆台形，即下压块660的顶面的面积大于底面的面积。可以理解的是，下压块也可以选用碟形或其它形状。[0085]图7为图2所示实施例的又一替代实施例的光固化装置结构示意图。图7所示的光固化装置包括外壳730、透明内箱740、uv灯750和上盖770。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与图2所示的实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0086]图7所示的实施例技术方案与图2不同之处在于，前者的上盖770兼具下压块的功能，即上盖与下压块两者合二为一。如图7所示，上盖770的底面具有明显的向下凸起区域，该向下凸起区域用于阻挡浸没于特定液体720中的待固化工件710浮出至液面之上。[0087]图7还示出，上盖770与外壳730两者的配合关系为铰链连接，方便上盖770和外壳730的装配。具体地，上盖770与外壳730在其中一端(例如左端)的接触处设有铰链771，从而上盖770可围绕该铰链771的转轴轴线旋转，实现上盖770的开启与闭合。[0088]为避免上盖开启时uv灯的强光照向用户的眼睛而对用户造成伤害，光固化装置还配置有检测装置，所述检测装置用于判断上盖处于开启状态还是闭合状态。[0089]当所述检测装置检测到上盖处于开启状态时，光固化装置中的uv灯停止工作。可选地，此时下压装置停止工作或以其它方式使得待固化工件上浮。如此一来，既不会伤害用户又能方便用户拿取工件，提升了用户的使用体验。当所述检测装置检测到上盖处于闭合状态时，uv灯开始工作，对待固化工件进行固化处理。[0090]检测装置可以为传感器或开关。传感器可选为红外传感器，开关可选接触式地开关，例如按钮或行程开关。优选地，检测装置设置在上盖和外壳之间，具体设置方式可根据光固化装置的结构进行具体设计，此处不赘述。[0091]具体到图7所示的实施例中，用户在打开上盖后，在检测装置的作用下，uv灯停止工作，上盖不会将待固化工件压入特定液体，待固化工件可自动上浮，用户的使用体验得到进一步提升。[0092]图8为本发明又一实施例中的光固化装置的俯视视角的结构示意图。图8所示的光固化装置包括外壳830、透明内箱840和uv灯850。图8中的外壳830与透明内箱840两者的水平投影为同心的圆形。上述各部件的连接关系、相互位置关系以及所起到的作用效果，均与前述某些实施例的技术方案相同，在此不再赘述。[0093]图8所示的实施例技术方案与前述某些实施例不同之处在于，图8所示的外壳830与透明内箱840之间还设置有镜面箱体890。镜面箱体的镜面能够增强反射，使得来自uv灯850的光照更为均匀，从而进一步地改善固化效果。[0094]镜面箱体890的水平投影为棱柱状(例如正八边形)。镜面箱体890的水平投影轮廓的外接圆、外壳830的水平投影和透明内箱840的水平投影三者为同心的圆形，上述三个同心的圆形由内至外依次为透明内箱840的水平投影、镜面箱体890的水平投影轮廓的外接圆和外壳830的水平投影。[0095]镜面箱体890的内壁表面为镜面，且该内壁表面上安装有uv灯850，uv灯850的灯珠朝镜面箱体890的内部设置。[0096]镜面箱体890的外壁表面还设置有散热器891，散热器891朝向镜面箱体890的外部设置。散热器891用于对uv灯850工作所引发的热量进行散热。[0097]外壳830和镜面箱体890之间设有风扇831。更具体地，外壳830的内壁表面设有风扇831。外壳830还在正对应散热器891的位置设有出风口832。由此，外壳830和镜面箱体890之间形成了风道(风的流向如图8中的箭头所示)，以此对散热器891进行散热。[0098]可以理解，图8所示实施例所示的结构能够与前述任一实施例相结合。[0099]以下文字将描述本发明一些实施例中的光固化方法。[0100]该光固化方法包括如下步骤：[0101]1)将3d打印得到的工件置于本发明前述任一实施例中的光固化装置中的密闭空间(透明内箱与上盖配合形成的密闭空间，或者烧杯与上盖配合形成的密闭空间)中，并浸没在特定液体中；[0102]2)对该工件照射紫外光，从而进行二次固化。[0103]将待固化的工件浸没于特定液体中，且特定液体不会溶解或较少地溶解氧气，能够最大限度地隔离氧气，减少氧气对固化效果的影响，而且特定液体不与光敏树脂发生反应，可以以清洗的方式使其从工件表面脱离。[0104]该光固化方法至少具有如下有益效果：透明的特定液体浸没待固化的工件，使得后者尽管被特定液体包围也仍然能够被紫外光等光束照射，从而实现二次固化；特定液体比水更少地溶解有氧气，减少了因水中所溶解的氧气对产品的表面固化效果所造成的影响；不与光敏树脂发生反应，可以以清洗的方式使其从工件表面脱离，避免了因化学反应所造成的产品表面质量的损害。[0105]上述光固化方法的效果测试方法及测试结果如下：[0106]1)选用光敏树脂打印多个直径115mm、厚度4mm的饼状待固化工件；[0107]2)将饼状待固化工件放置在清洗溶液中超声清洗3min后取出；[0108]3)取一个饼状待固化工件放入图2所示的光固化装置中，特定液体选用纯度99.5％的丙三醇，用下压块将饼状待固化工件完全压入丙三醇中，开启uv灯固化7min，再取出工件，用清水清洗，进行干燥，得到测试试样1；[0109]4)参照步骤3)的操作，将纯度99.5％的丙三醇替换成纯度95％的丙三醇，其余保持不变，得到测试试样2；[0110]5)参照步骤3)的操作，将纯度99.5％的丙三醇替换成纯度99％的液体石蜡，其余保持不变，得到测试试样3；[0111]6)参照步骤3)的操作，将纯度99.5％的丙三醇替换成水，其余保持不变，得到对比试样1；[0112]7)取一个饼状待固化工件放入图2所示的光固化装置中(装置内未盛放特定液体)，将装置内充满氮气，开启uv灯固化7min，再取出工件，得到对比试样2。[0113]依据astm d1044-2005透明塑料表面耐磨蚀性的试验方法对测试试样1-3和对比试样1-2进行磨损量测试测试结果如下表所示：[0114]表1测试试样1-3和对比试样1-2的磨损量测试结果[0115]试样编号磨损量(mg)测试试样139.7测试试样217.3测试试样324.0对比试样1243.1对比试样269.5[0116]由表1可知：将待固化工件浸没在丙三醇或液体石蜡中进行二次固化，与将待固化工件浸没在水或置于氮气气氛下进行二次固化相比，得到的工件磨损量更小，即表面固化效果要更好。由此可见，本发明中的光固化装置及方法，能够进一步提升产品表面质量和改善表面固化效果。[0117]在本说明书的描述中，参考术语″一个实施例″、″另一实施例″或″某些实施例″等的描述意指结合实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0118]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。