脱模治具及脱模方法
阅读说明：本技术 脱模治具及脱模方法 (Demolding jig and demolding method ) 是由 凌文兵 杨湾湖 黄鹤源 桂培炎 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脱模治具以及脱模方法,其中所述脱模治具包括集液盘、连接罩和承托槽,所述集液盘位于所述脱模治具的底部,用于收集残留的树脂；所述连接罩分别位于所述脱模治具的左侧与右侧,并且所述连接罩分别自所述集液盘的两个侧边向上延伸；所述承托槽分别位于所述脱模治具的左侧与右侧,并且所述承托槽位于所述连接罩的顶部,所述承托槽用于供3D打印装置的成型平台的侧边插入并卡合。采用本发明的脱模治具以及脱模方法,使得脱模工序易于操作,并且避免残留的树脂污染工作台。(The invention discloses a demoulding jig and a demoulding method, wherein the demoulding jig comprises a liquid collecting disc, a connecting cover and a supporting groove, wherein the liquid collecting disc is positioned at the bottom of the demoulding jig and is used for collecting residual resin; the connecting covers are respectively positioned on the left side and the right side of the demolding jig, and extend upwards from the two side edges of the liquid collecting disc respectively; the supporting groove is respectively located on the left side and the right side of the demolding jig, the supporting groove is located at the top of the connecting cover, and the supporting groove is used for allowing the side edge of a forming platform of the 3D printing device to be inserted and clamped. By adopting the demolding jig and the demolding method, the demolding procedure is easy to operate, and the workbench is prevented from being polluted by residual resin.)
技术领域
本发明涉及增材制造的技术领域，尤其涉及一种3D打印工艺中的辅助工具以及脱模方法。
背景技术
3D打印尤其是光固化3D打印完成后，成型平台与打印件仍然连结在一起，需要将两者转移到工作台上，利用铲刀或顶料杆将打印件从成型平台上拆下，以完成脱模步骤，使成型平台与打印件两者分离。在上述过程中，由于缺少必要的承托治具，成型平台的位置无法固定，这使得脱模工序非常困难。另外，成型平台或打印件上残留的树脂通常会污染工作台。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种脱模治具及采用该治具的脱模方法，使得脱模工序易于操作并减少残留树脂通常污染工作台的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种脱模治具，所述脱模治具包括：
集液盘，所述集液盘位于所述脱模治具的底部，用于收集残留的树脂；
连接罩，所述连接罩分别位于所述脱模治具的左侧与右侧，并且所述连接罩分别自所述集液盘的两个侧边向上延伸；
承托槽，所述承托槽分别位于所述脱模治具的左侧与右侧，并且所述承托槽位于所述连接罩的顶部，所述承托槽用于供3D打印装置的成型平台的侧边***并卡合。
脱模治具的承托槽可以供成型平台的侧边***并卡合，从而使得脱模工序中的成型平台得以定位，便于脱模工序的操作；脱模治具的下部的集液盘能够汇集残留的树脂，从而避免残留的树脂污染工作台。
进一步地，所述集液盘倾斜设置，或者所述集液盘表面为具有最低位置的曲面。
进一步地，所述集液盘还设置有倒出嘴，所述倒出嘴位于倾斜设置的所述集液盘的最低端或者位于所述集液盘的曲面的最低位置附近。倒出嘴的设计便于操作者将汇集得到的残留树脂倒出集液盘。
进一步地，以所述承托槽的槽道延伸方向为前后方向，所述脱模治具还包括引流部，所述引流部位于所述连接罩在前后方向上的前端，所述引流部大致沿上下方向延伸且连接所述承托槽与所述集液盘。引流部用于促使来自成型平台的残留树脂由承托槽尽快汇集至下方的集液盘。
进一步地，所述引流部为管道结构、导槽结构或台阶结构。
进一步地，所述脱模治具的顶部还设有扶手部。扶手部用于供操作者抓取整个脱模治具。
进一步地，所述承托槽具有槽底面和两个槽壁面，所述两个槽壁面大致为水平表面，所述槽底面大致为竖直表面，所述槽底面相对于所述连接罩向外部凸出而形成所述扶手部。
进一步地，所述脱模治具还包括支撑卡槽和支撑托板，所述支撑卡槽位于所述脱模治具的顶部且用于供所述成型平台的一个角***并卡合，所述支撑托板大致沿上下方向延伸且用于支撑竖起的所述成型平台。借助于支撑卡槽和支撑托板，成型平台能够被立起，从而便于采用铲刀等工具对其进行脱模操作。
进一步地，所述支撑卡槽有两处，两处的所述支撑卡槽的槽道延伸方向共线，且两处的所述支撑卡槽的槽道延伸方向大致沿左右方向。
进一步地，以所述承托槽的槽道延伸方向为前后方向，由前向后观察所述脱模治具，整体上大致呈现为上窄下宽的等腰梯形。经过特殊设计的脱模治具外形，能够减少其侧边外翻和侧边弯折的问题发生。
进一步地，左右两个所述连接罩的外轮廓包络面与所述承托槽所在的水平表面之间的夹角相等，且所述夹角的取值范围为75°～80°。
进一步地，所述脱模治具为一体成型结构。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种脱模方法。所述脱模方法包括：
对3D打印装置的成型平台进行解锁操作；
将所述成型平台的底部***如前所述的任一技术方案中的脱模治具的承托槽内，使得所述成型平台的位置通过所述脱模治具得以固定；
将所述成型平台以及所述脱模治具一并从所述3D打印装置拆下，转移所述成型平台以及所述脱模治具至脱模工序的工作区域；
采用顶料杆或铲刀，将打印件与所述成型平台相分离。
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
图1为本公开一个实施例中的具有脱模治具的3D打印系统的结构示意图；
图2为本公开一个实施例中的脱模治具的立体结构示意图；
图3为图2的另一视角的立体结构示意图；
图4为图2的侧视图；
图5(a)为对比技术方案的脱模治具的主视图的简图；
图5(b)为本公开一个实施例中的脱模治具的主视图的简图；
图6为本公开一个实施例中的顶料杆的结构示意图；
图7为本公开一个实施例中的脱模治具与成型平台配合使用状态下的示意图；
图8为本公开一个实施例中的脱模工序的示意图；
图9为本公开另一个实施例中的脱模工序的示意图；
图10为图9的另一视角的示意图。
附图标记：图中，10-脱模治具，11-承托槽，12-连接罩，121-面罩加强筋，13-集液盘，14-引流部，15-扶手部，16-连接杠，17-支撑卡槽，18-支撑托板，181-托板加强筋，19-倒出嘴；20-料盘；30-成型平台，31-通孔；40-锁紧机构；50-升降机构；60-光机；70-顶料杆，71-凸起部。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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。
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。
以下文字将参考说明书附图图1描述本公开一个实施例中具有脱模治具的3D打印系统。
图1为本公开一个实施例中的3D打印系统的结构示意图。如图1所示，该3D打印系统包括脱模治具10、料盘20、成型平台30、锁紧机构40、升降机构50和光机60，其中光机60位于整个3D打印系统的最下方，光机60的上方为料盘20，料盘20的上方依次为脱模治具10和成型平台30，成型平台30的上部设置有锁紧机构40，成型平台30以及锁紧机构40位于整个3D打印系统的最上方。在图1所示的实施例中，成型平台30的右端连接有升降机构50。在升降机构50的上下方向的平移运动的带动下，成型平台30能够沿上下方向平移。应当指出，图1所示装置为3D打印刚刚完成而即将进行脱模工序的时刻的结构。脱模治具10本身不参与在3D打印过程，仅用于将成型平台30转移到脱模工序的工作台上。换言之，3D打印过程中的3D打印系统结构示意图，将脱模治具10从图1中删除即可表示。
脱模治具10用于卡合并承托成型平台30。成型平台30与脱模治具10相互卡合后，能够与3D打印系统相分离并被转移到脱模工序的工作台。
料盘20用于承载光敏树脂液体，且料盘20在上下方向上位于光机60与成型平台30之间。料盘20的底面允许光线透过，使得光机60所发出的光能够穿透料盘20的底面。
成型平台30的底面为成型端面，该成型端面用于承载已经被固化的光敏树脂，已经被固化的光敏树脂层叠形成打印件。成型端面正对于光机60所发出的光的投射方向。3D打印完成后，打印件固化于成型平台30的成型端面，需要在脱模工序中将两者分离。
锁紧机构40用于锁紧固定成型平台30。锁紧机构40处于解锁状态下，成型平台30可与整个3D打印系统相分离。
升降机构50用于驱动成型平台30沿上下方向移动。
光机60为光源装置，其所发出的光能够将光敏树脂液体固化，且光机60所发出的光的投射方向正对于成型平台30的底面。
以下文字将参考说明书附图图2-4描述本公开一些实施例的脱模治具。
图2为本公开一个实施例中的脱模治具的结构示意图，图3为图2的另一视角的立体结构示意图，图4为图2的侧视图。如图2所示，脱模治具10包括承托槽11、连接罩12和集液盘13。整个脱模治具10在垂直于前后方向的竖直截面上的形状大致呈U形，即脱模治具10为上方敞口型治具。承托槽11、连接罩12和集液盘13三者的相对位置关系是，集液盘13处于上述三者中的最下方，承托槽11位于上述三者中的最上方，承托槽11和集液盘13通过连接罩12连接。
承托槽11位于连接罩12的顶部，用于供3D打印装置的成型平台30的侧边***并卡合。承托槽11的内表面可分为槽底面和两个槽壁面，两个槽壁面大致为水平表面，而槽底面大致为竖直表面。因此，承托槽11在垂直于前后方向上的竖直截面上的形状为水平放置的U形。可以理解的是，承托槽11在该竖直截面上的形状还可以为C形，或者其它易于***并卡合的形状。
如图2所示，脱模治具10为左右对称结构，其相对于中性竖直截面左右对称。承托槽11有两个。同样地，两个承托槽11相对于中性竖直截面左右对称，并且两个承托槽11的槽口相向设置，使得成型平台30的两个侧边能够顺利***脱模治具10的左右两个承托槽11的槽口。两个承托槽11的槽口高度(槽口距离下方集液盘13同一位置处的树脂距离定义为槽口高度)相同，槽口宽度也相同，使得成型平台30的两个侧边***左右两个承托槽11的槽口后，成型平台30能够保持基本水平。另外，承托槽11的纵向为如图2所示的前后方向，即承托槽11的槽口沿前后方向延伸。
连接罩12的数目同样为两个，并且左右两个连接罩12相对于脱模治具10的中性竖直截面对称。左右两个连接罩12分别自集液盘13的两个侧边向上延伸，左右两个连接罩12的上端分别设置有左右两个承托槽11。如图2所示，连接罩12的表面为曲面，其与集液盘13的连接区域为平滑过渡。
如图2所示，连接罩12在脱模治具10的左右两侧形成了面罩结构，作为脱模治具10左右两侧的包络曲面，有助于避免残留树脂滴落至集液盘13的过程中溅落在外。
连接罩12的外表面还设置有若干面罩加强筋121，从而提高连接罩12的强度，进而提高整个脱模治具10的使用寿命。相邻的面罩加强筋121的间距相等，并且面罩加强筋121的走向与连接罩12的曲面形状相适配。
集液盘13位于脱模治具10的底部，用于收集残留的树脂。如图2所示，集液盘13倾斜设置。具体而言，相对于左右两个承托槽11的最上方的槽壁面所在的平面，集液盘13的表面具有一定的倾斜夹角。图2所示的脱模治具10中，集液盘13的表面的前端相对后端略高，从而残留的树脂将汇聚于集液盘13的后端。当然，集液盘13的表面也可以设置为前端相对后端略低。可以理解的是，集液盘13的表面还可以为曲面，该曲面具有最低位置，从而残留的树脂将汇聚于该最低位置。
如图2所示，脱模治具10具有引流部14。引流部14用于引导成型平台30的残留的树脂自承托槽11流向集液盘13。
成型平台30被***承托槽11的过程中，承托槽11的前端对于成型平台30有相当于刮料的持续动作，从而成型平台30侧边的残留树脂通常会聚集在承托槽11的前端。图2示出，引流部14位于连接罩12的前端，引流部14大致沿上下方向延伸且连接承托槽11与集液盘13。引流部14有两个，两个引流部14相对于中性竖直截面左右对称，引流部14为导槽结构，残留树脂沿着该导槽结构可顺畅地流入集液盘13的表面。可以理解的是，引流部14也可以为嵌入连接罩12前端的管道结构，残留树脂能够沿着该管道结构流动；或者，引流部14为若干台阶结构，沿着若干台阶结构，残留树脂能够下降至集液盘13的表面。
如图2所示，脱模治具10的顶部还具有扶手部15。扶手部15便于操作者手持该处，将脱模治具10连同成型平台30转移。承托槽11的槽底面相对于连接罩12向外部凸出而形成扶手部15，凸起的结构便于操作者抓取。可选地，扶手部15为单独设置的凸耳，或者扶手部15为凹陷结构。
脱模治具10还设置有支撑卡槽17和支撑托板18，支撑卡槽17位于脱模治具10的顶部且用于供成型平台的一个角***并卡合，支撑托板18大致沿上下方向延伸且用于支撑竖起的成型平台30。
如图2-3所示，支撑卡槽17有两处，两处的支撑卡槽17的槽道延伸方向共线，且两处的支撑卡槽17的槽道延伸方向大致沿左右方向。承托槽11的槽道延伸方向为大致前后方向，从而支撑卡槽17的槽道延伸方向与承托槽11的槽道延伸方向大致相互垂直，并且两者的槽道都大致在水平面上延伸。两个支撑卡槽17相对于中性竖直截面左右对称，并且两个支撑卡槽17的槽口相向设置，使得成型平台30的两个角(例如，左下角和右下角)能够顺利***左右两个支撑卡槽17的槽口。两个支撑卡槽17的槽口宽度和高度也相同，成型平台30的两个角***左右两个承托槽11的槽口后，成型平台30能够被竖起或者倾斜地立起，但是竖起状态下或倾斜的立起状态下的成型平台30的最低的侧边仍然保持基本水平。
如图2-3所示，支撑托板18设置于脱模治具10的后部，其与引流部12分别位于脱模治具10前后方向上的两端。当然，支撑托板18和引流部12也可以均位于脱模治具10的前部。为了使得成型平台30立起后尽量竖起，支撑卡槽17与支撑托板18在脱模治具10前后方向上的距离不应过长。
如图2-3所示，脱模治具10还具有连接杠16，连接杠16沿左右方向延伸，并且连接杠16连接左右两个连接罩12，使得整个脱模治具10形成稳固的结构。连接杠16的高度大致与承托槽11接近或相同。支撑托板18安装于连接杠16上或者自连接杠16一体成型地向上延伸。图2所示的支撑托板18并非完全垂直竖起，支撑托板18与水平面的夹角大致为75°-85°。支撑托板18的全部棱边，尤其在支撑成型平台30竖起的位置处的棱边，设置有圆角过渡结构，避免因尖锐的棱边划伤成型平台30。再者，尖锐棱边使得支撑位置处的接触面积过小，同样重力作用下承受的压强过大。图2所示的支撑托板18在左右方向上的中部区域以及左右两端区域具有缺口，即支撑托板18在左右方向上共计有三处缺口区域，在减少支撑托板18所用材料的同时确保了支撑效果。
如图3所示，支撑托板18的背面还具有托板加强筋181，托板加强筋的作用效果以及结构形式与前述面罩加强筋121相同，故此不再赘述。
如图3-4所示，集液盘13还设置有倒出嘴19，倒出嘴19位于倾斜设置的集液盘13的最低端。具体地，由于集液盘13前高后低，因而倒出嘴19位于集液盘的后端。当然，集液盘13也可设置为前低后高，如此倒出嘴19位于集液盘13的前端。可选地，集液盘13为具有最低位置的曲面时，倒出嘴19设置于该最低位置附近。如图3所示，倒出嘴19具有嘴部的形状，方便残留树脂的倒出。可以理解的是，倒出嘴19也可以设置为具有球阀或塞子的通孔。需要倒出残留树脂的时候，操作者拧动球阀或拔出塞子，残留树脂即可通过该通孔流出。
图2-4所示的脱模治具10的各个部分可以通过连接元件、自身的配合结构或铆接等形式固定连接，固定连接可为可拆式连接或不可拆式连接。优选地，脱模治具10为一体成型结构。例如，脱模治具10本身由3D打印制成。更具体地，脱模治具10由光敏树脂材料经过光固化3D打印一体成型制得。
如图2所示，由前向后观察而得的主视图中，左右两个连接罩12、集液盘13以及连接杠16所围成的轮廓大致为等腰梯形。具体而言，左右两个连接罩12在左右方向上的间距小于集液盘13在左右方向上的长度，整体呈现上窄下宽的形状。左右两个连接罩12的外轮廓包络面与承托槽11所在的水平面之间的倾斜夹角相等，由此整个脱模治具10的主视图形成上窄下宽的等腰梯形的视觉印象。
图5给出了脱模治具的主视图的简图，其中图5(a)是作为对比的技术方案的脱模治具的主视图简图，而图5(b)是作为本公开实施例的脱模治具的主视图简图。可以理解的是，图5(a)与图5(b)均为简图，不能反映脱模治具的实际结构。在图5(a)中，整个脱模治具10的主视图呈现为矩形，即左右两个连接罩12的外轮廓包络面均为竖直，因而其与承托槽11所在的水平面之间的夹角均为直角；而在图5(b)中，左右两个连接罩12的外轮廓包络面与承托槽11所在的水平面之间的倾斜夹角均为α。结合图5(a)以及图5(b)对比分析：α为直角的情况下，脱模治具10会出现侧边外翻的问题，进一步导致成型平台卡入脱模治具10内；α过小，则压力F的分力F2较大，将导致脱模治具10的侧边弯折。
图6为与本公开实施例中的脱模治具配合使用的顶料杆的结构示意图。如图6所示，顶料杆70的底部设置有若干凸起部71，凸起部71的形状、大小以及间距与成型平台30上的通孔(见图7、图9以及图10中的通孔31)相适配。顶料杆70的凸起部71用于穿过成型平台30上的通孔，向下顶起连接至成型平台30上的打印件，以便使之脱离成型平台30。图6还示出了顶料杆70的握持部的形状。可以理解的是，符合人体工程学，便于操作者手握的形状结构均可以作为握持部的结构设计。
图7示出了脱模治具与成型平台配合使用的状态，例如脱模治具与成型平台一起被转移至工作台，正待进行脱模工序。如图7所示，成型平台30上具有若干通孔31。如前所述，通孔31的形状、大小以及间距与凸起部71相适配。
图8示出了脱模治具、成型平台与顶料杆配合使用的状态，也即脱模工序的一个实施例。如图8所示，顶料杆70的凸起部71顶住成型平台30上的通孔31，操作者用力下压，使打印件尽快脱离成型平台30。
图8中，成型平台30的左右两个侧边被***承托槽31中，因而最左侧和最右侧的两排通孔被遮挡，无法采用顶料杆70下压顶起以促使打印件脱离。
有鉴于此，图9-10示出了脱模工序的另一实施例。如图9-10所示，借助支撑卡槽17和支撑托板18的配合，成型平台30被立起。具体而言，如图10所示，成型平台30的左下角和右下角被***至脱模治具10的左右两个支撑卡槽17，并且成型平台30的背面有支撑托板18的支撑，从而成型平台30被立起。图9-10所示的状态下，成型平台30的全部通孔31全部暴露在外，方便操作者将打印件与成型平台30相分离。优选地，操作者采用铲刀(图中未示出)将打印件与成型平台30相分离。
本公开的实施例还提供了一种脱模方法。以下文字描述该脱模方法的流程步骤。所述脱模方法包括：
对3D打印装置的成型平台30进行解锁操作；
将成型平台30的底部***如前所述的任一实施例中的脱模治具10的承托槽11内，使得成型平台30的
位置通过脱模治具10得以固定；
将成型平台30以及脱模治具10一并从3D打印装置拆下，转移成型平台30以及脱模治具10至脱模工序的工作区域；
采用顶料杆70或铲刀，将打印件与成型平台30相分离。
具体地，该脱模工序流程如下：
1)打印完成后，成型平台30被升降机构50驱动而移动至最高点；
2)通过锁紧机构40对成型平台30进行解锁；
3)脱模治具10与成型平台30配合，成型平台30的底部***脱模治具10的承托槽11内；
4)操作者借助脱模治具10的扶手部15转移脱模治具10，从而同时也转移了成型平台30；
5)采用顶料杆70或铲刀，将打印件与成型平台30相分离。
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。
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。