專利名稱：一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一套完整的激光快速成型系統(tǒng)，既適用于非金屬粉末的又適用于金屬粉末的激光快速成型。
背景技術(shù)：
激光快速成型技術(shù)的原理是用CAD生成的三維實體模型，通過分層軟件分層、每個薄層的斷面的二維數(shù)據(jù)用于驅(qū)動控制激光光束，選擇性的加工液體、粉末或薄片材料，加工出要求形狀的薄層，逐層積累形成實體模型。激光快速成型分為以下幾類光固化成型、 分層實體制造、選擇性激光燒結(jié)以及激光工程凈成形技術(shù)。作為一種新型技術(shù)，它與傳統(tǒng)的加工模式截然不同，不需要機械加工設(shè)備就可以制造形狀極為復(fù)雜的工件，通過數(shù)字化的成型技術(shù)，自動、直接、快速而且精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或零件。SLM 成型件的應(yīng)用范圍廣泛，如機械領(lǐng)域的微器件、模具、生物領(lǐng)域的生物植入零件、電子領(lǐng)域的散熱器件、航空航天領(lǐng)域的超輕結(jié)構(gòu)件、梯度功能復(fù)合材料零件。盡管激光快速成型技術(shù)具有成型工藝簡單、制件性能優(yōu)良、材料利用率高以及適用性廣等優(yōu)點，但對加工時的輔助設(shè)備以及運動控制精度要求相當高，而且目前國內(nèi)外的激光快速成型系統(tǒng)都非常昂貴，嚴重影響了激光快速成型技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

實用新型內(nèi)容對于上述快速成型方法，本實用新型專利適用于選區(qū)激光燒結(jié)。針對傳統(tǒng)快速成型系統(tǒng)機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配要求高，運動可靠性差等缺陷，本專利對整個系統(tǒng)進行了重新優(yōu)化設(shè)計，在完整實現(xiàn)快速成型加工的前提下大大簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使其結(jié)構(gòu)更加合理。一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征是，包括光纖激光器、數(shù)字式掃描振鏡、 Fe鏡、鋪送粉系統(tǒng)、成型活塞及氣體保護腔；其相互連接關(guān)系為光纖激光器與數(shù)字式掃描振鏡直接連接，數(shù)字式掃描振鏡的另一端固定有F Θ鏡，F(xiàn)0鏡的聚焦焦點在成型缸表面；成型缸的上部固定有鋪送粉系統(tǒng)且上表面被氣體保護腔包圍，形成一個封閉的加工空間；成型缸內(nèi)部安裝有成型活塞；上述成型活塞與步進電機連接；鋪送粉系統(tǒng)固定在直線導(dǎo)軌上與步進電機連接。進一步，預(yù)熱裝置被置于成型活塞內(nèi)部。進一步，其特征為鋪送粉系統(tǒng)采用上置式粉盒鋪送粉結(jié)構(gòu)。進一步，其特征為氣體保護腔為封閉式，底部有進氣口，另一側(cè)上部開有出氣道。快速成型系統(tǒng)可分為兩大部分聚焦加工部分與輔助鋪粉部分。聚焦加工部分包括激光器、光路中的各個部件；輔助鋪粉成型部分包括送粉器、鋪粉器、成型缸等部分。本實用新型專利的聚焦加工部分采用較為通用的方案包括光纖激光器、數(shù)字式掃描振鏡與 F9鏡。該方案光路簡單，無需進行復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)，采用振鏡掃描方式加工可實現(xiàn)較高的加工速度。傳統(tǒng)輔助鋪粉成型部分的典型結(jié)構(gòu)由供粉缸、成型缸、鋪粉機構(gòu)、活塞、密封腔以及相關(guān)驅(qū)動部件組成。該種結(jié)構(gòu)體積大、用粉多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動作繁瑣。為克服上述不足，本實用新型設(shè)計了一套新型輔助鋪粉成型系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用單缸上粉盒半密封式結(jié)構(gòu)，由鋪粉盒、成型缸、活塞、絲杠、直線導(dǎo)軌與保護腔體等部分組成。鋪粉盒兩側(cè)固定在直線導(dǎo)軌上，在絲杠的帶動下，沿直線導(dǎo)軌的方向做往復(fù)直線運動；活塞底部安裝有加熱棒可進行加工前預(yù)熱；鋪粉盒與成型缸上表面被封閉在保護腔體內(nèi)部，加工過程中當需要氣體保護時可充入保護氣體對粉末進行保護。成型加工前，首先在粉盒中裝入足量的成型粉末，成型活塞上升到最頂端，保護腔體封閉后充入保護氣體。加工時，成型活塞下降一定高度，鋪粉盒在絲杠的帶動下運動到成型缸上方完成送粉與鋪平的動作；完成鋪粉后在計算機的控制下，激光器出光對粉層進行選擇性燒結(jié)成型。完成這一層的成型加工后，成型活塞再下降一層高度，鋪粉盒進行送粉鋪平動作，激光器再次進行選擇性燒結(jié)，從而實現(xiàn)加工循環(huán)連續(xù)進行。本實用新型具有如下優(yōu)點I.光路中只有數(shù)字式振鏡與F Θ鏡兩個光學元件結(jié)構(gòu)簡單，便于光路的調(diào)節(jié)。2.采用上粉盒鋪送粉結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的供粉機構(gòu)與刮粉機構(gòu)整合到了一起，簡化了結(jié)構(gòu)，節(jié)省了加工中的粉末用量，使得原本需要兩個電機進行驅(qū)動的機構(gòu)只要一個電機就可以完成，不再存在運動的協(xié)調(diào)問題。3.導(dǎo)向機構(gòu)采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，運動精度高，承載能力強。4.加熱裝置均布于成型活塞底部，對需要加熱的粉末可進行均勻加熱。

圖Ia是快速成型系統(tǒng)正視圖圖Ib是快速成型系統(tǒng)俯視圖
具體實施方式
首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。實施實例一如圖Ia與圖Ib所示，本實例裝置包括以下部分激光器I、數(shù)字掃描振鏡2、F Θ鏡
3、氣體保護腔4、支架5、成型缸6、成型活塞7、絲杠一 8、步進電機一 9、直線導(dǎo)軌10、鋪送粉裝置11、絲杠二 12、步進電機二 13。其中，激光器I為50W光纖激光器，波長1064nm，光束質(zhì)量因子M2 < I. I，聚焦光斑大小為50 μ m ;數(shù)字式掃描振鏡2為Raylase系列SS_20[Y]D2 型號，掃描范圍為120mmX 120mm，相應(yīng)時間小于O. 6ms。F9鏡3為070，焦距為180mm的透鏡。鋪送粉系統(tǒng)采用優(yōu)化后的上粉盒送粉結(jié)構(gòu)(剖面圖如圖2)，該結(jié)構(gòu)在保證粉體順利流動的同時，避免了多余粉末的外泄，從而達到鋪粉效果好且用粉少的目的。鋪粉盒使用螺距為2mm的絲杠二 12帶動，鋪粉速度可達到20mm/s。成型活塞7采用螺距為Imm的絲杠一 8帶動，可實現(xiàn)50-100 μ m的精確移動。在加工過程中，模型首先通過專用軟件進行分層切片，成型缸下降一個切片厚度，隨后鋪粉盒在絲杠的帶動下進行平移鋪粉動作，完成鋪粉后激光器進行選區(qū)加工完成一層的成型。此過程往復(fù)執(zhí)行完成模型的成型。實例實施二成型粉末采用包覆有酚醛樹脂的硅砂粉末顆粒，該粉末的平均粒徑為100 μ m左右。本實例安以下步驟進行在鋪送粉裝置11中加入足量的粉末顆粒，將其封閉在氣體保護腔4內(nèi)。將需要成型的三維模型輸入到控制軟件中進行分層切片處理，根據(jù)切片厚度計算機控制成型活塞7下降相應(yīng)的高度。在此實例中由于本身粉體粒徑較大，因此設(shè)定的分層厚度為O. 2mm隨后計算機控制鋪送粉裝置11進行鋪粉動作。完成上述動作后，計算機給激光器I送出信號出光并控制數(shù)字掃描振鏡2按照分層輪廓進行選擇性加工從而完成一層的加工成型。上述過程反復(fù)進行直至整個三維模型加工完畢，從而得到所需要的三維零件實物。
權(quán)利要求1.一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征是，包括光纖激光器、數(shù)字式掃描振鏡、F Θ 鏡、鋪送粉系統(tǒng)、成型活塞及氣體保護腔；其相互連接關(guān)系為光纖激光器與數(shù)字式掃描振鏡直接連接，數(shù)字式掃描振鏡的另一端固定有F Θ鏡，F(xiàn)0鏡的聚焦焦點在成型缸表面；成型缸的上部固定有鋪送粉系統(tǒng)且上表面被氣體保護腔包圍，形成一個封閉的加工空間；成型缸內(nèi)部安裝有成型活塞；上述成型活塞與步進電機連接；鋪送粉系統(tǒng)固定在直線導(dǎo)軌上與步進電機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征為預(yù)熱裝置被置于成型活塞內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征為鋪送粉系統(tǒng)采用上置式粉盒鋪送粉結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征為氣體保護腔為封閉式，底部有進氣口，另一側(cè)上部開有出氣道。
專利摘要一種選區(qū)激光燒結(jié)快速成型系統(tǒng)，其特征是，包括光纖激光器、數(shù)字式掃描振鏡、Fθ鏡、鋪送粉系統(tǒng)、成型活塞及氣體保護腔；其相互連接關(guān)系為光纖激光器與數(shù)字式掃描振鏡直接連接，數(shù)字式掃描振鏡的另一端固定有Fθ鏡，F(xiàn)θ鏡的聚焦焦點在成型缸表面；成型缸的上部固定有鋪送粉系統(tǒng)且上表面被氣體保護腔包圍，形成一個封閉的加工空間；成型缸內(nèi)部安裝有成型活塞；上述成型活塞與步進電機連接；鋪送粉系統(tǒng)固定在直線導(dǎo)軌上與步進電機連接。本實用新型功能齊全，可用于金屬及非金屬材料的加工成型，成型制件的尺寸精度高，成型性好。
文檔編號B22F3/105GK202343945SQ20112051069
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉富榮, 張強, 牛奔, 袁建文, 陳繼民 申請人:北京工業(yè)大學