專利名稱：多掃描頭順序掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多掃描頭順序掃描裝置，屬制造成型技術(shù)領(lǐng)域。
在已有的制造成型技術(shù)領(lǐng)域中，一般都采用單掃描頭進(jìn)行一次掃描，完成層面加工。掃描頭或者固化液體材料，或者噴射液體材料固化成形，或者粘接(或燒結(jié))固體粉末(或顆粒態(tài)材料)，或者進(jìn)行切割加工，使層面成形。例如美國麻省理工學(xué)院(M.I.T.)開發(fā)的三維打印成形(3DP，Three-DimensionalPrinting)工藝，采用硅膠粘結(jié)陶瓷粉末而成三維實(shí)體，粘結(jié)劑(硅膠)是一種材料，只用一種噴頭同時(shí)進(jìn)行掃描即可；美國Stratasys公司的熔融沉積制造(FDM,Fused Deposition Manufacturing)工藝中，是采用單噴頭噴射熔融態(tài)的蠟絲、尼龍或塑料來完成堆積成形；在美國3D System公司的立體光刻(SLA,Stereolithography Apparatus)工藝中，采用單激光頭進(jìn)行掃描，使光敏樹脂固化，完成原型制造；美國Helisys公司的分層實(shí)體制造(LOM,Laminated ObjectManufacturing)工藝中，也是利用單激光頭進(jìn)行掃描，切割片材(涂敷紙、陶瓷片材等)粘接成形；在美國DTM公司的選擇性激光燒結(jié)(SLS,Selected LaserSintering)工藝中，同樣也是利用單激光頭進(jìn)行掃描，燒結(jié)蠟粉、鐵粉或低熔點(diǎn)合金粉末來完成原型或零件的制造。
用單掃描頭進(jìn)行一次掃描，不僅難以保證對(duì)成形件不同部位不同的材料、精度、功能或工藝要求，而且也無法實(shí)現(xiàn)某些特殊的加工工藝。例如醫(yī)學(xué)中利用快速原型技術(shù)制作人體器官模型時(shí)，要求不同部位具有不同材料和功能，這樣才能逼真地模擬人體器官的功能和行為。這就要求多個(gè)(同種或不同種)噴頭順序進(jìn)行多次掃描，依次噴射不同材料，來達(dá)到預(yù)定要求。而在無模鑄型制造(PCM,Patternless Casting Molding)工藝中，則要求粘接劑和催化劑兩種不同材料共同作用，發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，將固體粉末或者顆粒態(tài)材料粘接起來，完成鑄型的制造。而在該工藝的不同部位，由于填充方式的不同，又要求不同管徑的噴頭順序掃描噴射，來形成不同直徑和精度的凝聚體。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種多掃描頭順序裝置，克服目前這種利用單掃描頭進(jìn)行一次掃描來完成層面加工的掃描方式的缺點(diǎn)，利用多掃描頭進(jìn)行順序掃描，滿足原型或零件制造中對(duì)原型或零件不同部位不同的材料、功能、精度或工藝要求，從而使原型或零件的各個(gè)部位具有更加合理的材質(zhì)和精度分布、更豐富多樣的功能和更佳的工藝性能，以便更好地滿足人們對(duì)原型或零件的要求。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的多掃描頭順序掃描裝置，由機(jī)座、導(dǎo)軌、絲杠導(dǎo)軌副、滑塊、噴頭、升降臺(tái)組成。導(dǎo)軌固定在機(jī)座上，絲杠導(dǎo)軌副通過滑塊與導(dǎo)軌連接，絲杠通過螺母與絲杠導(dǎo)軌副聯(lián)動(dòng)，絲杠導(dǎo)軌副上設(shè)有噴頭支架，噴頭設(shè)在噴頭支架上。升降臺(tái)與絲杠相聯(lián)動(dòng)，絲杠通過軸承固定在機(jī)座上。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的多掃描頭順序掃描裝置，采用多個(gè)相同種類或不同種類的掃描頭，依照預(yù)定的動(dòng)作次序和運(yùn)行軌跡，順序進(jìn)行掃描，或噴射不同種類的材料，或進(jìn)行不同方式的加工，來完成層面加工。掃描頭或者固化液體材料，或者噴射液體材料固化成形，或者粘接(或燒結(jié))固體粉末(或顆粒態(tài)材料)，或者進(jìn)行切割加工，使層面成形。
多個(gè)(多種)掃描頭順序掃描，不僅可以保證原型或零件不同部位對(duì)材質(zhì)、精度、功能和性能的不同要求，而且也使某些特殊加工工藝的順利實(shí)現(xiàn)成為可能。
多掃描頭順序掃描，不僅使原型或零件的材質(zhì)和精度分布更加合理化，功能和性能更加多樣化，而且使一些特殊的新工藝得以實(shí)現(xiàn)，從而更好地滿足人們對(duì)原型或零件的要求。多次實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用都證明，這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的效果非常好，有著巨大的潛力和極為廣闊的應(yīng)用前景。
以無模鑄型制造(PCM,Patternless Casting Molding)工藝為例。首先，該工藝要求粘結(jié)劑與催化劑兩種材料共同作用，發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂而堆積成形。因此，粘接劑和催化劑的噴射需要兩種噴頭。同時(shí)，由于這兩種液體的擴(kuò)散速度和固化速度不同，又要求它們的噴射次序不同，才能保證兩種材料擴(kuò)散、混合、固化的均勻一致，保證型砂凝聚體的尺寸精度和鑄型的最終精度。
另外，該工藝要求兩噴頭的掃描路徑完全相同。如果采用雙噴頭同時(shí)掃描，分別噴射粘結(jié)劑與催化劑，因?yàn)閲婎^本身總有一定大小，兩噴頭之間偏置距離的存在，噴射時(shí)兩噴頭必須對(duì)稱斜置，這就為噴頭的精確控制帶來了極大的困難，而且也會(huì)因此使型砂凝聚體內(nèi)部粘結(jié)劑與催化劑分布不均，從而嚴(yán)重影響了型砂凝聚體的強(qiáng)度和精度，進(jìn)而也影響了鑄型的最終強(qiáng)度和精度。
為了滿足以上要求，只能采用雙噴頭順序掃描裝置。在計(jì)算機(jī)的控制下，第一個(gè)噴頭在每一層鋪好壓實(shí)的型砂上精確地噴射粘接劑完之后，第二個(gè)噴頭再沿同樣的路徑噴射催化劑，粘結(jié)劑與催化劑擴(kuò)散混合均勻后發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂而堆積成形。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖，介紹本實(shí)用新型的內(nèi)容。
圖1中，1是機(jī)座，2是電機(jī)，3是導(dǎo)軌，4是軸承，5是絲杠導(dǎo)軌副，6是滑塊，7是絲杠，8是絲杠螺母，9是軸承，10是噴頭1,11是繼電器1,12是噴頭2,13是繼電器，214是滑塊，15是電機(jī)，16是當(dāng)前層，17是已成形部分，18是升降臺(tái)，19是軸承，20是絲杠，21是軸承，22是電機(jī)。
如圖1所示，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的多掃描頭順序掃描裝置，該掃描裝置由機(jī)座1、導(dǎo)軌3、絲杠導(dǎo)軌副5、滑塊6、噴頭10和12、升降臺(tái)18組成。導(dǎo)軌3固定在機(jī)座1上，絲杠導(dǎo)軌副5通過滑塊6與導(dǎo)軌3連接，絲杠7通過螺母8與絲杠導(dǎo)軌副5聯(lián)動(dòng)，絲杠導(dǎo)軌副5上設(shè)有噴頭支架，噴頭設(shè)在噴頭支架上。升降臺(tái)18與絲杠20相聯(lián)動(dòng)，絲杠20通過軸承21固定在機(jī)座1上。
下面介紹本實(shí)用新型的工作過程工作開始時(shí)，預(yù)先在升降臺(tái)18上鋪好一層材料，升降臺(tái)18由Z軸絲杠20帶動(dòng)，下降一段距離。由X軸導(dǎo)軌2和Y軸絲杠導(dǎo)軌副5聯(lián)動(dòng)，帶動(dòng)噴頭支架14作二維平面掃描運(yùn)動(dòng)。
第一次掃描開始時(shí)，繼電器11依控制信號(hào)動(dòng)作，開啟噴頭10，沿預(yù)定路徑噴射粘接劑。掃描結(jié)束時(shí)，繼電器11動(dòng)作，關(guān)閉噴頭10，停止噴射。
第二次掃描開始時(shí)，繼電器13依信號(hào)動(dòng)作，開啟噴頭12，沿預(yù)定路徑噴射催化劑。掃描結(jié)束時(shí)，繼電器13動(dòng)作，關(guān)閉噴頭12，停止噴射。
至此，第一層加工完畢。
以后，每層的制造過程都與第一層類似，也是由送料-升降臺(tái)下降-第一次掃描-第二次掃描等幾個(gè)部分組成，只不過具體的掃描路徑可能會(huì)有差異。這種周期性循環(huán)一直進(jìn)行到整個(gè)成形過程結(jié)束為止。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的掃描裝置中，掃描機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)可以是絲杠+電機(jī)，也可以是同步傳動(dòng)系統(tǒng)+電機(jī)，或者是鋼絲運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)+電機(jī)等二維平面掃描機(jī)構(gòu)的任何實(shí)現(xiàn)方式。掃描頭的數(shù)目可以是兩個(gè)，也可以是三個(gè)或更多；掃描頭的種類也沒有限定，可以是相同種類的，也可以是不同類型的。進(jìn)行層面制造時(shí)，掃描的次數(shù)可以是兩次，也可以是三次或更多。掃描頭可以是激光束，可以是切割刀具或工具，也可以是任何形式和形狀的噴頭或噴嘴等。掃描頭在一次掃描中的動(dòng)作可以是激光束的開關(guān)，可以是切割刀具或工具的進(jìn)刀、切割和退刀，也可以是噴頭或噴嘴的啟閉等。一次掃描中動(dòng)作的掃描頭可以是一個(gè)，可以是兩個(gè)，也可以是掃描頭中部分之任意組合。掃描頭所加工(或傳輸)的材料可以是任何狀態(tài)的，如固態(tài)(包括粉末態(tài)、顆粒態(tài)等)、液態(tài)、氣態(tài)和半熔融態(tài)；也可以是任何形態(tài)的，如塊狀、絲狀、片狀、微粒狀等等；可以是有機(jī)物，也可以是無機(jī)物。
權(quán)利要求1.一種多掃描頭順序掃描裝置，其特征在于該掃描裝置由機(jī)座、導(dǎo)軌、絲杠導(dǎo)軌副、滑塊、噴頭、升降臺(tái)組成，所述的導(dǎo)軌固定在機(jī)座上，絲杠導(dǎo)軌副通過滑塊與導(dǎo)軌連接，絲杠通過螺母與絲杠導(dǎo)軌副聯(lián)動(dòng)，絲杠導(dǎo)軌副上設(shè)有噴頭支架，噴頭設(shè)在噴頭支架上，所述的升降臺(tái)與絲杠相聯(lián)動(dòng)，絲杠通過軸承固定在機(jī)座上。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的多掃描頭順序掃描裝置，由機(jī)座、導(dǎo)軌、絲杠導(dǎo)軌副、滑塊、噴頭、升降臺(tái)組成。導(dǎo)軌固定在機(jī)座上，絲杠導(dǎo)軌副通過滑塊與導(dǎo)軌連接，絲杠通過螺母與絲杠導(dǎo)軌副聯(lián)動(dòng)，絲杠導(dǎo)軌副上設(shè)有噴頭支架，噴頭設(shè)在噴頭支架上。本裝置利用多掃描頭進(jìn)行順序掃描，滿足原型或零件制造中對(duì)不同部位材料、功能、精度等要求，使原型或零件的各個(gè)部位具有更加合理的材質(zhì)和精度分布。
文檔編號(hào)B22C23/00GK2336893SQ98219119
公開日1999年9月8日 申請(qǐng)日期1998年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月5日
發(fā)明者顏永年, 杜昭輝, 徐丹, 戴志煌 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京殷華激光快速成形與模具技術(shù)有限公司