一維激光掃描振鏡移動(dòng)燒結(jié)粉末快速3d成型設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一維激光掃描振鏡移動(dòng)燒結(jié)粉末快速3D成型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是新型快速成型制造技術(shù)(RP)。它以累加方法實(shí)現(xiàn)模型的快速成型技術(shù)，是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。它能克服傳統(tǒng)機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡(jiǎn)單化生產(chǎn)，可以自動(dòng)、直接、精確地將將設(shè)計(jì)思想從CAD模型，轉(zhuǎn)化為具有一定功能的模型或器件?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)分為熱熔塑膠基礎(chǔ)技術(shù)FDM，激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)SLS，光固化液態(tài)樹(shù)脂選擇區(qū)域固化成型技術(shù)SLA。但是，F(xiàn)DM技術(shù)是通過(guò)熔化塑料絲，將塑料擠出噴頭實(shí)現(xiàn)三維成型。SLA則通過(guò)激光掃描固化光敏樹(shù)脂成型，激光選區(qū)燒結(jié)是通過(guò)激光掃描將粉末燒結(jié)成型?，F(xiàn)有的這些快速成型制造技術(shù)使用二維掃描振鏡都存在著只能掃描小區(qū)域，制造小尺寸零件的弊端。實(shí)現(xiàn)大幅面采用幾個(gè)掃描振鏡拼接或后動(dòng)態(tài)聚焦的方式實(shí)現(xiàn)，大大增加的成本。以SLA、SLS技術(shù)為例，大幅面產(chǎn)品成本增加I倍，使這種最早商品化、應(yīng)用也最廣泛的快速成型技術(shù)的應(yīng)用受到限制。本發(fā)明對(duì)大幅面掃描成型，無(wú)論是理論、工藝還是生產(chǎn)成本的降低等，都對(duì)快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)以上內(nèi)容，本發(fā)明要提出一種線掃描快速成型制造方法，掃描范圍大，可用來(lái)對(duì)大尺寸模型進(jìn)行快速制造。
[0004]本發(fā)明理論上可以實(shí)現(xiàn)加工幅面的無(wú)限拓展，利用一維掃描振鏡結(jié)合直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)二維圖像掃描。受實(shí)驗(yàn)條件所限，使用一維掃描振鏡掃描范圍為500mm，直線運(yùn)動(dòng)距離500_，成本比二維掃描振鏡降低一半，既突破了大幅面加工的限制又降低了成本，保證了成型精度。此外，激光波長(zhǎng)有多種，根據(jù)所使用的功率及波長(zhǎng)結(jié)合成型材料，可以滿足不同的成型要求。
[0005]—維激光掃描振鏡移動(dòng)燒結(jié)粉末快速3D成型設(shè)備，其特征在于包括:激光器、送粉缸、刮板、計(jì)算機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)模組、成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制激光器、直線運(yùn)動(dòng)模組、和成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；直線運(yùn)動(dòng)模組由計(jì)算機(jī)控制帶動(dòng)一維掃描振鏡做直線運(yùn)動(dòng)，成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運(yùn)動(dòng)。
[0006]進(jìn)一步，使用可見(jiàn)或紅外波長(zhǎng)的激光器。
[0007]應(yīng)用所述設(shè)備的方法，其特征在于，步驟包括:
[0008](I)在計(jì)算機(jī)中用3D建模軟件建立制造三維模型；
[0009](2)將三維模型切片為面模型；
[0010](3)根據(jù)待成型的材料類型及模型種類，選擇輸出功率和切片層厚度；
[0011](4)通過(guò)刮板將送粉缸中的粉末鋪在成型托板上，鋪粉厚度與切片厚度一致；移動(dòng)一維激光掃描振鏡，對(duì)材料進(jìn)行掃描照射燒結(jié)；按照切片生成的二維面圖像控制激光的開(kāi)、關(guān)；一維激光掃描振鏡的移動(dòng)速度和掃描速度決定了掃描照射時(shí)間；使用大功率激光則移動(dòng)速度與掃描速度快，照射時(shí)間短，反之，激光功率小移動(dòng)速度與掃描速度慢，照射時(shí)間長(zhǎng)；
[0012](5)每完成一層，下降一個(gè)高度；進(jìn)行下一層的鋪粉，然后進(jìn)行下一層的掃描燒結(jié)；這樣循環(huán)下去直到最后得到三維物體。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1本發(fā)明中一維激光掃描振鏡移動(dòng)快速3D成型技術(shù)原理圖
[0014]圖中:1，計(jì)算機(jī)控制器。2，Z軸。3，成型托板。4，成型件。5，材料。6，一維激光掃描振鏡。7，刮板。8，送粉缸。
【具體實(shí)施方式】
[0015]所述的3D 建模軟件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等
[0016]所述的二維面圖像是指將三維模型離散成各個(gè)面所獲得的二位截面數(shù)據(jù)信息。
[0017]所述的切片精度是指結(jié)合三維模型尺寸和加工系統(tǒng)的層精度來(lái)確定把三維模型離散成多少面，精度越高，離散面越多。
[0018]所述的加工平臺(tái)是指一個(gè)能在豎直方向進(jìn)行精確移動(dòng)的平臺(tái)，用來(lái)在豎直方向(Z軸)移動(dòng)成型件托板。
[0019]所述的照射時(shí)間由一維掃描振鏡移動(dòng)與掃描速度決定。
[0020]所述的一維激光掃描振鏡用激光照射在一個(gè)反射鏡上，反射鏡做往復(fù)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使激光形成一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的線。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:粉末材料在激光照射下燒結(jié)固化粘成一體。首先制作出一維的激光掃描振鏡，一維掃描振鏡是將現(xiàn)有二維掃描振鏡中一個(gè)去除即可得到。在計(jì)算機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路控制下，一維激光掃描振鏡根據(jù)計(jì)算機(jī)程序提供的平面圖像信號(hào)，控制一維激光掃描振鏡的移動(dòng)和激光的開(kāi)、關(guān)形成二維圖案。這樣，被照射到的粉末就會(huì)被燒結(jié)固化成一個(gè)二維圖案。每一層二維圖形成型完成后，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制Z軸向下移動(dòng)成型件托板，移動(dòng)距離為一層厚，進(jìn)行下一層鋪粉，實(shí)現(xiàn)逐層移動(dòng)掃描照射。當(dāng)把三維模型切片而成的二維圖像逐層掃描照射成型后，則獲得了整個(gè)三維模型的實(shí)體。
[0022]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0023]1.與傳統(tǒng)的二維激光掃描方式相比，本發(fā)明成型成本低，掃描面積大。
[0024]2.本發(fā)明可以成型尺寸大，并且可以根據(jù)需要無(wú)限拓展。目前大型SLA 二維掃描成型均需要很大的設(shè)備尺寸來(lái)滿足光路配置，而本發(fā)明采用掃描與移動(dòng)相結(jié)合，光路短，機(jī)器尺寸小。
[0025]3.本發(fā)明中，材料使用可見(jiàn)或紅外激光和粉末材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一維激光掃描振鏡移動(dòng)燒結(jié)粉末快速3D成型設(shè)備，其特征在于包括:激光器、送粉缸、刮板、計(jì)算機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)模組、成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制激光器、直線運(yùn)動(dòng)模組、和成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；直線運(yùn)動(dòng)模組由計(jì)算機(jī)控制帶動(dòng)一維掃描振鏡做直線運(yùn)動(dòng)，成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于:使用可見(jiàn)或紅外波長(zhǎng)的激光器。3.應(yīng)用權(quán)利要求1所述設(shè)備的方法，其特征在于，步驟包括: (1)在計(jì)算機(jī)中用3D建模軟件建立制造三維模型； (2)將三維模型切片為面模型； (3)根據(jù)待成型的材料類型及模型種類，選擇輸出功率和切片層厚度； (4)通過(guò)刮板將送粉缸中的粉末鋪在成型托板上，鋪粉厚度與切片厚度一致；移動(dòng)一維激光掃描振鏡，對(duì)材料進(jìn)行掃描照射燒結(jié)；按照切片生成的二維面圖像控制激光的開(kāi)、關(guān)；一維激光掃描振鏡的移動(dòng)速度和掃描速度決定了掃描照射時(shí)間；使用大功率激光則移動(dòng)速度與掃描速度快，照射時(shí)間短，反之，激光功率小移動(dòng)速度與掃描速度慢，照射時(shí)間長(zhǎng)； (5)每完成一層，下降一個(gè)高度；進(jìn)行下一層的鋪粉，然后進(jìn)行下一層的掃描燒結(jié)；這樣循環(huán)下去直到最后得到三維物體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一維激光掃描振鏡移動(dòng)燒結(jié)粉末快速3D成型設(shè)備及方法，屬于3D打印領(lǐng)域。設(shè)備包括：激光器、送粉缸、刮板、計(jì)算機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)模組、成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。將三維模型根據(jù)成型精度切片為二維面圖案；設(shè)定好平臺(tái)升降精度、移動(dòng)和掃描速度，將粉末通過(guò)刮板鋪在托板上，利用計(jì)算機(jī)控制一維激光掃描振鏡移動(dòng)激光開(kāi)、關(guān)，形成二維面圖案；照射并燒結(jié)粉末材料，完成一層后，下降托板，進(jìn)行第二層鋪粉和掃描。這樣逐層掃描，完成三維燒結(jié)成型。然后將成型件從托板取下。本發(fā)明成型尺寸大、速度快，成本低，并且可以根據(jù)需要拓展尺寸。
【IPC分類】B22F3/115, B29C67/00, B22F3/105, B28B1/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105033253
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510447053
【發(fā)明人】陳繼民
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月27日