一維激光掃描振鏡移動燒結(jié)粉末快速3d成型設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種一維激光掃描振鏡移動燒結(jié)粉末快速3D成型的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是新型快速成型制造技術(shù)(RP)。它以累加方法實現(xiàn)模型的快速成型技術(shù)，是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項重大突破。它能克服傳統(tǒng)機械加工無法實現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)，可以自動、直接、精確地將將設(shè)計思想從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)是通過熔化塑料絲，將塑料擠出噴頭實現(xiàn)三維成型。SLA則通過激光掃描固化光敏樹脂成型，激光選區(qū)燒結(jié)是通過激光掃描將粉末燒結(jié)成型。現(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。實現(xiàn)大幅面采用幾個掃描振鏡拼接或后動態(tài)聚焦的方式實現(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1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。本實用新型對大幅面掃描成型，無論是理論、工藝還是生產(chǎn)成本的降低等，都對快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上內(nèi)容，本實用新型要提出一種線掃描快速成型制造方法，掃描范圍大，可用來對大尺寸模型進行快速制造。
[0004]本實用新型理論上可以實現(xiàn)加工幅面的無限拓展，利用一維掃描振鏡結(jié)合直線運動實現(xiàn)二維圖像掃描。受實驗條件所限，使用一維掃描振鏡掃描范圍為500mm，直線運動距離500mm，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，激光波長有多種，根據(jù)所使用的功率及波長結(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、計算機、直線運動模組、成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)；計算機控制激光器、直線運動模組、和成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)；直線運動模組由計算機控制帶動一維掃描振鏡做直線運動，成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運動。
[0006]進一步，使用可見或紅外波長的激光器。
[0007]應(yīng)用所述設(shè)備的方法，其特征在于，步驟包括:
[0008](1)在計算機中用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；移動一維激光掃描振鏡，對材料進行掃描照射燒結(jié)；按照切片生成的二維面圖像控制激光的開、關(guān)；一維激光掃描振鏡的移動速度和掃描速度決定了掃描照射時間；使用大功率激光則移動速度與掃描速度快，照射時間短，反之，激光功率小移動速度與掃描速度慢，照射時間長；
[0012](5)每完成一層，下降一個高度；進行下一層的鋪粉，然后進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。
【附圖說明】
[0013]圖1本實用新型中一維激光掃描振鏡移動快速3D成型技術(shù)原理圖
[0014]圖中:1，計算機控制器。2，Z軸。3，成型托板。4，成型件。5，材料。
[0015]6，一維激光掃描振鏡。7，刮板。8，送粉缸。
【具體實施方式】
[0016]所述的3D 建模軟件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等。
[0017]所述的二維面圖像是指將三維模型離散成各個面所獲得的二位截面數(shù)據(jù)信息。
[0018]所述的切片精度是指結(jié)合三維模型尺寸和加工系統(tǒng)的層精度來確定把三維模型離散成多少面，精度越高，離散面越多。
[0019]所述的加工平臺是指一個能在豎直方向進行精確移動的平臺，用來在豎直方向(Z軸)移動成型件托板。
[0020]所述的照射時間由一維掃描振鏡移動與掃描速度決定。
[0021]所述的一維激光掃描振鏡用激光照射在一個反射鏡上，反射鏡做往復(fù)偏轉(zhuǎn)運動，使激光形成一個往復(fù)運動的線。
[0022]本實用新型的工作原理是: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去除即可得到。在計算機及驅(qū)動電路控制下，一維激光掃描振鏡根據(jù)計算機程序提供的平面圖像信號，控制一維激光掃描振鏡的移動和激光的開、關(guān)形成二維圖案。這樣，被照射到的粉末就會被燒結(jié)固化成一個二維圖案。每一層二維圖形成型完成后，通過計算機控制Z軸向下移動成型件托板，移動距離為一層厚，進行下一層鋪粉，實現(xiàn)逐層移動掃描照射。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，則獲得了整個三維模型的實體。
[0023]本實用新型的特點是:
[0024]1.與傳統(tǒng)的二維激光掃描方式相比，本實用新型成型成本低，掃描面積大。
[0025]2.本實用新型可以成型尺寸大，并且可以根據(jù)需要無限拓展。目前大型SLA 二維掃描成型均需要很大的設(shè)備尺寸來滿足光路配置，而本實用新型采用掃描與移動相結(jié)合，光路短，機器尺寸小。
[0026]3.本實用新型中，材料使用可見或紅外激光和粉末材料。
【主權(quán)項】
1.一維激光掃描振鏡移動燒結(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、計算機、直線運動模組、成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)；計算機控制激光器、直線運動模組、和成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)；直線運動模組由計算機控制帶動一維掃描振鏡做直線運動，成型件托板z軸運動控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于:使用可見或紅外波長的激光器。
【專利摘要】一維激光掃描振鏡移動燒結(jié)粉末快速3D成型設(shè)備屬于3D打印領(lǐng)域。設(shè)備包括：激光器、送粉缸、刮板、計算機、直線運動模組、成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)。將三維模型根據(jù)成型精度切片為二維面圖案；設(shè)定好平臺升降精度、移動和掃描速度，將粉末通過刮板鋪在托板上，利用計算機控制一維激光掃描振鏡移動激光開、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。本設(shè)備成型尺寸大、速度快，成本低，并且可以根據(jù)需要拓展尺寸。
【IPC分類】B29C67/00, B28B1/24, B22F3/115, B22F3/105
【公開號】CN204953900
【申請?zhí)枴緾N201520550432
【發(fā)明人】陳繼民
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年7月27日