一種選擇性吸附的增材制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種選擇性吸附的增材制造方法，根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；根據(jù)離散出的切片圖形，在有材料的對(duì)應(yīng)位置，打開(kāi)微氣孔吸附盤(pán)上相應(yīng)氣孔的氣閥，吸附顆粒；在不需要材料的位置，保持相應(yīng)氣閥的封閉狀態(tài)，顆粒不被吸附，從而實(shí)現(xiàn)精確控制顆粒在平面的分布點(diǎn)陣；保持氣閥開(kāi)閉狀態(tài)，整體移動(dòng)該層顆粒到膠池上并下沉進(jìn)行施膠；將施膠后的顆粒層粘接、固化在工作平臺(tái)或已有的顆粒層上；重復(fù)以上逐層的吸附、施膠和粘接過(guò)程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，形成最終的待成形件，本發(fā)明采用面成型的方法進(jìn)行零件的制造，可實(shí)現(xiàn)一次直接成形一個(gè)平面，具有成形速度快的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種選擇性吸附的增材制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種選擇性吸附的增材制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的制造相比，增材制造技術(shù)是在平面的X軸和Y軸之上增加了 Z軸，用材料堆積的方法實(shí)現(xiàn)了立體化的逐層制造技術(shù)。該技術(shù)以金屬、塑料和陶瓷等為主要原料，遵循“分層固化，層層累加”技術(shù)原理，根據(jù)層內(nèi)固化的方式，可將常見(jiàn)的增材制造技術(shù)可分為三類(lèi):第一類(lèi)是光固式，如立體光刻技術(shù)(SL)，受紫外線(xiàn)等的逐點(diǎn)照射掃描，使液態(tài)光敏聚合物因光聚合，硬化成薄層；第二類(lèi)是熱固式，包括熔絲沉積造型(FDM)、選區(qū)激光燒結(jié)(SLS)、電子束熔融(EBM)，均以熔化再凝固為基本原理，使材料逐點(diǎn)熔化并固化在一起形成薄層；第三類(lèi)是粘固式，如三維噴涂粘接(3DP)、分層實(shí)體制造(LOM)，是將粉末材料選擇性地逐點(diǎn)粘結(jié)成為一個(gè)整體，或?qū)⒈硬牧险辰Y(jié)后沿邊緣逐點(diǎn)切割形成所需的截面形狀。
[0003]如上所述，無(wú)論是哪種具體的實(shí)現(xiàn)方法，還是哪類(lèi)的固化形式，現(xiàn)有的絕大多數(shù)增材制造技術(shù)均采用特殊光線(xiàn)或能量的逐點(diǎn)掃描方式進(jìn)行，通過(guò)點(diǎn)的移動(dòng)逐步形成線(xiàn)條，達(dá)到邊緣后轉(zhuǎn)向，繼續(xù)掃描，最終形成一個(gè)平面。顯而易見(jiàn)，在每個(gè)單層平面上均為逐點(diǎn)掃描，這種掃描方式的最大缺點(diǎn)是成型速度慢，效率有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種選擇性吸附的增材制造方法，以粒度均勻的金屬、塑料或陶瓷球形顆粒為原料，根據(jù)離散出的切片圖形，采用選擇性微氣孔吸附原料的方式，施膠后一次可直接堆積出一個(gè)平面，具有成型速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種選擇性吸附的增材制造方法，包括:
[0007]I)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；
[0008]2)根據(jù)離散出的切片圖形，在有材料的對(duì)應(yīng)位置，打開(kāi)微氣孔吸附盤(pán)上相應(yīng)氣孔的氣閥，吸附顆粒；在不需要材料的位置，保持相應(yīng)氣閥的封閉狀態(tài)，顆粒不被吸附，從而實(shí)現(xiàn)精確控制顆粒在平面的分布點(diǎn)陣；
[0009]3)保持步驟2)中氣閥的開(kāi)閉狀態(tài)，整體移動(dòng)該層顆粒到膠池上并下沉進(jìn)行施膠；
[0010]4)將施膠后的顆粒層粘接、固化在工作平臺(tái)或已有的顆粒層上；
[0011]5)重復(fù)以上逐層的吸附、施膠和粘接過(guò)程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，形成最終的待成形件。
[0012]所述的微氣孔吸附盤(pán)上均布有一定數(shù)量和孔徑的氣孔點(diǎn)陣。
[0013]所述氣孔根據(jù)單層圖形的形狀，在氣閥的控制下實(shí)現(xiàn)單獨(dú)啟閉。
[0014]所采用的原料為金屬、塑料或陶瓷等。
[0015]所采用的原料要求顆粒的粒度均勻、圓度好。[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于選擇性吸附技術(shù)的增材制造方法，采用面成型的方法進(jìn)行零件的制造，可實(shí)現(xiàn)一次直接成形一個(gè)平面，具有成形速度快的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明微氣孔吸附盤(pán)的工作位置剖切示意圖。I為微氣孔，其中向上的箭頭表示該氣閥打開(kāi)，產(chǎn)生向上的吸附力，可吸附顆粒原料，2為顆粒原料，3為膠池。
[0018]圖2是實(shí)例提供的選擇性吸附的增材制造方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖。I為微氣孔，21為新疊加顆粒原料，22為已疊加顆粒原料，7為粘接劑，4為工作平臺(tái)。
[0019]圖3是實(shí)例提供的選擇性吸附的增材制造方法某層的材料分布點(diǎn)陣示意圖。5為不需要材料的位置，6為需要材料的位置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0021]本發(fā)明包括如下步驟:
[0022]I)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理；
[0023]2)對(duì)離散出的每個(gè)切片圖形，再次逐層離散為每個(gè)平面上材料的點(diǎn)陣模型，得到材料的平面分布；
[0024]3)將微氣孔吸附盤(pán)置于顆粒容器的上方，在有材料的對(duì)應(yīng)位置，打開(kāi)該氣孔的氣閥，吸附顆粒；在不需要材料的位置，保持相應(yīng)氣閥的封閉狀態(tài)，顆粒不被吸附，即可控制顆粒在平面的分布，實(shí)現(xiàn)顆粒的實(shí)物點(diǎn)陣；
[0025]4)保持氣閥的開(kāi)閉狀態(tài)，整體移動(dòng)該層顆粒到膠池上并下沉一定的深度進(jìn)行施膠；
[0026]5)將施膠后的顆粒層粘接、固化在工作平臺(tái)或已有的顆粒層上；
[0027]6)重復(fù)以上逐層的吸附、施膠和粘接過(guò)程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，形成最終的待成形件。
[0028]其中，如圖1所示，本發(fā)明微氣孔吸附盤(pán)由許多微小的管道按一定規(guī)律整齊排列，固定在一起形成盤(pán)狀。每個(gè)管道的上端均接有單獨(dú)的氣閥，氣閥的開(kāi)啟與否受到單層圖形程序的控制，微氣孔I向上的箭頭表示該氣閥打開(kāi)，產(chǎn)生向上的吸附力，可吸附顆粒原料2。
[0029]具體說(shuō)明如下:確定的位置有無(wú)顆粒原料2，在每個(gè)單層上都是有明顯區(qū)別的(如圖3所示)，這些區(qū)別被計(jì)算機(jī)識(shí)別后，圖形信號(hào)便可轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)可精確控制氣閥:氣閥打開(kāi)，可吸附顆粒原料2 ;氣閥關(guān)閉，便不吸附顆粒原料2。故名微氣孔吸附盤(pán)。其中所有微氣孔管道的下端均位于同一平面上，以確保吸附到的顆粒原料2也在同一平面以便均勻施膠、粘接，氣閥的啟閉控制著該管道的下端是否吸附顆粒原料2以實(shí)現(xiàn)單層圖形的具體物質(zhì)化。
[0030]實(shí)施例:參見(jiàn)圖1、圖2和圖3，選擇性吸附制備顆粒的桶形件，包括以下步驟:
[0031]1、利用三維軟件完成該零件的建模，并儲(chǔ)存成STL文件格式；
[0032]2、對(duì)模型進(jìn)行離散化處理，獲得模型分層截面信息；
[0033]3、對(duì)離散出的每個(gè)切片圖形，再次逐層離散為每個(gè)平面上材料的點(diǎn)陣模型，得到材料的平面分布。對(duì)該桶形件，第三層的材料分布如圖3所示，其中陰影部分為理想的切片圖形，有“ V ”標(biāo)記的圓表示有材料的對(duì)應(yīng)位置，有“ X ”標(biāo)記的圓表示不需要材料的位置。如果縮小顆粒材料的粒度，可有效提高圖形的擬合度；
[0034]4、將微氣孔吸附盤(pán)置于顆粒容器的上方，在有材料的對(duì)應(yīng)位置，如圖3的有“ V ”標(biāo)記處，打開(kāi)微氣孔吸附盤(pán)上的一個(gè)微氣孔I的氣閥，吸附顆粒；在不需要材料的位置，保持相應(yīng)氣閥的封閉狀態(tài)，顆粒不被吸附，即可控制顆粒在平面的分布，實(shí)現(xiàn)顆粒的實(shí)物點(diǎn)陣，如圖1所示。
[0035]5、保持步驟4中的吸附狀態(tài)，整體移動(dòng)該層顆粒到膠池3中并下沉一定的深度，如顆粒材料直徑的十分之一等，進(jìn)行施膠；通過(guò)某層上材料的分布(即是虛，還是實(shí))，有選擇性地吸附顆粒原料(虛則不吸，實(shí)則吸附)，施膠后，層層疊加。
[0036]6、將施膠后的顆粒層粘接、固化在工作平臺(tái)4或已疊加顆粒原料22上。
[0037]7、重復(fù)以上逐層的吸附、施膠和粘接過(guò)程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，形成最終的待成形件。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇性吸附的增材制造方法，包括: 1)根據(jù)待成形件的形狀要求，構(gòu)建其三維模型，并按照加工方向進(jìn)行分層離散化處理； 2)根據(jù)離散出的切片圖形，在有材料的對(duì)應(yīng)位置，打開(kāi)微氣孔吸附盤(pán)上相應(yīng)氣孔的氣閥，吸附顆粒；在不需要材料的位置，保持相應(yīng)氣閥的封閉狀態(tài)，顆粒不被吸附，從而實(shí)現(xiàn)精確控制顆粒在平面的分布點(diǎn)陣； 3)保持步驟2)中氣閥的開(kāi)閉狀態(tài)，整體移動(dòng)該層顆粒到膠池上并下沉進(jìn)行施膠； 4)將施膠后的顆粒層粘接、固化在工作平臺(tái)或已有的顆粒層上； 5)重復(fù)以上逐層的吸附、施膠和粘接過(guò)程，直到最后一層，實(shí)現(xiàn)層間的疊加，形成最終的待成形件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種選擇性吸附的增材制造方法，其特征在于:所述的微氣孔吸附盤(pán)上均布有一定數(shù)量和孔徑的氣孔點(diǎn)陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種選擇性吸附的增材制造方法，其特征在于:所述氣孔根據(jù)單層圖形的形狀，在氣閥的控制下實(shí)現(xiàn)單獨(dú)啟閉。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK103962552SQ201410168584
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】樊小蒲, 王秀峰 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)