專利名稱：一種選擇性激光燒結(jié)成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速成型方法，具體涉及一種選擇性激光燒結(jié)成型方法。
背景技術(shù)：
近年世界重要工業(yè)國(guó)家大力發(fā)展快速成型技術(shù)，其中出現(xiàn)的重要的技術(shù)有:光固化成型技術(shù)(SLA)、選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)(SLS)、疊層實(shí)體制造技術(shù)(L0M)、熔融沉積快速成型技術(shù)、三維噴涂粘接技術(shù)(3DP)、光掩膜法、彈道微粒制造等。選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering, SLS)快速成型技術(shù)又稱為選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù),是利用低熔點(diǎn)金屬或非金屬粉末材料在激光照射下燒結(jié)，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成型。整個(gè)技術(shù)過(guò)程包括:CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉和激光掃描燒結(jié)的多次循環(huán)，以及三維構(gòu)件打印完成后的二次處理等。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，材料選擇多樣，成品性能多變，并且不受模型幾何形狀的限制，不需要任何的工裝模具，不需要增加支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。自2012年以來(lái)，SLS技術(shù)成為世界快速成型技術(shù)的重要發(fā)展分支。當(dāng)前，SLS技術(shù)燒結(jié)高分子粉末材料時(shí)一般要嚴(yán)格控制區(qū)域溫度，首先需要對(duì)成型空間進(jìn)行預(yù)熱至200°C以上。激光燒結(jié)完成后還要等待近12個(gè)小時(shí)降溫；所以成型區(qū)必須造成密閉絕熱的工作倉(cāng)。而且，模型產(chǎn)品強(qiáng)度很弱，需要根據(jù)使用要求進(jìn)行滲蠟或摻樹(shù)脂等補(bǔ)強(qiáng)處理。因此，為了避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)作出改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種操作簡(jiǎn)單的、對(duì)環(huán)境要求相對(duì)較寬松的、能在常溫下實(shí)現(xiàn)快速成型的選擇性激光燒結(jié)成型方法。本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種選擇性激光燒結(jié)成型方法，所述選擇性激光燒結(jié)成型方法包括以下步驟:(I)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料；(2)使用三維制圖軟件繪制待制備模型的三維輪廓，并輸入激光燒結(jié)成型機(jī)中，成型機(jī)中的自動(dòng)識(shí)別三維輪廓對(duì)應(yīng)的激光掃描層次和每個(gè)層次的激光掃描路徑；( 3 )根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)；(4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描，激光束沿著該層次的激光掃描路徑掃描工作臺(tái)上的粉末材料，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一層，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)；(5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。所述步驟(3)中的成型機(jī)參數(shù)包括掃描速度、激光功率、掃描密度、掃描層高和掃描方式。所述步驟(I)中用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料包括尼龍聚合物粉末、PC聚合物粉末和硅質(zhì)鹽粉末混合制成的混合物，所述尼龍聚合物、PC聚合物和硅質(zhì)鹽的體積比為(I 2):1:1。所述用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料的線徑為10 μ IIl 100 μ Hl0相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在常溫下即可進(jìn)行燒結(jié)，無(wú)需多小時(shí)的前預(yù)熱和后降溫過(guò)程，縮短了模型產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和操作成本，而且模型產(chǎn)品的物理特性好，翹曲變形的程度小。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:一種選擇性激光燒結(jié)成型方法，包括以下步驟:(I)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料；用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料包括尼龍聚合物粉末、PC聚合物粉末和硅質(zhì)鹽粉末混合制成的混合物，該尼龍聚合物、PC聚合物和硅質(zhì)鹽的體積比為1:1:1。當(dāng)然，為了增強(qiáng)模型產(chǎn)品的硬度，可根據(jù)需要增加低熔點(diǎn)金屬粉末如鋁、錫，或低熔點(diǎn)金屬粉末的改性物，或Si\Fe\Cu類改性物。用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料的線徑為100 μ m0(2)使用ProE繪圖軟件構(gòu)建龍型的三維模型，設(shè)定長(zhǎng)、寬、高分別為200mm、60mm、100mm。文件存儲(chǔ)為.stl格式，把.stl文件輸入激光燒結(jié)成型機(jī)的控制電腦，利用軟件“分層”算法，生成.1eo文件及一系列.Plt文件。軟件“分層”算法把三維模型解構(gòu)成一組截面矢量圖的.Plt格式的文件。.pit文件將引導(dǎo)每一個(gè)截面的激光掃描路徑。 (3)根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)；成型機(jī)參數(shù)包括掃描速度、激光功率、掃描密度、掃描層高、掃描方式，初始化參數(shù)為掃描速度2700mm/s，激光功率7.2w，掃描密度0.10mm，掃描層高0.2mm，掃描方式90°，大小比例1:1。(4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描，激光束沿著該層次的激光掃描路徑掃描工作臺(tái)上的粉末材料，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一層，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)；采用穩(wěn)定性好的射頻脈沖CO2激光器，使用波長(zhǎng)為10.6nm的CO2脈沖高能激光，通過(guò)光路導(dǎo)引系統(tǒng)使高能脈沖激光束從上方垂直入射并聚焦于成型工作臺(tái)上。依據(jù).Plt文件的信息控制激光連續(xù)地在粉末材料上掃描，激光移動(dòng)精度可達(dá)0.lmm±0.05mm，這樣可使層厚小于0.1mm，粉層間材料更容易熔結(jié)在一起。激光脈沖的高峰值，能使高分子聚合物瞬間充分熔融；當(dāng)激光的窄脈沖波形又能使粉末材料在激光過(guò)去后迅速冷卻凝固。成型部分還受到周?chē)鄄牡闹?，無(wú)需額外附加支撐部分。(5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。最后把成型工作臺(tái)上升為初始位置進(jìn)行復(fù)位，掃去周?chē)姆勰┎牧希∠慢埿偷某尚湍Ｐ?，用壓縮空氣除去殘留粉材，用磨盤(pán)和砂紙加工表面，一個(gè)成型模型即完成。實(shí)施例2:(I)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料；用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料包括尼龍聚合物粉末、PC聚合物粉末和硅質(zhì)鹽粉末混合制成的混合物，該尼龍聚合物、PC聚合物和硅質(zhì)鹽的質(zhì)量比為1:1:1。當(dāng)然，為了增強(qiáng)模型產(chǎn)品的硬度，可根據(jù)需要增加低熔點(diǎn)金屬粉末如鋁、錫，或低熔點(diǎn)金屬粉末的改性物，或Si\Fe\Cu類改性物。用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料的線徑為100 μ m0(2)使用ProE繪圖軟件構(gòu)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)、層面旋轉(zhuǎn)的并可在表面顯示凸字“PHD”的三維模型，設(shè)定長(zhǎng)、寬、高分別為90mm、40mm、105mm。文件存儲(chǔ)為.stl格式，把.stl文件輸入激光燒結(jié)成型機(jī)的控制電腦，利用軟件“分層”算法，生成.1eo文件及一系列.pit文件。軟件“分層”算法把三維模型解構(gòu)成一組截面矢量圖的.pit格式的文件。.pit文件將引導(dǎo)每一個(gè)截面的激光掃描路徑。 (3)根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)；成型機(jī)參數(shù)包括掃描速度、激光功率、掃描密度、掃描層高、掃描方式，初始化參數(shù)為掃描速度2850m/s，激光功率8.0w，掃描密度0.10mm，掃描層高0.15mm，掃描方式180°，大小比例1:1。(4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描,激光束沿著該層次的激光掃描路徑掃描工作臺(tái)上的粉末材料，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一層，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)；采用穩(wěn)定性好的射頻脈沖CO2激光器，使用波長(zhǎng)為10.6nm的CO2脈沖高能激光，通過(guò)光路導(dǎo)引系統(tǒng)使高能脈沖激光束從上方垂直入射并聚焦于成型工作臺(tái)上。依據(jù).Plt文件的信息控制激光連續(xù)地在粉末材料上掃描，激光移動(dòng)精度可達(dá)0.lmm±0.05mm，這樣可使層厚小于0.1mm，粉層間材料更容易熔結(jié)在一起。激光脈沖的高峰值，能使高分子聚合物瞬間充分熔融；當(dāng)激光的窄脈沖波形又能使粉末材料在激光過(guò)去后迅速冷卻凝固。成型部分還受到周?chē)鄄牡闹?，無(wú)需額外附加支撐部分。(5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。最后把成型工作臺(tái)上升為初始位置進(jìn)行復(fù)位，掃去周?chē)姆勰┎牧?，取下成型模型，用壓縮空氣除去殘留粉材，用磨盤(pán)和砂紙加工表面，一個(gè)成型模型即完成。實(shí)施例3:(I)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料；用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料包括尼龍聚合物粉末、PC聚合物粉末和硅質(zhì)鹽粉末混合制成的混合物，該尼龍聚合物、PC聚合物和硅質(zhì)鹽的質(zhì)量比為1.5:1:1。當(dāng)然，為了增強(qiáng)模型產(chǎn)品的硬度，可根據(jù)需要增加低熔點(diǎn)金屬粉末如鋁、錫，或低熔點(diǎn)金屬粉末的改性物，或Si\Fe\Cu類改性物。用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料的線徑為80 μ m0(2)使用ProE繪圖軟件構(gòu)建具有細(xì)致花紋和鞋底中空結(jié)構(gòu)的高跟鞋三維模型，設(shè)定長(zhǎng)、寬、高分別為130mm、40mm、100mm。文件存儲(chǔ)為.stl格式,把.stl文件輸入激光燒結(jié)成型機(jī)的控制電腦，利用軟件“分層”算法，生成.1eo文件及一系列.pit文件。軟件“分層”算法把三維模型解構(gòu)成一組截面矢量圖的.pit格式的文件。.pit文件將引導(dǎo)每一個(gè)截面的激光掃描路徑。 (3)根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)；成型機(jī)參數(shù)包括掃描速度、激光功率、掃描密度、掃描層高、掃描方式，初始化參數(shù)為掃描速度3000mm/s，激光功率8.0w，掃描密度0.10mm，掃描層高0.10mm，掃描方式90°，大小比例:1:1.5。(4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描，激光束沿著該層次的激光掃描路徑掃描工作臺(tái)上的粉末材料，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一層，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)；采用穩(wěn)定性好的射頻脈沖CO2激光器,使用波長(zhǎng)為10.6nm的CO2脈沖高能激光,通過(guò)光路導(dǎo)引系統(tǒng)使高能脈沖激光束從上方垂直入射并聚焦于成型工作臺(tái)上。依據(jù).Plt文件的信息控制激光連續(xù)地在粉末材料上掃描，激光移動(dòng)精度可達(dá)0.lmm±0.05mm，這樣可使層厚小于0.1mm，粉層間材料更容易熔結(jié)在一起。激光脈沖的高峰值，能使高分子聚合物瞬間充分熔融；當(dāng)激光的窄脈沖波形又能使粉末材料在激光過(guò)去后迅速冷卻凝固。成型部分還受到周?chē)鄄牡闹?，無(wú)需額外附加支撐部分。(5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。最后把成型工作臺(tái)上升為初始位置進(jìn)行復(fù)位，掃去周?chē)姆勰┎牧希∠鲁尚湍Ｐ?，用壓縮空氣除去殘留粉材，用磨盤(pán)和砂紙加工表面，一個(gè)成型模型即完成。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。
權(quán)利要求
1.一種選擇性激光燒結(jié)成型方法，其特征在于:所述選擇性激光燒結(jié)成型方法包括以下步驟: (1)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料； (2)使用三維制圖軟件繪制待制備模型的三維輪廓，并輸入激光燒結(jié)成型機(jī)中，成型機(jī)中的自動(dòng)識(shí)別三維輪廓對(duì)應(yīng)的激光掃描層次和每個(gè)層次的激光掃描路徑； (3)根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)； (4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描，激光束沿著該層次的激光掃描路徑掃描工作臺(tái)上的粉末材料，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，成型機(jī)工作臺(tái)下降一層，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)； (5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性激光燒結(jié)成型方法，其特征在于:所述步驟(3)中的成型機(jī)參數(shù)包括掃描速度、激光功率、掃描密度、掃描層高和掃描方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性激光燒結(jié)成型方法，其特征在于:所述步驟(I)中用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料包括尼龍聚合物粉末、PC聚合物粉末和娃質(zhì)鹽粉末混合制成的混合物，所述尼龍聚合物、PC聚合物和硅質(zhì)鹽的體積比為(I 2):1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的選擇性激光燒結(jié)成型方法，其特征在于:所述用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料的線徑為10 μ m 100 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性激光燒結(jié)成型方法及應(yīng)用于該方法的粉末材料，包括以下步驟(1)配制好用于選擇性激光燒結(jié)成型方法的粉末材料；(2)使用三維制圖軟件繪制待制備模型的三維輪廓，并輸入激光燒結(jié)成型機(jī)中，成型機(jī)中的控制軟件對(duì)三維輪廓依設(shè)定的層厚進(jìn)行分層演算，得到多層截面的矢量圖信息和每個(gè)截面的激光掃描路徑；(3)根據(jù)模型初始化成型機(jī)參數(shù)；(4)成型機(jī)進(jìn)行激光掃描，當(dāng)一層粉末材料燒結(jié)完成后，再鋪上新一層粉末材料進(jìn)行燒結(jié)；(5)重復(fù)步驟(4)直至最后一層粉末材料燒結(jié)完成。本發(fā)明可在常溫下進(jìn)行燒結(jié)，縮短生產(chǎn)周期，成型模型物理特性好，翹曲變形程度小。
文檔編號(hào)B22F3/105GK103192080SQ20131015353
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者余振新 申請(qǐng)人:余振新