專利名稱：粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)常溫下粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
SLS技術(shù)(SLS:Selective Laser Sintering,粉末材料選擇性激光燒結(jié))是一種快速成型工藝，將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的C02激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分連接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層粉末材料，選擇地?zé)Y(jié)下層截面?？偠灾琒LS技術(shù)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個(gè)工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等?，F(xiàn)有的SLS燒結(jié)成型設(shè)備因?yàn)樾枰A(yù)熱和降溫，一般體積龐大。譬如，DTM公司的Sinterstation2500機(jī)型，加工尺寸是350_X 250_X 500mm,整臺設(shè)備大小約2500mmX IOOCtamX 2000mm。后來推出的 Sinterstation2500Plus 機(jī)型雖然縮小了計(jì)算機(jī)存放的部分，但成型部分依然占據(jù)空間2000mmX IOOOmmX2500mm。國內(nèi)華中科技大學(xué)研發(fā)出的HRPS — III A機(jī)型，加工尺寸是400mmX400mmX450mm,整臺設(shè)備大小也接近3000mmX1500mmX2500mm。另一方面，設(shè)于SLS燒結(jié)成型設(shè)備的成型工作臺處需要制成密封的工作倉，設(shè)備制造成本比較高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于降低S LS設(shè)備的制造成本和操作時(shí)的環(huán)境要求，它提供了一種緊湊、剛性良好、造型穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，有利于成型技術(shù)的精確實(shí)施。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型解決了降低SLS燒結(jié)成型設(shè)備成本高、體積大的問題。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括剛性支撐架、設(shè)于該剛性支撐架上部的激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)、設(shè)于該激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)下方的激光燒結(jié)成型區(qū)、設(shè)于該激光燒結(jié)成型區(qū)下方的粉箱和豎直驅(qū)動裝置和外殼。所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。進(jìn)一步，所述激光燒結(jié)成型區(qū)包括開放式的成型工作區(qū)、設(shè)于該成型工作區(qū)內(nèi)的成型平臺、設(shè)于該成型工作區(qū)內(nèi)的粉兜和與該粉兜連接的水平驅(qū)動裝置；所述激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)把激光束聚集于成型平臺；水平驅(qū)動裝置驅(qū)動粉兜掃過成型平臺上方(鋪粉)；豎直驅(qū)動裝置和成型平臺的底部連接，驅(qū)動成型平臺沿著豎直方向精細(xì)精確移動。進(jìn)一步，所述剛性支撐架上部放置了激光發(fā)生裝置及光路導(dǎo)引系統(tǒng)、電氣及控制電路。此安排使設(shè)備光學(xué)及電路部分緊湊在一起，方便組裝和設(shè)備調(diào)試，也節(jié)省了設(shè)備的體積。[0009]進(jìn)一步，所述設(shè)備外殼正面留有觀察窗，通過該觀察窗可以直接觀看到成型的過程。進(jìn)一步，所述設(shè)備外殼背面設(shè)有用于手動控制所述粉兜和成型平臺位置的后控制面板。進(jìn)一步，所述激光燒結(jié)成型區(qū)還包括用于吸取所述成型工作區(qū)內(nèi)粉塵的吸煙機(jī)。進(jìn)一步，還包括帶有顯示屏的控制計(jì)算機(jī)、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要帶控制設(shè)備的電氣開關(guān)，其和所述激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)位于剛性支撐架上部；計(jì)算機(jī)位于剛性支撐架的右中部；所述成型工作區(qū)位于剛性支撐架中部；豎直驅(qū)動裝置位于剛性支撐架的下部；吸煙機(jī)位于剛性支撐架的右下部。進(jìn)一步，包括通用串行總線USB設(shè)備接入口、鍵盤和用于承托鍵盤的旋轉(zhuǎn)支架；旋轉(zhuǎn)支架和所述剛性支撐架活動軸連接，平時(shí)收起旋轉(zhuǎn)支架，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內(nèi)部，使用時(shí)旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)90°從而將鍵盤露出。進(jìn)一步，所述剛性支撐架的背面還設(shè)有后門。進(jìn)一步，所述剛性支撐架的底部設(shè)有腳輪和用于定位的支撐腳。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下:本實(shí)用新型采用以上結(jié)構(gòu) ，采用空心不銹鋼方管焊接而成的框架，使得設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊、剛性良好、造型穩(wěn)定，能有效地、精細(xì)地實(shí)現(xiàn)SLS技術(shù)。而且，該設(shè)備對環(huán)境的要求(溫度:0° C35° C，濕度:10%—95%)和成型過程中的工作條件，相對同類型SLS技術(shù)大大降低。該機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使實(shí)現(xiàn)SLS技術(shù)的設(shè)備體積縮小了至少30%，重量更輕，從而降低了制造成本。并且，設(shè)備也更方便維護(hù)和操作。

圖1是本實(shí)用新型粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)施例的立體示意圖一，圖中旋轉(zhuǎn)支架收起，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內(nèi)；圖2是圖1所示實(shí)施例的的立體示意圖二，圖中旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)展開，從而將鍵盤露出；圖3是圖1所示實(shí)施例的內(nèi)部示意圖；圖4是圖1所示實(shí)施例的背面示意圖；圖5是圖1所示實(shí)施例的底面示意圖圖6是圖1中前控制面板的放大正視示意圖；圖中，1-剛性支撐架；101_觀察窗；102_后門；103_剛性支撐架上部；104_剛性支撐架中部；105_剛性支撐架下部；106_腳輪；107_支撐腳；108_換氣孔；109_框架；2-激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)；21_激光源；22_擴(kuò)束鏡；23_掃描振鏡裝置；24_平場聚焦透鏡；3_光燒結(jié)成型室；31_成型工作區(qū)；32_成型平臺；33_粉兜；34_吸煙機(jī)；4-粉箱；5-豎直驅(qū)動裝置；61_電源；62_計(jì)算機(jī)；621-顯示屏；63_前控制面板；631_急停開關(guān)；632_總電源開關(guān)；633_計(jì)算機(jī)電源開關(guān)；634_掃描振鏡裝置開關(guān)；635_激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)電源開關(guān)；636-電壓表；637-電流表；64_后控制面板；7_USB設(shè)備接入口 ；8-鍵盤；9-旋轉(zhuǎn)支架。
具體實(shí)施方式
如圖1至圖6所示實(shí)施例粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括剛性支撐架1、設(shè)于剛性支撐架I的控制系統(tǒng)、設(shè)于剛性支撐架I的激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2、設(shè)于該激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2下方的激光燒結(jié)成型區(qū)3、設(shè)于該激光燒結(jié)成型區(qū)3下方的粉箱4和豎直驅(qū)動裝置5，激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2、激光燒結(jié)成型區(qū)3和豎直驅(qū)動裝置5分別連接控制系統(tǒng)；激光燒結(jié)成型區(qū)3包括呈密閉結(jié)構(gòu)的成型工作區(qū)31、設(shè)于該成型工作區(qū)31內(nèi)的三維構(gòu)件的成型平臺32、設(shè)于該成型工作區(qū)31內(nèi)的粉兜33、與該粉兜連接的水平驅(qū)動裝置(未示出)和用于吸取成型工作區(qū)31內(nèi)粉塵的吸煙機(jī)34，激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2和成型平臺32配合；水平驅(qū)動裝置驅(qū)動粉兜33沿著成型平臺32位移；豎直驅(qū)動裝置5和成型平臺32的底部連接，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動成型平臺32沿著豎直方向位移。整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)都由空心不銹鋼方管焊接而成，這使得設(shè)備剛性良好、造型穩(wěn)定，也使得零部件的位置更確定，設(shè)備批量生產(chǎn)、組裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)時(shí)更少出現(xiàn)偏差和失誤。激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2包括激光源21、與該激光源21配合的擴(kuò)束鏡22、與該擴(kuò)束鏡22配合的掃描振鏡裝置23和與該掃描振鏡裝置23連接的平場聚焦透鏡24 ;平場聚焦透鏡24設(shè)于成型平臺32上方，二者距離為透鏡24焦距?？刂葡到y(tǒng)包括控制電路(未示出)、電源61、設(shè)有顯示屏621的計(jì)算機(jī)62和前控制面板63。前控制面板63包括急停開關(guān)631、總電源開關(guān)632、計(jì)算機(jī)電源開關(guān)633、掃描振鏡裝置開關(guān)634、激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)電源開關(guān)635、監(jiān)測用的電壓表636和電流表637。 本實(shí)施例還包括設(shè)于顯示屏621下方位置處的USB設(shè)備接入口 7、設(shè)于USB設(shè)備接入口 7下方的鍵盤8和用于承托鍵盤8的旋轉(zhuǎn)支架9 ;旋轉(zhuǎn)支架9和剛性支撐架I活動軸連接，平時(shí)收起旋轉(zhuǎn)支架9，從而將鍵盤8藏在剛性支撐架I內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)支架9和剛性支撐架I的外表面融為一體；使用時(shí)旋轉(zhuǎn)支架9旋轉(zhuǎn)90度從而將鍵盤8露出。鍵盤8和計(jì)算機(jī)62用無線通信的方式連接。在成型平臺32的上方設(shè)有CXD (未示出)，該CXD和計(jì)算機(jī)62無線通信連接，從而把實(shí)時(shí)的成型狀況以圖像形式發(fā)送到計(jì)算機(jī)62。在成型平臺32的上方，可選擇性地安裝照明光源(例如LED)，以便更好地觀察成型過程。剛性支撐架I的正面設(shè)有觀察窗101，該觀察窗101位于和成型平臺32相配合的位置處；剛性支撐架I的背面設(shè)有用于控制粉兜33和成型平臺32位置的后控制面板64，剛性支撐架I的背面還設(shè)有后門102。打開后門102可以很方便地進(jìn)行手動加粉、成型構(gòu)件的脫盤、觀察成型平臺32的位置、清潔設(shè)備內(nèi)部等操作。在激光成型過程中，后門102關(guān)閉，可以保證不會讓閑雜人員無意接觸激光而受到傷害。后控制面板64為控制系統(tǒng)的一部分。剛性支撐架I的外殼可標(biāo)有公司名稱、設(shè)備型號等信息。本實(shí)施例中，剛性支撐架I包括剛性支撐架上部103、剛性支撐架中部104和剛性支撐架下部105;控制電路、電源61、前控制面板63和激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)位于剛性支撐架上部103，計(jì)算機(jī)62位于剛性支撐架中部104 ;成型工作區(qū)31位于剛性支撐架中部104，吸煙機(jī)34位于成型工作區(qū)31外且設(shè)于剛性支撐架下部105。后控制面板64位于剛性支撐架上部103的背面，后門102位于剛性支撐架下部105的背面。剛性支撐架I的背面還可設(shè)有換氣孔108。本實(shí)施例尺寸可為:長1560mmX寬592mmX高1595mm，但不局限于此尺寸。剛性支撐架I的底部設(shè)有4個(gè)腳輪106和用于定位的6個(gè)支撐腳107。需要固定設(shè)備時(shí)，調(diào)節(jié)支撐腳107的長度即可。當(dāng)需要移動設(shè)備時(shí)，把支撐腳107縮短至離開地面(這時(shí)設(shè)備由腳輪106支撐)，推動設(shè)備移動即可。本實(shí)施例粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)參見現(xiàn)有技術(shù)。作為對本實(shí)施例的進(jìn)一步說明，現(xiàn)說明其工作原理:激光經(jīng)激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2的光路導(dǎo)引系統(tǒng)調(diào)制后，從剛性支撐架上部103出射下來，會聚到成型平臺32上；粉覽33會在每一次構(gòu)件層面掃描燒結(jié)完后左右來回移動一次,密實(shí)地鋪上一層新粉；設(shè)于成型平臺32底部左、右兩端的粉箱4承接漏泄的粉材以便循環(huán)利用；剛性支撐架下部的豎直驅(qū)動裝置5驅(qū)動成型平臺32在豎直方向移動，使每一層新的粉材始終在會聚的激光束作用下被燒結(jié)。作為對本實(shí)施例的進(jìn)一步說明，現(xiàn)說明其操作步驟:a、把stl”格式的三維模型文件輸入電腦，點(diǎn)擊“打開”，選擇該stl”文件；在“層高”對話框中設(shè)定層厚(譬如0.15mm);點(diǎn)擊“分層”，等軟件自動把三維模型構(gòu)成一組截面圖(即“.pit”格式的文件)；b、利用我們特別 設(shè)計(jì)的利用粉兜33將粉末材料均勻密實(shí)地鋪在成型平臺32上，使計(jì)算機(jī)62預(yù)設(shè)定的參數(shù)；按下前控制面板63上的掃描振鏡裝置開關(guān)634和激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)電源開關(guān)635按鈕，啟動掃描振鏡裝置23和激光源21 ;點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)顯示屏上的“成型”按鈕，激光脈沖開始輸出；經(jīng)過激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)2的光路導(dǎo)引系統(tǒng)，激光近垂直會聚在成型平臺32上；控制系統(tǒng)控制激光按照當(dāng)前層的截面圖在粉層上掃描；設(shè)定好合適的激光功率、掃描密度、激光移動速度、掃描方式等，即可直接使粉材(即粉末材料)熔融，并與下面已成型的部分粘接。激光掃過去后，材料迅速冷卻固化，成型部分還受到周圍粉材的支撐，所以變得非常牢固。C、當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，豎直驅(qū)動裝置5控制成型平臺32精確地再下降一層的厚度，粉兜33移動，重新鋪粉，重新燒結(jié)，直至設(shè)備自動完成整個(gè)三維模型的疊層打印。d、利用后控制面板64把成型平臺32復(fù)位(即上升為初始位置)，掃去成型平臺32周圍的粉材(例如回收再利用)，小心取下三維實(shí)體，用壓縮空氣除去殘留粉材，用磨盤和砂紙加工表面，則一個(gè)三維模型即告完成；還可根據(jù)需要還進(jìn)一步磨光上漆等。本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本實(shí)用新型的各種改動或變型不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變型。
權(quán)利要求1.粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括剛性支撐架、設(shè)于該剛性支撐架上部的激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)、設(shè)于該激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)下方的激光燒結(jié)成型區(qū)、設(shè)于該激光燒結(jié)成型區(qū)下方的粉箱和豎直驅(qū)動裝置和外殼；所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述激光燒結(jié)成型區(qū)包括開放式的成型工作區(qū)、設(shè)于該成型工作區(qū)內(nèi)的成型平臺、設(shè)于該成型工作區(qū)內(nèi)的粉兜和與該粉兜連接的水平驅(qū)動裝置；所述激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)把激光束聚集于成型平臺；水平驅(qū)動裝置驅(qū)動粉兜掃過成型平臺上方鋪粉；豎直驅(qū)動裝置和成型平臺的底部連接，驅(qū)動成型平臺沿著豎直方向移動。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性支撐架上部放置了激光發(fā)生裝置及光路導(dǎo)引系統(tǒng)、電氣及控制電路。
4.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述設(shè)備外殼正面留有觀察窗，通過該觀察窗可以直接觀看到成型的過程。
5.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述設(shè)備外殼背面設(shè)有用于手動控制所述粉兜和成型平臺位置 的后控制面板。
6.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述激光燒結(jié)成型區(qū)還包括用于吸取所述成型工作區(qū)內(nèi)粉塵的吸煙機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括帶有顯示屏的控制計(jì)算機(jī)、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要帶控制設(shè)備的電氣開關(guān)，其和所述激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)位于剛性支撐架上部；計(jì)算機(jī)位于剛性支撐架的右中部；所述成型工作區(qū)位于剛性支撐架中部；豎直驅(qū)動裝置位于剛性支撐架的下部；吸煙機(jī)位于剛性支撐架的右下部。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括通用串行總線USB設(shè)備接入口、鍵盤和用于承托鍵盤的旋轉(zhuǎn)支架；旋轉(zhuǎn)支架和所述剛性支撐架活動軸連接，平時(shí)收起旋轉(zhuǎn)支架，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內(nèi)部，使用時(shí)旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)90°從而將鍵盤露出。
9.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性支撐架的背面還設(shè)有后門。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性支撐架的底部設(shè)有腳輪和用于定位的支撐腳。
專利摘要本實(shí)用新型公開了粉末材料選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括剛性支撐架、設(shè)于該剛性支撐架上部的激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)、設(shè)于該激光及光路導(dǎo)引系統(tǒng)和電路系統(tǒng)下方的激光燒結(jié)成型區(qū)、設(shè)于該激光燒結(jié)成型區(qū)下方的粉箱和豎直驅(qū)動裝置和外殼。所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。本實(shí)用新型采用以上結(jié)構(gòu)，能有效地、精細(xì)地實(shí)現(xiàn)SLS技術(shù)；而且，該設(shè)備對環(huán)境的要求(溫度0°C-35°C，濕度10%-95%)和成型過程中的工作條件，相對同類型SLS技術(shù)大大降低。該機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使實(shí)現(xiàn)SLS技術(shù)的設(shè)備體積縮小了至少30％，重量更輕，從而降低了制造成本。并且，設(shè)備也更方便維護(hù)和操作。
文檔編號B22F3/105GK203109233SQ20132010506
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
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