一種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，包括混合進(jìn)樣系統(tǒng)、空氣動(dòng)力學(xué)透鏡、共焦激光器組和工作臺(tái)；混合進(jìn)樣系統(tǒng)連接空氣動(dòng)力學(xué)透鏡，空氣動(dòng)力學(xué)透鏡位于工作臺(tái)上方；共焦激光器組位于空氣動(dòng)力學(xué)透鏡與工作臺(tái)之間?；旌线M(jìn)樣系統(tǒng)能夠使納米顆粒及氣體充分、均勻地混合，產(chǎn)生一定濃度及流速的納米氣溶膠?？諝鈩?dòng)力學(xué)透鏡能有效聚焦具有一定粒徑范圍的納米顆粒；共焦激光器組熔化所述空氣動(dòng)力學(xué)透鏡噴出的納米顆粒，使之融覆于精密工作臺(tái)上的燒結(jié)基體表面；本設(shè)備大大提高了成型精度。本設(shè)備可粒子單向輸運(yùn)，熔滴熔覆位置可控，技術(shù)手段簡便易行，可模塊化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，具有積極的技術(shù)效果和良好的市場應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光燒結(jié)成型設(shè)備，尤其涉及一種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是一種非常流行的制造技術(shù)，有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)切除加工技術(shù)不同，3D打印是一種利用熔融金屬、粉末或高分子聚合物等具有粘接性的材料，利用逐層堆疊原理來構(gòu)造模型的技術(shù)。
[0003]常用3D打印方法用粘接劑將粉末層粘接起來形成薄層；從噴頭內(nèi)噴出熔融塑料，塑料凝固后粘接形成薄層；或者采用光敏材料通過光固化等方法逐層堆疊成型。通過3D打印，原理上可以制造出幾乎任何形狀的模型。
[0004]然而，加工精度是限制3D打印技術(shù)被進(jìn)一步應(yīng)用的瓶頸。激光粉末燒結(jié)成型近年來受到研究者們的關(guān)注。通過提高激光光斑的尺寸，能夠提高成型精度?？梢越普J(rèn)為激光光斑尺寸就是其成型的最高精度。然而，隨著微納精密制造的發(fā)展，現(xiàn)有激光燒結(jié)成型設(shè)備的成型精度依然不能滿足精密元件，如精密生物支架、航天航空精密儀器和光電元件等的要求。例如，生物支架成型精度一般要在200um到10nm，從而在表面形成微納結(jié)構(gòu)，以滿足微觀上細(xì)胞粘附、分化、增值等要求，?；诖?，能否進(jìn)一步提高3D打印的成型精度成為其能否被應(yīng)用于使用要求更高的領(lǐng)域的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成型精度高的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，不僅操控簡便易行，而且可以模塊化。
[0006]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，包括混合進(jìn)樣系統(tǒng)1、空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2、共焦激光器組3和工作臺(tái)4 ;工作臺(tái)4為活動(dòng)平臺(tái)，能在X、Y或Z軸方向運(yùn)動(dòng)。
[0008]所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)I連接空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2，空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2位于工作臺(tái)4上方；
[0009]所述共焦激光器組3位于空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2與工作臺(tái)4之間。
[0010]所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)I包括依次連接的進(jìn)樣機(jī)構(gòu)、用于形成氣溶膠流的混合腔1-5、緩沖腔1_6 ；
[0011]所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)出口并聯(lián)的支路，該兩個(gè)支路中均包括依次連接的氣源
1-1和流量控制閥1-2 ；
[0012]該兩個(gè)支路，其中一個(gè)支路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設(shè)置粉末儲(chǔ)存腔
1-4，在另外一個(gè)之路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設(shè)置流量計(jì)1-3 ；
[0013]所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)兩個(gè)支路的出口并聯(lián)后連接混合腔1-5，混合腔1-5再通過管路連接緩沖腔1-6。
[0014]所述緩沖腔1-6設(shè)置在空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2的上端部。
[0015]所述空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2包括柱形腔體2-1和設(shè)置在柱形腔體2-1下端部的噴嘴2-3 ；
[0016]在柱形腔體2-1內(nèi)設(shè)置透鏡組2-2，該透鏡組2-2由多個(gè)相互間隔、沿柱形腔體
2-1軸向排列并固定在柱形腔體2-1內(nèi)的透鏡構(gòu)成；柱形腔體2-1與水平面垂直。
[0017]所述透鏡組2-2的每個(gè)透鏡上均開有圓孔，各圓孔的軸線與噴嘴2-3的軸線同軸。
[0018]所述緩沖腔1-6腔體的內(nèi)側(cè)壁由上至下逐漸收縮；或者緩沖腔1-6的內(nèi)側(cè)壁與內(nèi)底壁之間弧形的圓滑過渡。
[0019]每個(gè)透鏡上的圓孔的孔徑各不相同或者相同。
[0020]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0021]通過混合進(jìn)樣系統(tǒng)1、空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2和共焦激光器組3的具體結(jié)構(gòu)組合，改變了原有激光燒結(jié)成型設(shè)備提高精度的思路。
[0022]若在現(xiàn)有技術(shù)條件下，欲進(jìn)一步提高激光光斑直徑，則會(huì)遇有技術(shù)難度高、成本高等制約。而本設(shè)備通過加入空氣動(dòng)力學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)及混合進(jìn)樣系統(tǒng)I等其他改進(jìn)，即能將粉末精度顯著的得以提高(至納米級(jí))，解除了激光光斑尺寸的限制。
[0023]與現(xiàn)有納米級(jí)加工設(shè)備相比，本設(shè)備可粒子單向輸運(yùn)，熔滴熔覆位置可控。
[0024]本設(shè)備技術(shù)手段簡便易行，設(shè)備可模塊化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，具有積極的技術(shù)效果和良好的市場應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2圖1透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖1、2所示。本發(fā)明單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，包括混合進(jìn)樣系統(tǒng)1、空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2、共焦激光器組3和工作臺(tái)4 ；
[0030]該工作臺(tái)4為可活動(dòng)的平臺(tái)，在X、Y或Z軸方向運(yùn)動(dòng)，即在X、Y同一水平面上運(yùn)動(dòng)，可獲得具有納米級(jí)線寬的二維圖樣；在Z軸方向運(yùn)動(dòng)，圖樣逐層堆疊，可獲得納米級(jí)精度的三維模型。
[0031]所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)I連接空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2，空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2位于工作臺(tái)4上方；該工作臺(tái)4用于放置燒結(jié)基體4-1，接受納米顆粒。
[0032]所述共焦激光器組3位于空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2與工作臺(tái)4之間。共焦激光器組3中的各激光器有共同焦點(diǎn)，焦點(diǎn)匯聚于噴嘴2-3噴出的納米顆粒流軌跡且靠近燒結(jié)基體表面上一點(diǎn)。共焦激光器組3提供足夠的能量密度，加熱納米顆粒使其熔化。實(shí)際加工中，可根據(jù)需求，在燒結(jié)基體4-1上涂覆真空脂，用于接收納米顆粒，防止顆?；貜?。
[0033]所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)I包括依次連接的進(jìn)樣機(jī)構(gòu)、用于形成氣溶膠流的混合腔1-5、緩沖腔1_6 ；
[0034]所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)出口并聯(lián)的支路，該兩個(gè)支路中均包括依次連接的氣源1-1和流量控制閥1-2 ;氣源可采用氦氣等惰性氣體。
[0035]該兩個(gè)支路，其中一個(gè)支路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設(shè)置粉末儲(chǔ)存腔
1-4，在另外一個(gè)之路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設(shè)置流量計(jì)1-3；
[0036]所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)兩個(gè)支路的出口并聯(lián)后連接混合腔1-5，混合腔1-5再通過管路連接緩沖腔1-6 ;粉末和氣體在混合腔1-5內(nèi)充分混合，形成具有一定流量和壓力的氣溶膠流；緩沖腔1-6進(jìn)一步使納米顆粒和氣體混合均勻，稀釋氣溶膠，獲得低濃度氣溶膠流，并降低其流速，獲得具有一定雷諾數(shù)的低濃度的納米顆粒氣溶膠流。
[0037]由此可見，混合進(jìn)樣系統(tǒng)I完成了供氣、提供納米顆粒粉末、氣-粉混合及納米氣溶膠流緩沖等作用。
[0038]所述緩沖腔1-6設(shè)置在空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2的上端部。
[0039]所述空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2包括柱形腔體2-1和設(shè)置在柱形腔體2-1下端部的噴嘴
2-3；
[0040]在柱形腔體2-1內(nèi)設(shè)置透鏡組2-2，該透鏡組2-2由多個(gè)(3至5個(gè))相互間隔、沿柱形腔體2-1軸向排列并固定在柱形腔體2-1內(nèi)的透鏡構(gòu)成；柱形腔體2-1與水平面垂直。
[0041]所述透鏡組2-2的每個(gè)透鏡上均開有圓孔，各圓孔的軸線與噴嘴2-3的軸線同軸。混合腔1-6中的氣溶膠進(jìn)入空氣動(dòng)力學(xué)透鏡2，通過透鏡組2-2逐級(jí)聚焦，聚焦后顆粒流通過噴嘴2-3以單顆粒形式，依次沿每個(gè)透鏡上的圓孔與噴嘴2-3形成的軸線，通過噴出2-3定向噴出。
[0042]所述緩沖腔1-6腔體的內(nèi)側(cè)壁由上至下逐漸收縮；或者緩沖腔1-6的內(nèi)側(cè)壁與內(nèi)底壁之間弧形的圓滑過渡。
[0043]每個(gè)透鏡上的圓孔的孔徑各不相同或者相同。
[0044]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0045]本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:包括混合進(jìn)樣系統(tǒng)(I)、空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)、共焦激光器組(3)和工作臺(tái)(4)； 所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)(I)連接空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)，空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)位于工作臺(tái)(4)上方； 所述共焦激光器組(3)位于空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)與工作臺(tái)(4)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述混合進(jìn)樣系統(tǒng)(I)包括依次連接的進(jìn)樣機(jī)構(gòu)、用于形成氣溶膠流的混合腔(1-5)、緩沖腔(1_6)； 所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)分為兩個(gè)出口并聯(lián)的支路，該兩個(gè)支路中均包括依次連接的氣源(1-1)和流量控制閥(1-2)； 該兩個(gè)支路，其中一個(gè)支路的流量控制閥(1-2)與混合腔(1-5)之間設(shè)置粉末儲(chǔ)存腔(1-4)，在另外一個(gè)之路的流量控制閥(1-2)與混合腔(1-5)之間設(shè)置流量計(jì)(1-3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)兩個(gè)支路的出口并聯(lián)后連接混合腔(1-5)，混合腔(1-5)再通過管路連接緩沖腔(1_6) ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述緩沖腔(1-6)設(shè)置在空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)的上端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(2)包括柱形腔體(2-1)和設(shè)置在柱形腔體(2-1)下端部的噴嘴(2-3)； 在柱形腔體(2-1)內(nèi)設(shè)置透鏡組(2-2)，該透鏡組(2-2)由多個(gè)相互間隔、沿柱形腔體(2-1)軸向排列并固定在柱形腔體(2-1)內(nèi)的透鏡構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述透鏡組(2-2)的每個(gè)透鏡上均開有圓孔，各圓孔的軸線與噴嘴(2-3)的軸線同軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:柱形腔體(2-1)與水平面垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述緩沖腔(1-6)腔體的內(nèi)側(cè)壁由上至下逐漸收縮； 或者緩沖腔(1-6)的內(nèi)側(cè)壁與內(nèi)底壁之間弧形過渡。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:所述工作臺(tái)(4)為活動(dòng)平臺(tái)，能在X、Y或Z軸方向運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單顆粒納米金屬粒子定向輸運(yùn)的激光成型設(shè)備，其特征在于:每個(gè)透鏡上的圓孔的孔徑各不相同或者相同。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK104439241SQ201410708860
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】湯勇, 曾健, 陳燦, 張仕偉, 李文博 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)