一種提高選擇性激光燒結(jié)3d打印零件強(qiáng)度的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速成型設(shè)備中的機(jī)構(gòu)，尤其是涉及一種SLS選擇性激光燒結(jié)3D打印設(shè)備中的機(jī)構(gòu)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型技術(shù)(又稱為快速原型制造技術(shù)，Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱RPM)，又被稱作3D打印。該技術(shù)根據(jù)物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以逐層疊加的方式制造實(shí)體，它能克服目前傳統(tǒng)機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙?？梢詫?shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡(jiǎn)單化生產(chǎn)?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)主要分為，熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、立體平板印刷(SLA)、數(shù)字光處理(DLP)。
[0003]對(duì)于選擇性激光燒結(jié)(SLS)，現(xiàn)有裝置的基本實(shí)現(xiàn)方式是: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。整個(gè)工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時(shí)粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層。計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面。燒結(jié)完成一層后，工作活塞下降一個(gè)層厚，鋪粉系統(tǒng)再次鋪上新粉?？刂萍す馐賿呙锜Y(jié)新層，如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。
[0004]目前，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的粉末材料是松散的，經(jīng)過激光燒結(jié)之后表面依然是粉粒狀的，且內(nèi)含有不規(guī)則的孔洞，導(dǎo)致成品表面粗糙，強(qiáng)度不足，難以滿足工業(yè)要求。所以需要一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度和表面質(zhì)量的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種裝置壓緊每層粉末，消除粉末中的氣孔，使在選擇性激光燒結(jié)過程中粉末之間結(jié)合力更強(qiáng)，提高成型零件整體強(qiáng)度，使選擇性激光燒結(jié)零件的強(qiáng)度和表面質(zhì)量滿足工業(yè)要求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置，主要包括激光單元、鋪粉單元、壓緊單元和粉末加熱單元，激光單元主要包括0)2激光發(fā)射器和掃描振鏡；壓緊單元主要包括成型缸、成型缸活塞、粉末缸，粉末缸活塞、成型缸步進(jìn)電機(jī)和粉末缸步進(jìn)電機(jī)，成型缸與粉末缸并行相鄰放置；鋪粉單元主要包括鋪粉輥、光學(xué)石英玻璃板、控制石英玻璃上下移動(dòng)的絲杠和壓緊步進(jìn)電機(jī)，鋪粉輥放置在成型缸與粉末缸上方，鋪粉輥將鋪粉從粉末缸上方刮到成型缸上方，鋪粉輥每次在成型缸內(nèi)鋪粉一個(gè)層厚，光學(xué)石英玻璃板位于成型缸活塞上方，光學(xué)石英玻璃板的截面尺寸與成型缸活塞的截面尺寸相同；粉末加熱單元主要包括電阻加熱器和熱電偶；激光單元主要包括0)2激光發(fā)射器和掃描振鏡位于光學(xué)石英玻璃板上方。
[0007]本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置，通過微型計(jì)算機(jī)對(duì)打印模型進(jìn)行切片、規(guī)劃激光燒結(jié)路徑，由計(jì)算機(jī)程序控制0)2激光發(fā)射器開關(guān)和掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，使激光光束在粉末表面按照微機(jī)規(guī)劃路徑燒結(jié)，并在本層燒結(jié)結(jié)束后關(guān)閉激光發(fā)射器，在下一層燒結(jié)開始時(shí)打開激光發(fā)射器。
[0008]本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置，在每層打印前，成型缸活塞下降一個(gè)層厚的高度，粉末缸活塞上升一個(gè)層厚的高度，鋪粉輥?zhàn)訌姆勰└紫虺尚透滓苿?dòng)，在成型缸活塞表面均勻鋪滿一層粉末。
[0009]本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置，在成型活塞正上方平行放置一塊與成型缸活塞形狀相同的石英玻璃面板，石英玻璃面板上下移動(dòng)通過壓緊步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)。在鋪粉過程結(jié)束后，玻璃面板向下移動(dòng)，使粉末層形變一定量之后停止，激光開始選擇性燒結(jié)過程，由于CO2激光器發(fā)出的激光為紫外線激光，光學(xué)石英玻璃是最好的紫外線激光透光材料，所以光學(xué)石英玻璃面板不會(huì)影響激光燒結(jié)過程。燒結(jié)完成后玻璃面板向上移動(dòng)一定距離，可使鋪粉輥?zhàn)禹樌ㄟ^，進(jìn)行下一次鋪粉過程。
[0010]本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置的加熱單元，包括電阻加熱器和熱電偶。電阻加熱器加熱粉末溫度至熔點(diǎn)之下，熱電偶保持粉末溫度恒定。
[0011]采用本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置的成形方法是:第一步，將鋪粉加入到粉末缸中，打開電阻加熱器加熱粉末材料溫度至熔點(diǎn)之下，依靠熱電偶保持粉末溫度恒定在設(shè)定值，成型缸活塞上移與石英玻璃面板接觸；第二步，調(diào)整成型缸活塞下降一個(gè)層厚，玻璃面板向上移動(dòng)一定距離，使鋪粉輥?zhàn)涌梢皂樌ㄟ^，石英玻璃面板上下移動(dòng)通過壓緊步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)；第三步，粉末缸上升一個(gè)層厚的高度，鋪粉輥?zhàn)訌姆勰└紫虺尚透滓苿?dòng)，在成型缸活塞表面均勻鋪滿一層粉末；第四步，玻璃面板向下移動(dòng)，使粉末層形變一定量之后停止；第五步，CO2激光發(fā)射器開始選擇性燒結(jié)過程，0)2激光發(fā)射器發(fā)出紫外線激光束，激光束經(jīng)過掃描振鏡反射透過石英玻璃面板照射在成型缸活塞上的粉末層表面掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過電腦控制，三維模型數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)切片、規(guī)劃路徑，然后通過控制掃描振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使激光依照計(jì)算機(jī)所規(guī)劃路徑照射在粉末表面，每層燒結(jié)結(jié)束后關(guān)閉激光發(fā)射器，在下一層燒結(jié)開始時(shí)打開激光發(fā)射器；重復(fù)上述第二步至第五步，直至最后一層鋪粉在成型缸活塞表面上鋪好，石英玻璃面板將鋪粉壓實(shí)后抬起一小段距離，再進(jìn)行激光束燒結(jié)，至此成型制品制作完成。在最后一層鋪粉燒結(jié)時(shí)，由于石英玻璃面板沒有與鋪粉接觸，成型制品的最頂層表面不會(huì)由于與石英玻璃面板接觸而發(fā)生粘接。最后一層鋪粉的過程也可以重復(fù)第二步至第五步，鋪粉被燒結(jié)后石英玻璃面板壓制至成型制品表面冷卻凝固，再移開石英玻璃面板后取出成型制品。
[0012]本發(fā)明運(yùn)用光學(xué)石英玻璃面板既可以透過激光又可以施加壓緊力壓緊粉末，可以避免因粉末中存在氣孔使在燒結(jié)過程后內(nèi)部出現(xiàn)孔洞影響制品強(qiáng)度，并提高制品表面質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種提高選擇性激光燒結(jié)3D打印零件強(qiáng)度的裝置的工作示意圖。
[0014]圖中:1-C02激光發(fā)射器；2_掃描振鏡；3_控制光學(xué)石英玻璃移動(dòng)的壓緊