一維激光掃描振鏡移動快速3d成型裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種一維振鏡激光線掃描大面積快速3D成型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是新型快速成型制造技術(shù)(RP)。它以累加方法實(shí)現(xiàn)模型的快速成型技術(shù)，是制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。它能克服傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實(shí)現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)，可以自動、直接、精確地將將設(shè)計(jì)思想從CAD模型，轉(zhuǎn)化為具有一定功能的模型或器件?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)分為熱熔塑膠基礎(chǔ)技術(shù)FDM，激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)SLS，光固化液態(tài)樹脂選擇區(qū)域固化成型技術(shù)SLA。但是，F(xiàn)DM技術(shù)是通過熔化塑料絲，將塑料擠出噴頭實(shí)現(xiàn)三維成型。SLA則通過激光掃描固化光敏樹脂成型，激光選區(qū)燒結(jié)是通過激光掃描將粉末燒結(jié)成型?，F(xiàn)有的這些快速成型制造技術(shù)使用二維掃描振鏡都存在著只能掃描小區(qū)域，制造小尺寸零件的弊端。實(shí)現(xiàn)大幅面采用幾個(gè)掃描振鏡拼接或后動態(tài)聚焦的方式實(shí)現(xiàn)，大大增加的成本。以SLA、SLS技術(shù)為例，大幅面產(chǎn)品成本增加I倍，使這種最早商品化、應(yīng)用也最廣泛的快速成型技術(shù)的應(yīng)用受到限制。本發(fā)明對大幅面掃描成型，無論是理論、工藝還是生產(chǎn)成本的降低等，都對快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上內(nèi)容，本發(fā)明要提出一種線掃描快速成型制造方法，掃描范圍大，可用來對大尺寸模型進(jìn)行快速制造。
[0004]本發(fā)明理論上可以實(shí)現(xiàn)加工幅面的無限拓展，利用一維掃描振鏡結(jié)合直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)二維圖像掃描。受實(shí)驗(yàn)條件所限，使用一維掃描振鏡掃描范圍為500mm，直線運(yùn)動距離500_，成本比二維掃描振鏡降低一半，既突破了大幅面加工的限制又降低了成本，保證了成型精度。此外，激光波長有多種，根據(jù)所使用的功率及波長結(jié)合成型材料，可以滿足不同的成型要求。
[0005]本發(fā)明采用的快速成型裝置包括計(jì)算機(jī)、一維掃描振鏡，直線運(yùn)動模組、成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與電機(jī)驅(qū)動連接的數(shù)據(jù)線，材料依據(jù)激光器而定，紫外激光用液態(tài)光敏樹脂，紅外激光用粉末材料，本例用紫外激光器作為光源，成型材料用液態(tài)光敏樹月旨。一維激光掃描振鏡移動快速3D成型裝置，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)、激光器、一維掃描振鏡，直線運(yùn)動模組和成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制激光器、直線運(yùn)動模組和成型托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)，直線運(yùn)動模組由計(jì)算機(jī)控制帶動一維掃描振鏡做直線運(yùn)動，成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運(yùn)動。
[0006]進(jìn)一步，所述裝置，其特征在于:使用紫外波長的激光器。
[0007]應(yīng)用所述裝置的方法，其特征在于步驟如下:其步驟包括:
[0008](I)在計(jì)算機(jī)中用3D建模軟件建立制造三維模型；
[0009](2)將三維模型切片為面模型；
[0010](3)根據(jù)待成型的材料類型及模型種類，選擇輸出功率和切片層厚度；
[0011](4) 一個(gè)加工平臺上浸沒在液態(tài)光敏樹脂中，浸沒深度與切片厚度一致；移動一維激光掃描振鏡，對材料進(jìn)行掃描照射；按照切片生成的二維面圖像控制激光的開、關(guān)；一維激光掃描振鏡的移動速度和掃描速度決定了掃描照射時(shí)間；使用大功率激光則移動速度與掃描速度快，照射時(shí)間短，反之，激光功率小移動速度與掃描速度慢，照射時(shí)間長；
[0012](5)每完成一層，下降一個(gè)高度；液態(tài)光敏樹脂會浸沒已固化成型部分，進(jìn)行下一層的掃描；直到最后得到三維物體。
【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明中一維激光掃描振鏡移動快速3D成型技術(shù)原理圖
[0014]圖中:1，計(jì)算機(jī)控制器。2，Z軸。3，成型托板。4，成型件。5，材料。6，一維激光掃描振鏡。7，刮板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]所述的3D 建模軟件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等
[0016]所述的二維面圖像是指將三維模型離散成各個(gè)面所獲得的二位截面數(shù)據(jù)信息。
[0017]所述的切片精度是指結(jié)合三維模型尺寸和加工系統(tǒng)的層精度來確定把三維模型離散成多少面，精度越高，離散面越多。
[0018]所述的加工平臺是指一個(gè)能在豎直方向進(jìn)行精確移動的平臺，用來在豎直方向(Z軸)移動成型件托板。
[0019]所述的照射時(shí)間由一維掃描振鏡移動與掃描速度決定。
[0020]所述的一維激光掃描振鏡用激光照射在一個(gè)反射鏡上，反射鏡做往復(fù)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，使激光形成一個(gè)往復(fù)運(yùn)動的線。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:光敏樹脂在激光照射下固化。首先制作出一維的激光掃描振鏡，一維掃描振鏡是將現(xiàn)有二維掃描振鏡中一個(gè)去除即可得到。在計(jì)算機(jī)及驅(qū)動電路控制下，一維激光掃描振鏡根據(jù)計(jì)算機(jī)程序提供的平面圖像信號，控制一維激光掃描振鏡的移動和激光的開、關(guān)形成二維圖案。這樣，被照射到的光敏樹脂或粉末就會被固化成一個(gè)二維圖案。每一層二維圖形成型完成后，通過計(jì)算機(jī)控制Z軸向下移動成型件托板，移動距離為一層厚，光敏樹脂浸沒托板，實(shí)現(xiàn)逐層移動掃描照射。當(dāng)把三維模型切片而成的二維圖像逐層掃描照射成型后，則獲得了整個(gè)三維模型的實(shí)體。
[0022]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0023]1.與傳統(tǒng)的二維激光掃描方式相比，本發(fā)明成型成本低，掃描面積大。
[0024]2.本發(fā)明可以成型尺寸大，并且可以根據(jù)需要無限拓展。目前大型SLA 二維掃描成型均需要很大的設(shè)備尺寸來滿足光路配置，而本發(fā)明采用掃描與移動相結(jié)合，光路短，機(jī)器尺寸小。
[0025]3.本發(fā)明中，材料使用紫外激光和液態(tài)光敏樹脂。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一維激光掃描振鏡移動快速3D成型裝置，其特征在于:包括計(jì)算機(jī)、激光器、一維掃描振鏡，直線運(yùn)動模組和成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制激光器、直線運(yùn)動模組和成型托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)，直線運(yùn)動模組由計(jì)算機(jī)控制帶動一維掃描振鏡做直線運(yùn)動，成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運(yùn)動。2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于:使用紫外波長的激光器。3.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于步驟如下:其步驟包括: (1)在計(jì)算機(jī)中用3D建模軟件建立制造三維模型； (2)將三維模型切片為面模型； (3)根據(jù)待成型的材料類型及模型種類，選擇輸出功率和切片層厚度； (4)一個(gè)加工平臺上浸沒在液態(tài)光敏樹脂中，浸沒深度與切片厚度一致；移動一維激光掃描振鏡，對材料進(jìn)行掃描照射；按照切片生成的二維面圖像控制激光的開、關(guān)；一維激光掃描振鏡的移動速度和掃描速度決定了掃描照射時(shí)間；使用大功率激光則移動速度與掃描速度快，照射時(shí)間短，反之，激光功率小移動速度與掃描速度慢，照射時(shí)間長； (5)每完成一層，下降一個(gè)高度；液態(tài)光敏樹脂會浸沒已固化成型部分，進(jìn)行下一層的掃描；直到最后得到二維物體D
【專利摘要】本發(fā)明公開了一維激光掃描振鏡移動快速3D成型裝置及方法。裝置包括計(jì)算機(jī)、激光器、一維掃描振鏡，直線運(yùn)動模組和成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)；直線運(yùn)動模組由計(jì)算機(jī)控制帶動一維掃描振鏡做直線運(yùn)動，成型件托板Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)使得成型托板在豎直方向運(yùn)動。將三維模型根據(jù)成型精度切片為二維面圖案；利用計(jì)算機(jī)控制一維激光掃描振鏡移動激光開、關(guān)，形成二維面圖案；設(shè)定好平臺精度、移動掃描速度，照射成型材料，逐層掃描。完成三維成型后，將成型件從托板取下。本發(fā)明成型尺寸大、速度快，成本低，并且可以根據(jù)需要拓展尺寸。
【IPC分類】B29D11/00, B33Y30/00, B29C67/00
【公開號】CN105034373
【申請?zhí)枴緾N201510446950
【發(fā)明人】陳繼民
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月27日