一種納米級零部件激光燒結成型裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光燒結成型設備，尤其涉及一種納米級零部件激光燒結成型裝置。
【背景技術】
[0002]3D打印技術是一種非常流行的制造技術，有廣泛的工業(yè)應用前景。與傳統切除加工技術不同，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造模型的技術。
[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打印技術被進一步應用的瓶頸。激光粉末燒結成型近年來受到研宄者們的關注。通過提高激光光斑的尺寸，能夠提高成型精度?？梢越普J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，現有激光燒結成型設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構，以滿足微觀上細胞粘附、分化、增值等要求。基于此，能否進一步提高3D打印的成型精度成為其能否被應用于使用要求更高的領域的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構簡單、成型精度高的納米級零部件激光燒結成型方法及裝置。與現有基于3D打印的零部件相比，本發(fā)明所制備的零部件具有納米級成型精度，且制造、控制簡便易行，可擴大3D打印零部件的應用領域。
[0006]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0007]一種納米級零部件激光燒結成型裝置，包括混合進樣系統1、空氣動力學透鏡2、共焦激光器組3和工作臺4 ；
[0008]所述混合進樣系統I連接空氣動力學透鏡2，空氣動力學透鏡2位于工作臺4上方；
[0009]所述混合進樣系統I包括一個緩沖腔1-6，該緩沖腔1-6腔體的內側壁由上至下逐漸收縮，或者緩沖腔1-6的內側壁與內底壁之間弧形過渡；
[0010]所述共焦激光器組3位于空氣動力學透鏡2與工作臺4之間。
[0011]所述混合進樣系統I還包括依次連接的進樣機構、用于形成氣溶膠流的混合腔
1-5 ；
[0012]所述進樣機構分為兩個出口并聯的支路，該兩個支路中均包括依次連接的氣源
1-1和流量控制閥1-2 ；
[0013]該兩個支路，其中一個支路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設置粉末儲存腔
1-4，在另外一個支路的流量控制閥1-2與混合腔1-5之間設置流量計1-3；
[0014]所述進樣機構兩個支路的出口并聯后連接混合腔1-5，混合腔1-5再通過管路連接緩沖腔1-6。
[0015]所述緩沖腔1-6設置在空氣動力學透鏡2的上端部。
[0016]所述空氣動力學透鏡2包括柱形腔體2-1和設置在柱形腔體2-1下端部的噴嘴
2-3；
[0017]在柱形腔體2-1內設置透鏡組2-2，該透鏡組2-2由多個相互間隔、沿柱形腔體
2-1軸向排列并固定在柱形腔體2-1內的透鏡構成。
[0018]所述透鏡組2-2的每個透鏡上均開有匯聚孔，各匯聚孔的軸線與噴嘴2-3的軸線同軸。
[0019]柱形腔體2-1與水平面垂直；所述工作臺4為活動平臺，能在X、Y或Z軸方向運動。
[0020]每個透鏡上的匯聚孔的孔徑各不相同或者相同。
[0021]一種納米級零部件的激光燒結成型方法如下:
[0022](I)啟動兩個支路的氣源1-1，將氣源1-1流量范圍調節(jié)至2-20L/min，對應進入空氣動力學透鏡2的氣溶膠流雷諾數范圍為200-1000 ；
[0023](2)進入兩個支路的氣體攜帶粉末儲存腔1-4中的納米顆粒粉末，通過管路進入混合腔1-5內充分混合，并形成納米顆粒氣溶膠后再進入緩沖腔1-6 ;
[0024](3)氣溶膠在緩沖腔1-6中緩沖，并進一步混合均勻，此時流速和壓力下降；
[0025](4)接著，氣溶膠流在緩沖腔1-6內緩沖后進入空氣動力學透鏡2，氣溶膠流進入空氣動力學透鏡2前形成雷諾數為200-1000的層流流體；
[0026](5)氣溶膠流體依次經過柱形腔體2-1的透鏡上的匯聚孔；不同粒徑范圍的納米顆粒由其中一級匯聚孔匯聚，經匯聚后的顆粒流保持沿柱形腔體2-1的軸線方向流動，并經噴嘴2-3噴出，仍保持軸線方向；
[0027](6)熔化后的納米顆粒流熔覆于燒結基板4-1上，凝固后與基板粘結；
[0028](7) 二維圖樣的形成:調節(jié)工作臺4在X、Y平面上移動，接收后續(xù)的納米顆粒，納米顆粒熔覆、凝固后形成二維圖樣；
[0029](8)三維零件模型的形成:工作臺4在Z軸上移動，后續(xù)納米顆粒熔覆于步驟7中二維圖樣上，逐層堆疊，得到三維零件模型；從而完成納米級零部件的激光燒結成型。
[0030]如上所述。當匯聚后的顆粒流保持沿柱形腔體2-1的軸線方向流動，并經噴嘴2-3噴出，仍保持軸線方向，此時通過激光器組3激光器的多個共焦點，聚焦于納米顆粒流軌跡并相鄰于燒結基板表面4-1的上方，此時，激光器組3將納米顆粒加熱至熔點以上。
[0031]本實用新型相對于現有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0032]通過混合進樣系統1、空氣動力學透鏡2和共焦激光器組3的具體結構組合，改變了原有激光燒結成型設備提高精度的思路。
[0033]若在現有技術條件下，欲進一步提高激光光斑直徑，則會遇有技術難度高、成本高等制約。而本裝置通過加入空氣動力學透鏡結構及混合進樣系統I等其他改進，即能將粉末精度顯著的得以提高至納米級，解除了激光光斑尺寸的限制。
[0034]與現有納米級加工設備相比，本設備可粒子單向輸運，熔滴熔覆位置可控。
[0035]本設備技術手段簡便易行，設備可模塊化設計、生產，具有積極的技術效果和良好的市場應用前景。
【附圖說明】
[0036]圖1為本實用新型納米級零部件激光燒結成型裝置結構示意圖。
[0037]圖2是圖1透鏡組結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
[0039]實施例
[0040]如圖1、2所示。本實用新型一種納米級零部件激光燒結成型裝置，包括混合進樣系統1、空氣動力學透鏡2、共焦激光器組3和工作臺4 ;工作臺4采用高精密工作臺，其具有與納米級零部件成型精度同數量級的移動精度。
[0041]所述混合進樣系統I連接空氣動力學透鏡2，空氣動力學透鏡2位于工作臺4上方；
[0042]所述混合進樣系統I包括一個緩沖腔1-6，該緩沖腔1-6腔體的內側壁由上至下逐漸收縮，或者緩沖腔1-6的內側壁與內底壁之間弧形過渡；
[0043]所述共焦激光器組3位于空氣動力學透鏡2與工作臺4之間。
[0044]所述混合進樣系統I還包括依次連接的進樣機構、用于形成氣溶膠流的混合腔1-5 ；
[0045]所述進樣機構分為兩個出口并聯的支路，該兩個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1-1宜采用氦氣，排量范圍涵蓋2-20L/min。
[0046]該兩個支路，其中一個支路的流量控制閥1-2與混合