CN103962552A - 一种选择性吸附的增材制造方法 - Google Patents

Abstract

一种选择性吸附的增材制造方法，根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；根据离散出的切片图形，在有材料的对应位置，打开微气孔吸附盘上相应气孔的气阀，吸附颗粒；在不需要材料的位置，保持相应气阀的封闭状态，颗粒不被吸附，从而实现精确控制颗粒在平面的分布点阵；保持气阀开闭状态，整体移动该层颗粒到胶池上并下沉进行施胶；将施胶后的颗粒层粘接、固化在工作平台或已有的颗粒层上；重复以上逐层的吸附、施胶和粘接过程，直到最后一层，实现层间的叠加，形成最终的待成形件，本发明采用面成型的方法进行零件的制造，可实现一次直接成形一个平面，具有成形速度快的优点。

Description

一种选择性吸附的增材制造方法

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种选择性吸附的增材制造方法。

背景技术

与传统的制造相比，增材制造技术是在平面的X轴和Y轴之上增加了Z轴，用材料堆积的方法实现了立体化的逐层制造技术。该技术以金属、塑料和陶瓷等为主要原料，遵循“分层固化，层层累加”技术原理，根据层内固化的方式，可将常见的增材制造技术可分为三类：第一类是光固式，如立体光刻技术(SL)，受紫外线等的逐点照射扫描，使液态光敏聚合物因光聚合，硬化成薄层；第二类是热固式，包括熔丝沉积造型(FDM)、选区激光烧结(SLS)、电子束熔融(EBM)，均以熔化再凝固为基本原理，使材料逐点熔化并固化在一起形成薄层；第三类是粘固式，如三维喷涂粘接(3DP)、分层实体制造(LOM)，是将粉末材料选择性地逐点粘结成为一个整体，或将薄层材料粘结后沿边缘逐点切割形成所需的截面形状。

如上所述，无论是哪种具体的实现方法，还是哪类的固化形式，现有的绝大多数增材制造技术均采用特殊光线或能量的逐点扫描方式进行，通过点的移动逐步形成线条，达到边缘后转向，继续扫描，最终形成一个平面。显而易见，在每个单层平面上均为逐点扫描，这种扫描方式的最大缺点是成型速度慢，效率有待提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种选择性吸附的增材制造方法，以粒度均匀的金属、塑料或陶瓷球形颗粒为原料，根据离散出的切片图形，采用选择性微气孔吸附原料的方式，施胶后一次可直接堆积出一个平面，具有成型速度快的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种选择性吸附的增材制造方法，包括：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)根据离散出的切片图形，在有材料的对应位置，打开微气孔吸附盘上相应气孔的气阀，吸附颗粒；在不需要材料的位置，保持相应气阀的封闭状态，颗粒不被吸附，从而实现精确控制颗粒在平面的分布点阵；

3)保持步骤2)中气阀的开闭状态，整体移动该层颗粒到胶池上并下沉进行施胶；

4)将施胶后的颗粒层粘接、固化在工作平台或已有的颗粒层上；

5)重复以上逐层的吸附、施胶和粘接过程，直到最后一层，实现层间的叠加，形成最终的待成形件。

所述的微气孔吸附盘上均布有一定数量和孔径的气孔点阵。

所述气孔根据单层图形的形状，在气阀的控制下实现单独启闭。

所采用的原料为金属、塑料或陶瓷等。

所采用的原料要求颗粒的粒度均匀、圆度好。

与现有技术相比，本发明提供的基于选择性吸附技术的增材制造方法，采用面成型的方法进行零件的制造，可实现一次直接成形一个平面，具有成形速度快的优点。

附图说明

图1是本发明微气孔吸附盘的工作位置剖切示意图。1为微气孔，其中向上的箭头表示该气阀打开，产生向上的吸附力，可吸附颗粒原料，2为颗粒原料，3为胶池。

图2是实例提供的选择性吸附的增材制造方法的实现过程示意图。1为微气孔，21为新叠加颗粒原料，22为已叠加颗粒原料，7为粘接剂，4为工作平台。

图3是实例提供的选择性吸附的增材制造方法某层的材料分布点阵示意图。5为不需要材料的位置，6为需要材料的位置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明包括如下步骤：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)对离散出的每个切片图形，再次逐层离散为每个平面上材料的点阵模型，得到材料的平面分布；

3)将微气孔吸附盘置于颗粒容器的上方，在有材料的对应位置，打开该气孔的气阀，吸附颗粒；在不需要材料的位置，保持相应气阀的封闭状态，颗粒不被吸附，即可控制颗粒在平面的分布，实现颗粒的实物点阵；

4)保持气阀的开闭状态，整体移动该层颗粒到胶池上并下沉一定的深度进行施胶；

5)将施胶后的颗粒层粘接、固化在工作平台或已有的颗粒层上；

6)重复以上逐层的吸附、施胶和粘接过程，直到最后一层，实现层间的叠加，形成最终的待成形件。

其中，如图1所示，本发明微气孔吸附盘由许多微小的管道按一定规律整齐排列，固定在一起形成盘状。每个管道的上端均接有单独的气阀，气阀的开启与否受到单层图形程序的控制，微气孔1向上的箭头表示该气阀打开，产生向上的吸附力，可吸附颗粒原料2。

具体说明如下：确定的位置有无颗粒原料2，在每个单层上都是有明显区别的(如图3所示)，这些区别被计算机识别后，图形信号便可转化为数字信号，该数字信号可精确控制气阀：气阀打开，可吸附颗粒原料2；气阀关闭，便不吸附颗粒原料2。故名微气孔吸附盘。其中所有微气孔管道的下端均位于同一平面上，以确保吸附到的颗粒原料2也在同一平面以便均匀施胶、粘接，气阀的启闭控制着该管道的下端是否吸附颗粒原料2以实现单层图形的具体物质化。

实施例：参见图1、图2和图3，选择性吸附制备颗粒的桶形件，包括以下步骤：

1、利用三维软件完成该零件的建模，并储存成STL文件格式；

2、对模型进行离散化处理，获得模型分层截面信息；

3、对离散出的每个切片图形，再次逐层离散为每个平面上材料的点阵模型，得到材料的平面分布。对该桶形件，第三层的材料分布如图3所示，其中阴影部分为理想的切片图形，有“√”标记的圆表示有材料的对应位置，有“×”标记的圆表示不需要材料的位置。如果缩小颗粒材料的粒度，可有效提高图形的拟合度；

4、将微气孔吸附盘置于颗粒容器的上方，在有材料的对应位置，如图3的有“√”标记处，打开微气孔吸附盘上的一个微气孔1的气阀，吸附颗粒；在不需要材料的位置，保持相应气阀的封闭状态，颗粒不被吸附，即可控制颗粒在平面的分布，实现颗粒的实物点阵，如图1所示。

5、保持步骤4中的吸附状态，整体移动该层颗粒到胶池3中并下沉一定的深度，如颗粒材料直径的十分之一等，进行施胶；通过某层上材料的分布(即是虚，还是实)，有选择性地吸附颗粒原料(虚则不吸，实则吸附)，施胶后，层层叠加。

6、将施胶后的颗粒层粘接、固化在工作平台4或已叠加颗粒原料22上。

7、重复以上逐层的吸附、施胶和粘接过程，直到最后一层，实现层间的叠加，形成最终的待成形件。

Claims (3)

1.一种选择性吸附的增材制造方法，包括：

1)根据待成形件的形状要求，构建其三维模型，并按照加工方向进行分层离散化处理；

2)根据离散出的切片图形，在有材料的对应位置，打开微气孔吸附盘上相应气孔的气阀，吸附颗粒；在不需要材料的位置，保持相应气阀的封闭状态，颗粒不被吸附，从而实现精确控制颗粒在平面的分布点阵；

3)保持步骤2)中气阀的开闭状态，整体移动该层颗粒到胶池上并下沉进行施胶；

4)将施胶后的颗粒层粘接、固化在工作平台或已有的颗粒层上；

5)重复以上逐层的吸附、施胶和粘接过程，直到最后一层，实现层间的叠加，形成最终的待成形件。

2.根据权利要求1所述一种选择性吸附的增材制造方法，其特征在于：所述的微气孔吸附盘上均布有一定数量和孔径的气孔点阵。

3.根据权利要求2所述一种选择性吸附的增材制造方法，其特征在于：所述气孔根据单层图形的形状，在气阀的控制下实现单独启闭。