CN105034373A - 一维激光扫描振镜移动快速3d成型装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一维激光扫描振镜移动快速3D成型装置及方法。装置包括计算机、激光器、一维扫描振镜，直线运动模组和成型件托板Z轴运动控制系统；直线运动模组由计算机控制带动一维扫描振镜做直线运动，成型件托板Z轴运动控制系统使得成型托板在竖直方向运动。将三维模型根据成型精度切片为二维面图案；利用计算机控制一维激光扫描振镜移动激光开、关，形成二维面图案；设定好平台精度、移动扫描速度，照射成型材料，逐层扫描。完成三维成型后，将成型件从托板取下。本发明成型尺寸大、速度快，成本低，并且可以根据需要拓展尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及一种一维振镜激光线扫描大面积快速3D成型的方法。
背景技术
3D打印是新型快速成型制造技术(RP)。它以累加方法实现模型的快速成型技术，是制造技术领域的一项重大突破。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，可以自动、直接、精确地将将设计思想从CAD模型，转化为具有一定功能的模型或器件。现有的3D打印技术分为热熔塑胶基础技术FDM，激光选区烧结成型技术SLS，光固化液态树脂选择区域固化成型技术SLA。但是，FDM技术是通过熔化塑料丝，将塑料挤出喷头实现三维成型。SLA则通过激光扫描固化光敏树脂成型，激光选区烧结是通过激光扫描将粉末烧结成型。现有的这些快速成型制造技术使用二维扫描振镜都存在着只能扫描小区域，制造小尺寸零件的弊端。实现大幅面采用几个扫描振镜拼接或后动态聚焦的方式实现，大大增加的成本。以SLA、SLS技术为例，大幅面产品成本增加1倍，使这种最早商品化、应用也最广泛的快速成型技术的应用受到限制。本发明对大幅面扫描成型，无论是理论、工艺还是生产成本的降低等，都对快速成型制造技术的普及应用具有重要的影响。
发明内容
针对以上内容，本发明要提出一种线扫描快速成型制造方法，扫描范围大，可用来对大尺寸模型进行快速制造。
本发明理论上可以实现加工幅面的无限拓展，利用一维扫描振镜结合直线运动实现二维图像扫描。受实验条件所限，使用一维扫描振镜扫描范围为500mm，直线运动距离500mm，成本比二维扫描振镜降低一半，既突破了大幅面加工的限制又降低了成本，保证了成型精度。此外，激光波长有多种，根据所使用的功率及波长结合成型材料，可以满足不同的成型要求。
本发明采用的快速成型装置包括计算机、一维扫描振镜，直线运动模组、成型件托板Z轴运动控制系统、计算机与电机驱动连接的数据线，材料依据激光器而定，紫外激光用液态光敏树脂，红外激光用粉末材料，本例用紫外激光器作为光源，成型材料用液态光敏树脂。一维激光扫描振镜移动快速3D成型装置，其特征在于：包括计算机、激光器、一维扫描振镜，直线运动模组和成型件托板Z轴运动控制系统；计算机控制激光器、直线运动模组和成型托板Z轴运动控制系统，直线运动模组由计算机控制带动一维扫描振镜做直线运动，成型件托板Z轴运动控制系统使得成型托板在竖直方向运动。
进一步，所述装置，其特征在于：使用紫外波长的激光器。
应用所述装置的方法，其特征在于步骤如下：其步骤包括：
(1)在计算机中用3D建模软件建立制造三维模型；
(2)将三维模型切片为面模型；
(3)根据待成型的材料类型及模型种类，选择输出功率和切片层厚度；
(4)一个加工平台上浸没在液态光敏树脂中，浸没深度与切片厚度一致；移动一维激光扫描振镜，对材料进行扫描照射；按照切片生成的二维面图像控制激光的开、关；一维激光扫描振镜的移动速度和扫描速度决定了扫描照射时间；使用大功率激光则移动速度与扫描速度快，照射时间短，反之，激光功率小移动速度与扫描速度慢，照射时间长；
(5)每完成一层，下降一个高度；液态光敏树脂会浸没已固化成型部分，进行下一层的扫描；直到最后得到三维物体。
附图说明
图1本发明中一维激光扫描振镜移动快速3D成型技术原理图
图中：1，计算机控制器。2，Z轴。3，成型托板。4，成型件。5，材料。6，一维激光扫描振镜。7，刮板。
具体实施方式
所述的3D建模软件可以是：3DMAX、Pro/E、solidworks、AUTOCAD等
所述的二维面图像是指将三维模型离散成各个面所获得的二位截面数据信息。
所述的切片精度是指结合三维模型尺寸和加工系统的层精度来确定把三维模型离散成多少面，精度越高，离散面越多。
所述的加工平台是指一个能在竖直方向进行精确移动的平台，用来在竖直方向(Z轴)移动成型件托板。
所述的照射时间由一维扫描振镜移动与扫描速度决定。
所述的一维激光扫描振镜用激光照射在一个反射镜上，反射镜做往复偏转运动，使激光形成一个往复运动的线。
本发明的工作原理是：光敏树脂在激光照射下固化。首先制作出一维的激光扫描振镜，一维扫描振镜是将现有二维扫描振镜中一个去除即可得到。在计算机及驱动电路控制下，一维激光扫描振镜根据计算机程序提供的平面图像信号，控制一维激光扫描振镜的移动和激光的开、关形成二维图案。这样，被照射到的光敏树脂或粉末就会被固化成一个二维图案。每一层二维图形成型完成后，通过计算机控制Z轴向下移动成型件托板，移动距离为一层厚，光敏树脂浸没托板，实现逐层移动扫描照射。当把三维模型切片而成的二维图像逐层扫描照射成型后，则获得了整个三维模型的实体。
本发明的特点是：
1.与传统的二维激光扫描方式相比，本发明成型成本低，扫描面积大。
2.本发明可以成型尺寸大，并且可以根据需要无限拓展。目前大型SLA二维扫描成型均需要很大的设备尺寸来满足光路配置，而本发明采用扫描与移动相结合，光路短，机器尺寸小。
3.本发明中，材料使用紫外激光和液态光敏树脂。
Claims (3)
1.一维激光扫描振镜移动快速3D成型装置，其特征在于：包括计算机、激光器、一维扫描振镜，直线运动模组和成型件托板Z轴运动控制系统；计算机控制激光器、直线运动模组和成型托板Z轴运动控制系统，直线运动模组由计算机控制带动一维扫描振镜做直线运动，成型件托板Z轴运动控制系统使得成型托板在竖直方向运动。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于：使用紫外波长的激光器。
3.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于步骤如下：其步骤包括：
（1）在计算机中用3D建模软件建立制造三维模型；
（2）将三维模型切片为面模型；
（3）根据待成型的材料类型及模型种类，选择输出功率和切片层厚度；
（4）一个加工平台上浸没在液态光敏树脂中，浸没深度与切片厚度一致；移动一维激光扫描振镜，对材料进行扫描照射；按照切片生成的二维面图像控制激光的开、关；一维激光扫描振镜的移动速度和扫描速度决定了扫描照射时间；使用大功率激光则移动速度与扫描速度快，照射时间短，反之，激光功率小移动速度与扫描速度慢，照射时间长；
（5）每完成一层，下降一个高度；液态光敏树脂会浸没已固化成型部分，进行下一层的扫描；直到最后得到三维物体。
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