CN106623930B - 一种喷墨打印的激光烧结固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷墨打印的激光烧结固化方法，包括：以一定速度按S形扫描烧结纳米金属浆液；将待烧结区域Q52的第一条扫描路径Q22分为L1和L2段，在L1段，采集温度和图像信号；根据所采集的数据，调节激光功率使烧结温度保持在有效范围内，确定有效烧结固化宽度b；根据设定的固化精度e，计算有效烧结固化宽度偏差Δb，确定有效烧结固化宽度范围b0：b‑Δb≤b0≤b+Δb；根据有效烧结固化宽度b，计算扫描间隔s＝(0.1～0.8)b；在烧结过程中，系统根据设定的有效烧结固化宽度范围，动态调节激光功率。本发明可判断烧结状态是否有效，从而保证成型图案电性能；可实时采集烧结点处的固化线条宽度，从而保证固化线条的几何尺寸精度。

Description

一种喷墨打印的激光烧结固化方法
技术领域
本发明涉及喷墨打印微制造技术领域，尤其涉及一种喷墨打印激光烧结固化方法。
背景技术
激光用于烧结纳米金属浆液，形成导电图形，具有热效应影响区域小，光束导向性好，烧结区域选择性灵活等特点，在喷墨打印光固化领域运用越来越广泛。
如图1所示，在激光烧结中，由于激光光斑较小，照射的加工区域形成的温度场是非线性变化的，不同工艺参数产生的温度不一样，不同的加工区域产生的热效应存在差异。如图2所示，在选择性激光烧结纳米金属浆液时，对于任意一条烧结扫描路径初始烧结区域记作Q71(本发明称为：前部)，激光离开区域记作Q81(本发明称为：后部)，连续烧结区域记作Q91(本发明称为：中部)。
激光从Q11以固定能量密度进入前部Q71，由于纳米金属浆液温度较低(视为室温)，前部需要逐渐吸收大量的能量发生固化，存在时滞性，所以前部Q71S是烧结不均匀区域；烧结前部时，由于热传导，中部Q81前端被提前预热，在光斑到达中部前，中部的前端已经吸收了一定的能量，而且沿着加工方向，随着光斑的移动这个预热在整个中部是连续的，因此，中部激光烧结效果相对均匀；在后部Q91，由于热量无法沿着烧结方向继续传播，热量在垂直于激光运动的方向传播的热量增加，导致后部实际固化宽度增加；无法准确计算各条扫描路径间隔s，产生重复烧结或者未烧结区域Q53，如图3所示，导致最终烧结成型的图形导电率低且不均匀，几何尺寸精度低。于是很有必要实时监测和控制烧结固化状态优化烧结固化参数，达到快速精确烧结固化提高成品率。
CN 105538721A基于五轴联动设备打印并用激光烧结三维导电图形，但是激光烧结过程呈现开环控制特点，系统内无相关工艺量监测、反馈及控制环节。
华中科技大学设计的基于光功率反馈的高功率激光实时检测和控制系统，保证了激光功率的稳定性和控制精度，但是检测激光功率作为反馈量的控制，只属于半闭环控制，缺少对激光作用效应的实时检测，无法实时判断激光加工的质量。
US 7245371B2运用拉曼光谱技术对激光烧结固化材料状态进行实时监测和激光参数控制，虽然降低了设备成本，但是不能对固化几何尺寸进行监测。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种喷墨打印的激光烧结固化方法，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种喷墨打印的激光烧结固化方法，按以下步骤进行：
(1)以一定速度按S形路径扫描烧结导电浆液；
(2)将待烧结区域Q52的第一条扫描路径Q22分为L1和L2段，在L1段，采集温度和图像信号；
(3)根据(2)所采集的数据，调节激光功率使烧结温度保持在有效范围内，确定有效烧结固化宽度b；
(4)根据设定的固化精度e，计算有效烧结固化宽度偏差Δb，确定有效烧结固化宽度范围b0：b-Δb≤b0≤b+Δb；
(5)根据有效烧结固化宽度b，计算扫描间隔s＝(0.1～0.8)b；
(6)在烧结过程中，系统根据设定的有效烧结固化宽度范围，动态调节激光功率。
优选地，所述温度采集是利用红外热像装置采集激光作用点温度数据，同时将数据传输给计算机进行处理。
优选地，所述图像采集是采用CCD高速摄像机对烧结固化形成的线条测量。并将数据传输给计算机进行处理。
优选地，所述有效烧结固化宽度b，通过所述图像采集，测量整个烧结区域第一条烧结路径L1段均匀固化后的宽度得到。
优选地，所述固化精度e，由手动设置。
优选地，所述有效烧结固化宽度偏差Δb＝(0.1-0.75)e。
本发明的有益效果是：
本发明可实现对激光烧结工艺中的激光作用点温度和固化线条宽度进行测量分析，利用红外热像装置实时在线检测烧结点温度，据此判断烧结结果是否有效，从而保证成型图案电性能；利用高速摄像系统实时在线采集烧结点处的固化线条宽度，从而保证固话线条的几何尺寸精度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有激光烧结方法局部烧结缺陷示意图。
图2是现有激光烧结扫描路径分区图。
图3是现有激光烧结方法整体烧结缺陷示意图。
图4是基于本发明的烧结效果示意图。
图5是基于本发明的烧结扫描路径分区图。
图6是基于本发明的激光烧结流程图。
具体实施方式
一种喷墨打印激光烧结固化方法，按以下步骤进行：
(1)本发明以一定速度按S形扫描烧结纳米金属浆液，如图4所示；
(2)如图5将待烧结区域Q52的第一条扫描路径Q22分为L1和L2段，在L1段，采集温度和图像信号；
(3)根据(2)所采集的数据，调节激光功率使烧结温度保持在有效范围内，确定有效烧结固化宽度b；
(4)根据设定的固化精度e，计算有效烧结固化宽度偏差Δb，确定有效烧结固化宽度范围b0：b-Δb≤b0≤b+Δb；
(5)根据有效烧结固化宽度b，计算扫描间隔s＝(0.1～0.8)b；
(6)在烧结过程中，系统根据设定的有效烧结固化宽度范围，动态调节激光功率。
本实施例中，所述温度采集是利用红外热像装置采集激光作用点温度数据，同时将数据传输给计算机进行处理。
本实施例中，所述图像采集是采用CCD高速摄像机对烧结固化形成的线条测量。并将数据传输给计算机进行处理。
本实施例中，所述有效烧结固化宽度b，通过所述图像采集，测量整个烧结区域第一条烧结路径L1段均匀固化后的宽度得到。
本实施例中，所述固化精度e，由手动设置。
本实施例中，所述有效烧结固化宽度偏差Δb＝(0.1-0.75)e。
图6所示为本发明的步骤流程图
首先启动系统，然后设置参数，包括：将第一条烧结路径分为为2段L1和L2，分别设置两段长度、高速摄像机参数，有效烧结温度范围[Tmin,Tmax]，烧结精度e，初始激光功率，光斑移动速度，并计算有效烧结固化宽度偏差Δb；
设置完毕，启动烧结设备，采集红外信号和烧结成型图像。
如图5，激光进入L1段，沿第一条扫描路径Q22方向往复运动，同时系统自动调节激光器功率,直到达到有效烧结温度，继续往复运动直到烧结宽度均匀，此时认为烧结稳定,记录烧结宽度b。以L1段宽度b为基准，加入有效烧结固化宽度偏差，则实际有效烧结固化宽度范围为：b-Δb≦b0≤b+Δb。L1为前述前部长度，典型有效烧结温度范围为120～180℃的纳米银浆液其前部长度约为3-5mm。
激光光斑以恒速沿Q22扫描方向向前扫描离开L1段，进入L2段，在达到有效烧结温度范围的条件下，进行激光功率动态调节，保证激光烧结有效宽度在要求范围内。
第一段烧结路径Q22完成后，以进给量s沿垂直于第一条扫描路径Q22方向进给，然后进入第二条扫描路径，以前述有效烧结温度范围，有效烧结固化宽度范围为指标，动态调节激光功率，重复本步骤，直到完成整个区域Q52的烧结，到达终点Q62，烧结终止。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种喷墨打印的激光烧结固化方法，按以下步骤进行：
(1)以一定速度按S形扫描烧结纳米金属浆液；
(2)将待烧结区域(Q52)的第一条扫描路径(Q22)分为L1和L2段，在L1段采集温度和图像信号；
(3)根据(2)所采集的数据，调节激光功率使烧结温度保持在有效范围内，确定有效烧结固化宽度b；
(4)根据设定的固化精度e，计算有效烧结固化宽度偏差Δb，确定有效烧结固化宽度范围b0：b-Δb≤b0≤b+Δb；
(5)根据有效烧结固化宽度b，计算扫描间隔s＝(0.1～0.8)b；
(6)在烧结过程中，系统根据设定的有效烧结固化宽度范围，动态调节激光功率。
2.如权利要求1所述的一种喷墨打印的激光烧结固化方法，其特征在于：所述步骤(2)采集温度是利用红外热像装置采集激光作用点温度数据，同时将数据传输给计算机进行处理。
3.如权利要求1所述的一种喷墨打印的激光烧结固化方法，其特征在于：所述步骤(2)采集图像是采用CCD高速摄像机对烧结固化形成的线条测量，并将数据传输给计算机进行处理。
4.如权利要求1所述的一种喷墨打印的激光烧结固化方法，其特征在于：所述步骤(3)有效烧结固化宽度b，通过图像采集测量整个烧结区域第一条烧结路径L1段均匀固化后的宽度得到。
5.如权利要求1所述的一种喷墨打印的激光烧结固化方法，其特征在于：所述步骤(4)的固化精度e，由手动设置。
6.如权利要求1所述的一种喷墨打印的激光烧结固化方法，其特征在于：所述步骤(4)的有效烧结固化宽度偏差Δb＝(0.1-0.75)e。
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