CN107839218A - 一种选区激光蒸发沉积方法及装置 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Abstract

一种选区激光蒸发沉积方法及装置，采用饱和溶液作为成型材料，通过计算机生成打印模型，并通过控制软件输出信号，从而控制扫描振镜的运动，使激光在成型缸中形成点光源，蒸发溶液、沉积烧结溶质成型；装置包括和计算机连接的光路系统、成型系统，计算机和激光器、扫描振镜连接；成型系统包括预热装置(加热器、温度传感器)、成型缸、可升降成型托盘、补液刮板、补液槽和惰性气体保护仓。本发明为可溶性高分子材料提供了一种新的个性化成型方式，与现有的使用粉末材料的选区烧结技术相比，本发明采用液体材料，流动性好，成型效果理想，不需要制粉，成本低，成型质量好，加工材料范围宽等优点。

Description

一种选区激光蒸发沉积方法及装置
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种选区激光蒸发沉积方法及装置。
背景技术
选区激光烧结技术(SLS)是近年来快速发展的一种增材制造技术，主要应用在机械、航空航天、生物工程等诸多领域，涉及金属、陶瓷、高分子聚合物等多种粉体材料。现有的选区激光烧结技术将激光束在加工平面上汇聚成一个高能量的光斑，通过软件控制光斑按一定的路径进行逐点或逐行扫描粉体材料。
在以高分子聚合物粉体为加工材料的选区烧结成型过程中，粉体的材料特性会对零件最终成型效果产生重大影响，针状的粉体相对于球状的粉体材料流动性差，导致滚筒或刮板不能铺平加工表面，造成零件缺陷。易受潮的粉体在烧结前需要对材料进行干燥处理，对于熔点较低的高分子聚合物而言，磨粉时需要通入液氮冷却，制备粉体成本较高。
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区激光蒸发沉积方法及装置，通过溶剂蒸发、溶质熔融沉积的方法进行成型，消除因粉体的材料特性对零件最终成型的影响并且制造降低成本。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种选区激光蒸发沉积方法，包括以下步骤：
1)在计算机1中绘制零件的三维模型，通过控制软件对其进行分层处理后生成多层截面的打印模型；
2)将需要成型的固体材料溶于溶剂中形成饱和溶液，将饱和溶液倒入成型缸4中，液面至零位，并在液面上方通入惰性气体保护；
3)根据材料性质以及饱和溶液的不同选择相应的预热温度，通过加热器5对饱和溶液进行加热，通过温度传感器6实时监测饱和溶液温度；
4)将可升降成型托盘3沉于饱和溶液下方一个层厚的位置，补液刮板2在成型托盘3上方，补液刮板2下底面距可升降成型托盘3上表面一个层厚的距离，补液刮板2一端连接补液槽7，计算机1根据蒸发量和成型体积控制补液刮板2在前后移动过程中进行饱和溶液的补充，补液刮板2前后移动，将饱和溶液均匀涂覆于成型托盘3上表面，激光器8发射激光，通过扫描振镜9聚焦到成型缸4中的溶液表面；
5)通过计算机1中的控制软件根据分层截面的打印模型生成并输出信号，控制扫描振镜9的运动，使激光发生光路偏转，沿设计的运动轨迹逐点或逐行进行扫描，溶剂受热蒸发，溶质从饱和溶液中析出并熔融沉积成型；
6)该层沉积完毕后，成型托盘3下降一个单位的层厚，计算机1中的控制软件根据下一层截面的打印模型生成并输出信号并重复上述成型过程，直至整个零件成型完毕。
一种选区激光蒸发沉积装置包括：计算机1、光路系统、成型系统组成，光路系统又包括通过计算机1控制的激光器8和扫描振镜9；成型系统又包括加热器5、温度传感器6、成型缸4、可升降成型托盘3、补液刮板2、补液槽7和惰性气体保护仓10。
所述的计算机1及其控制软件，负责控制激光器8的开启和关闭，负责将分层处理后的模型的信息转化为相关信号从而控制扫描振镜9的运动轨迹，负责加热器的开启和关闭，负责控制3D打印过程中可升降成型托盘3的升降。
所述的激光器8发射红外或紫外激光，所发出的激光在扫描振镜9的作用下照射到成型缸4中的饱和溶液表面沿指定路径扫描。
通过控制所述的扫描振镜9的运动，使得激光发生光路偏转，控制激光在XY平面上的偏移。
所述的加热器5靠近成型缸4，负责对成型缸4中的溶液进行加热，温度传感器6将实时监测溶液温度并将数据反馈到计算机中，实时调整加热器5的启停从而保证成型缸4中饱和溶液的温度。
所述的成型缸4中盛放饱和溶液，零位位于成型缸的上部，饱和溶液加到零位为止。
所述的可升降成型托盘3置于成型缸中，并在计算机1的控制下可在成型缸4中升降。
所述的补液刮板2安装于成型缸4上方，并在计算机的控制下可前后移动，补液刮板2的一端连接补液槽7。
所述的补液槽7中盛放饱和溶液，计算机1控制补液槽7中的饱和溶液定量流入补液刮板2中。
所述的惰性气体保护仓10安装于成型缸上方，惰性气体保护仓10下端可通入惰性保护气体，经由上端排出。
工作时，将三维模型切片后的分层信息输入计算机，从惰性气体保护仓10下端接入惰性保护气体，加热器5先将成型缸中的饱和溶液加热到预设温度后，计算机1控制可升降成型托盘3上表面位于零位下方一个层厚的位置，补液刮板2将饱和溶液均匀涂覆于成型托盘3上表面，计算机1根据当层的切片信息控制光路系统将激光照射于可升降成型托盘3上表面的饱和溶液表面并进行扫描，激光所产生的高温促使饱和溶液中的溶剂蒸发，溶质析出后沉积于可升降成型托盘上表面，整层扫描完成后成型托盘下降一个层厚的高度，补液刮板2在计算机1控制下从可升降成型托盘3的一侧移动到另一侧，将饱和溶液均匀涂覆于成型托盘3上表面，并在移动的过程中根据溶剂的蒸发量将补液槽7中的饱和溶液补充到成型缸4中，然后在计算机1的控制下进行下一层的扫描，如此反复，直至整个模型全部成型完成。
本发明的有益效果为：
本发明为可溶性高分子材料提供了一种新的个性化成型方式，与现有的使用粉末材料的选区烧结技术相比，本发明采用液体材料，流动性好，成型效果理想，不需要制粉，成本低，成型质量好，加工材料范围宽等优点。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明的内容进一步说明。
参见图1，一种选区激光蒸发沉积装置包括：计算机1、光路系统、成型系统组成，光路系统又包括通过计算机1控制的激光器8和扫描振镜9；成型系统又包括加热器5、温度传感器、成型缸4、可升降成型托盘3、补液刮板2、补液槽7和惰性气体保护仓10。
所述的计算机1及其控制软件，负责控制激光器8的开启和关闭，负责将分层处理后的模型的信息转化为相关信号从而控制扫描振镜9的运动轨迹，负责加热器的开启和关闭，负责控制3D打印过程中可升降成型托盘3的升降。
所述的激光器8发射红外或紫外激光，所发出的激光在扫描振镜9的作用下照射到成型缸4中的饱和溶液表面沿指定路径扫描。
通过控制所述的扫描振镜9的运动，使得激光发生光路偏转，控制激光在XY平面上的偏移。
所述的加热器5靠近成型缸4，负责对成型缸4中的溶液进行加热，温度传感器6将实时监测溶液温度并将数据反馈到计算机中，实时调整加热器5的启停从而保证成型缸4中饱和溶液的温度。
所述的成型缸4中盛放饱和溶液，零位位于成型缸4的上部，饱和溶液加到零位为止。
所述的可升降成型托盘3置于成型缸4中，并在计算机1的控制下可在成型缸4中升降。
所述的补液刮板2安装于成型缸4上方，并在计算机的控制下可左右移动，补液刮板2的一端连接补液槽7。
所述的补液槽7中盛放饱和溶液，计算机1控制补液槽7中的饱和溶液定量流入补液刮板2中。
所述的惰性气体保护仓10安装于成型缸4上方，惰性气体保护仓10下端可通入惰性保护气体，经由上端排出。
一种选区激光蒸发沉积方法，包括以下步骤：
1)在计算机1中绘制零件的三维模型，通过控制软件对其进行分层处理后生成多层截面的打印模型；
2)将需要成型的固体材料溶于溶剂中形成饱和溶液，将饱和溶液倒入成型缸4中，液面至零位，并在液面上方通入惰性气体保护；
3)根据材料性质以及饱和溶液的不同选择相应的预热温度，通过加热器5对饱和溶液进行加热，通过温度传感器6实时监测饱和溶液温度；
4)将可升降成型托盘3沉于饱和溶液下方一个层厚的位置，补液刮板2在成型托盘3上方，补液刮板2下底面距可升降成型托盘3上表面一个层厚的距离，补液刮板2一端连接补液槽7，计算机1根据蒸发量和成型体积控制补液刮板2在左右移动过程中进行饱和溶液的补充，补液刮板2左右移动，将饱和溶液均匀涂覆于成型托盘3上表面，激光器8发射激光，通过扫描振镜9聚焦到成型缸4中的溶液表面；
5)通过计算机1中的控制软件根据分层截面的打印模型生成并输出信号，控制扫描振镜9的运动，使激光发生光路偏转，沿设计的运动轨迹逐点或逐行进行扫描，溶剂受热蒸发，溶质从饱和溶液中析出并沉积成型；
6)该层沉积完毕后，成型托盘3下降一个单位的层厚，计算机1中的控制软件根据下一层截面的打印模型生成并输出信号并重复上述成型过程，直至整个零件成型完毕。

Claims (3)

1.一种选区激光蒸发沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在计算机(1)中绘制零件的三维模型，通过控制软件对其进行分层处理后生成多层截面的打印模型；
2)将需要成型的固体材料溶于溶剂中形成饱和溶液，将饱和溶液倒入成型缸(4)中，液面至零位，并在液面上方通入惰性气体保护；
3)根据材料性质以及饱和溶液的不同选择相应的预热温度，通过加热器(5)对饱和溶液进行加热，通过温度传感器(6)实时监测饱和溶液温度；
4)将可升降成型托盘(3)沉于饱和溶液下方一个层厚的位置，补液刮板(2)在成型托盘(3)上方，补液刮板(2)下底面距可升降成型托盘(3)上表面一个层厚的距离，补液刮板(2)一端连接补液槽(7)，计算机(1)根据蒸发量和成型体积控制补液刮板(2)在前后移动过程中进行饱和溶液的补充，补液刮板(2)前后移动，将饱和溶液均匀涂覆于成型托盘(3)上表面，激光器(8)发射激光，通过扫描振镜(9)聚焦到成型缸(4)中的溶液表面；
5)通过计算机(1)中的控制软件根据分层截面的打印模型生成并输出信号，控制扫描振镜(9)的运动，使激光发生光路偏转，沿设计的运动轨迹逐点或逐行进行扫描，溶剂受热蒸发，溶质从饱和溶液中析出并沉积成型；
6)该层沉积完毕后，成型托盘(3)下降一个单位的层厚，计算机(1)中的控制软件根据下一层截面的打印模型生成并输出信号并重复上述成型过程，直至整个零件成型完毕。
2.一种选区激光蒸发沉积装置，包括计算机(1)、光路系统、成型系统，其特征在于：光路系统又包括通过计算机(1)控制的激光器(8)和扫描振镜(9)；成型系统又包括加热器(5)、温度传感器(6)、成型缸(4)、可升降成型托盘(3)、补液刮板(2)、补液槽(7)和惰性气体保护仓(10)。
所述的计算机(1)及其控制软件，负责控制激光器(8)的开启和关闭，负责将分层处理后的模型的信息转化为相关信号从而控制扫描振镜(9)的运动轨迹，负责加热器(5)的开启和关闭，负责控制3D打印过程中可升降成型托盘(3)的升降。
所述的激光器(8)发射红外或紫外激光，所发出的激光在扫描振镜(9)的作用下照射到成型缸(4)中的饱和溶液表面沿指定路径扫描。。
通过控制所述的扫描振镜(9)的运动，使得激光发生光路偏转，控制激光在XY平面上的偏移。
3.根据权利要求2所述的所述的一种选区激光蒸发沉积装置，其特征在于：加热器(5)靠近成型缸(4)，负责对成型缸(4)中的溶液进行加热，温度传感器(6)将实时监测溶液温度并将数据反馈到计算机中，实时调整加热器(5)的启停从而保证成型缸(4)中饱和溶液的温度。
所述的成型缸(4)中盛放饱和溶液，零位位于成型缸(4)的上部，饱和溶液加到零位为止。
所述的可升降成型托盘(3)置于成型缸(4)中，并在计算机(1)的控制下可在成型缸(4)中升降。
所述的补液刮板(2)安装于成型缸(4)上方，并在计算机的控制下可左右移动，补液刮板(2)的一端连接补液槽(7)。
所述的补液槽(7)中盛放饱和溶液，计算机(1)控制补液槽(7)中的饱和溶液定量流入补液刮板(2)中。
所述的惰性气体保护仓(10)安装于成型缸(4)上方，惰性气体保护仓(10)下端可通入惰性保护气体，经由上端排出。
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