CN110193934B - 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备 - Google Patents

激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110193934B
CN110193934B CN201910378470.4A CN201910378470A CN110193934B CN 110193934 B CN110193934 B CN 110193934B CN 201910378470 A CN201910378470 A CN 201910378470A CN 110193934 B CN110193934 B CN 110193934B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
radiation
forming
annealing
annealer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910378470.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110193934A (zh
Inventor
李涤尘
张倍宁
张菁华
杨春成
石长全
王玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Jugao-Am Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Shaanxi Jugao-Am Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Jugao-Am Technology Co ltd, Xian Jiaotong University filed Critical Shaanxi Jugao-Am Technology Co ltd
Priority to CN201910378470.4A priority Critical patent/CN110193934B/zh
Publication of CN110193934A publication Critical patent/CN110193934A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110193934B publication Critical patent/CN110193934B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling

Abstract

激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备，设备包括成形腔，成形腔底部设有粉料托板，粉料中心处为成形件，成形件旁边的粉料上面设有铺粉棍，成形件上方的成形腔外设有扫描振镜，扫描振镜将激光发射器发出的激光反射在成形件上，成形腔内吊有速冷器和辐射加热退火器，速冷器出口位于成形件的成形激光点的后方，速冷器出口前方连接有气体挡板，速冷器入口和冷气导管连接，辐射加热退火器位于速冷器出口后方，速冷器与辐射加热退火器可在X‑Y平面进行运动；采用集成的预热、烧结、速冷成形和退火，在激光成形后，控制速冷器与辐射加热退火器实现对成形件即时后处理；本发明实现了高性能的非均匀功能零件的制备，利于大尺寸零件的成形。

Description

激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备
技术领域
本发明涉及高分子3D打印成型技术领域，具体涉及激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备。
背景技术
经过发展，3D打印技术应用在了许多领域，在医疗领域成为了国内外被广泛认可的先进生物制造技术之一，尤其是骨植入物3D打印技术。然而，现有的3D打印技术往往精度不高，成形材料种类较少，且无法制造梯度功能材料，没有发挥出全部的制造潜力。即便是3D打印中精度较好的激光烧结工艺方法，在高分子材料的制备上，发展并不充分，目前只能制备均匀材料的一般零件，仍存在以下缺点：1)打印得到的制件力学性能均质单一，无法满足多样需求。例如对于骨植入物来说，不同部位人体骨骼的作用与受力环境不一，骨骼的需求也存在差异，因此骨植入物要有差异性，而目前3D打印所形成的制件是均质而单一的，难以满足多样化需求。2)高分子材料在冷却的过程中容易发生结晶收缩而发生翘曲，因此大尺寸制件在打印过程中会发生收缩、翘曲、变形，大大影响制件效果，尤其是大尺寸零件精度难以满足，而这一问题现有工艺难以改善，因此对于高分子材料的大尺寸制件，很难使用3D打印技术完善地制造。
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出一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备，实现了高性能的非均匀功能零件的制备，利于大尺寸零件的成形。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的设备，包括成形腔3，成形腔3的底部设有能够在Z轴上下移动的粉料托板7，粉料托板7上的粉料5中心处为成形件6，成形件6旁边的粉料5上面设有铺粉棍4，成形件6上方的成形腔3外设有扫描振镜11，扫描振镜11将激光发射器1发出的激光反射在成形件6上，成形腔3内吊有速冷器9和辐射加热退火器2，速冷器9出口位于成形件6的成形激光点的后方，速冷器9出口前方连接有气体挡板8，速冷器9入口和冷气导管10连接，辐射加热退火器2位于速冷器9出口后方，速冷器9与辐射加热退火器2能够在X-Y平面进行运动。
所述的辐射加热退火器2包括辐射腔，辐射腔上方设有1个主辐射棒12，主辐射棒12的下方设有若干副辐射棒13，主辐射棒12、若干副辐射棒13的辐射光线经辐射腔的辐射反射面14反射，将能量集中为辐射退火光线15对成形件6进行加热退火处理。
所述的主辐射棒12、副辐射棒13的功率可控。
一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法，包括下列步骤：
1)先使用辐射加热退火器2对粉料进行预热；
2)在设备的计算机中建立三维模型，并对该三维模型进行分层处理和路径数据处理；
3)将当前层的工艺数据送入到设备的计算机中，通过步进电机带动铺粉辊4，将粉料5推送到成型腔3中并铺平；
4)当前粉料5层铺平后，按照当前分层截面的信息，通过控制激光发射器1的开关和功率，以及扫描振镜11的位置，来控制激光烧结的位置与程度，使得高分子材料熔化；
5)电机控制速冷器9，在高分子材料熔化几秒钟后，利用冷风机从冷气导管10中导出冷气，对熔融态的高分子材料快速冷却，速冷器9前方的气体挡板8能防止冷空气吹散粉料，制冷器9跟随激光，并保持设定的距离；
6)电机控制辐射加热退火器2，在高分子材料凝固成形后，利用高能量的辐射退火光线15，再次加热高分子材料，使其完成再结晶和退火的过程；辐射加热退火器2在速冷器9之后，并保持设定的距离；
7)完成当前层的所有工艺后，粉料托板7下降一个分层厚度，步进电机带动铺粉棍4运动，回到供粉区域；
8)重复步骤3)～步骤7)，直至零件完成。
所述的步骤6)再结晶和退火的过程中，通过控制电流控制辐射加热退火器2的功率，根据实际需要调整辐射的能量，使得不同区域的材料得到不同程度的退火，实现功能的梯度化。
本发明的有益效果为：
本发明采用集成的预热、烧结、速冷成形和退火，在激光成形完成后，控制速冷器9与辐射加热退火器2在X-Y平面运动，实现对成形件6即时的后处理。利用速冷器9限制高分子材料冷却成形时高分子链的运动时间，降低结晶收缩，利于大尺寸零件的成形；同时，利用可控的辐射加热退火器2，可按需在不同区域提供不同的辐射热量，完成不同程度的退火，进行局部结晶度性能的调控，实现了高性能的非均匀功能零件的制备，有益于满足更加多样化的实际需求。
附图说明
图1是本发明设备的示意图。
图2是本发明辐射加热器的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1，一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的设备，包括成形腔3，成形腔3的底部设有能够在Z轴上下移动的粉料托板7，粉料托板7上的粉料5中心处为成形件6，成形件6旁边的粉料5上面设有铺粉棍4，成形件6上方的成形腔3外设有扫描振镜11，扫描振镜11将激光发射器1发出的激光反射在成形件6上，成形腔3内吊有速冷器9和辐射加热退火器2，速冷器9出口位于成形件6的成形激光点的后方，速冷器9出口前方连接有气体挡板8，速冷器9入口和冷气导管10连接，辐射加热退火器2位于速冷器9出口后方，速冷器9与辐射加热退火器2能够在X-Y平面进行运动。
参照图2，所述的辐射加热退火器2包括辐射腔，辐射腔上方设有1个主辐射棒12，主辐射棒12的下方设有若干副辐射棒13，主辐射棒12、若干副辐射棒13的辐射光线经辐射腔的辐射反射面14反射，将能量集中为辐射退火光线15对成形件6进行加热退火处理。
所述的主辐射棒12、副辐射棒13的功率可控。
一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法，包括下列步骤：
1)先使用辐射加热退火器2对粉料进行预热；
2)在设备的计算机中建立三维模型，并对该三维模型进行分层处理和路径数据处理；
3)将当前层的工艺数据送入到设备的计算机中，通过步进电机带动铺粉辊4，将粉料5推送到成型腔3中并铺平；
4)当前粉料5层铺平后，按照当前分层截面的信息，通过控制激光发射器1的开关和功率，以及扫描振镜11的位置，来控制激光烧结的位置与程度，使得高分子材料熔化；
5)电机控制速冷器9，在高分子材料熔化几秒钟后，利用冷风机从冷气导管10中导出冷气，对熔融态的高分子材料快速冷却，限制高分子链运动的时间；速冷器9前方的气体挡板8能一定程度上防止冷空气吹散粉料，不会影响激光成形；制冷器9跟随激光，并保持设定的距离；
6)电机控制辐射加热退火器2，在高分子材料凝固成形后，利用高能量的辐射退火光线15，再次加热高分子材料，使其完成再结晶和退火的过程；在这一过程中，通过控制电流控制辐射加热退火器2的功率，根据实际需要调整辐射的能量，使得不同区域的材料得到不同程度的退火，实现功能的梯度化；辐射加热退火器2在速冷器9之后，并保持设定的距离；
7)完成当前层的所有工艺后，粉料托板7下降一个分层厚度，步进电机带动铺粉棍4运动，回到供粉区域；
8)重复步骤3)～步骤7)，直至零件完成。

Claims (3)

1.一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的设备，包括成形腔(3)，其特征在于：成形腔(3)的底部设有能够在Z轴上下移动的粉料托板(7)，粉料托板(7)上的粉料(5)中心处为成形件(6)，成形件(6)旁边的粉料(5)上面设有铺粉辊(4)，成形件(6)上方的成形腔(3)外设有扫描振镜(11)，扫描振镜(11)将激光发射器(1)发出的激光反射在成形件(6)上，成形腔(3)内吊有速冷器(9)和辐射加热退火器(2)，速冷器(9)出口位于成形件(6)的成形激光点的后方，速冷器(9)出口前方连接有气体挡板(8)，速冷器(9)入口和冷气导管(10)连接，辐射加热退火器(2)位于速冷器(9)出口后方，速冷器(9)与辐射加热退火器(2)能够在X-Y平面进行运动；
所述的辐射加热退火器(2)包括辐射腔，辐射腔上方设有1个主辐射棒(12)，主辐射棒(12)的下方设有若干副辐射棒(13)，主辐射棒(12)、若干副辐射棒(13)的辐射光线经辐射腔的辐射反射面(14)反射，将能量集中为辐射退火光线(15)对成形件(6)进行加热退火处理；
所述的主辐射棒(12)、副辐射棒(13)的功率可控。
2.基于权利要求1所述设备的一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)先使用辐射加热退火器(2)对粉料进行预热；
2)在设备的计算机中建立三维模型，并对该三维模型进行分层处理和路径数据处理；
3)将当前层的工艺数据送入到设备的计算机中，通过步进电机带动铺粉辊(4)，将粉料(5)推送到成形腔(3)中并铺平；
4)当前粉料(5)层铺平后，按照当前分层截面的信息，通过控制激光发射器(1)的开关和功率，以及扫描振镜(11)的位置，来控制激光烧结的位置与程度，使得高分子材料熔化；
5)电机控制速冷器(9)，在高分子材料熔化几秒钟后，利用冷风机从冷气导管(10)中导出冷气，对熔融态的高分子材料快速冷却，速冷器(9)前方的气体挡板(8)能防止冷空气吹散粉料，速冷器(9)跟随激光，并保持设定的距离；
6)电机控制辐射加热退火器(2)，在高分子材料凝固成形后，利用高能量的辐射退火光线(15)，再次加热高分子材料，使其完成再结晶和退火的过程；辐射加热退火器(2)在速冷器(9)之后，并保持设定的距离；
7)完成当前层的所有工艺后，粉料托板(7)下降一个分层厚度，步进电机带动铺粉辊(4)运动，回到供粉区域；
8)重复步骤3)～步骤7)，直至零件完成。
3.根据权利要求2所述的一种激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法，其特征在于：所述的步骤6)再结晶和退火的过程中，通过控制电流控制辐射加热退火器(2)的功率，根据实际需要调整辐射的能量，使得不同区域的材料得到不同程度的退火，实现功能的梯度化。
CN201910378470.4A 2019-05-08 2019-05-08 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备 Active CN110193934B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910378470.4A CN110193934B (zh) 2019-05-08 2019-05-08 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910378470.4A CN110193934B (zh) 2019-05-08 2019-05-08 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110193934A CN110193934A (zh) 2019-09-03
CN110193934B true CN110193934B (zh) 2021-12-28

Family

ID=67752439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910378470.4A Active CN110193934B (zh) 2019-05-08 2019-05-08 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110193934B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116282865A (zh) * 2022-11-25 2023-06-23 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种光学元件高能辐射缺陷在线去除系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104308153A (zh) * 2014-10-27 2015-01-28 西安交通大学 一种基于选区激光熔化的高熵合金涡轮发动机热端部件的制造方法
CN108188397A (zh) * 2017-11-01 2018-06-22 陕西聚高增材智造科技发展有限公司 一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050092403A1 (en) * 2003-10-29 2005-05-05 Lloyd David J. Functionally graded aluminum alloy sheet
KR100807393B1 (ko) * 2006-06-05 2008-02-28 경상대학교산학협력단 Ｔｉ－Ｎｉ계 경사기능 합금의 제조방법 및 그로부터제조된 Ｔｉ－Ｎｉ계 경사기능 합금
CN103978685B (zh) * 2014-04-30 2015-10-21 中国科学院化学研究所 一种应用纳秒激光精确控温3d打印高分子材料的装置
CN105172154B (zh) * 2015-10-23 2017-10-24 安徽隆源成型科技有限公司 一种超高分子量聚乙烯的选区激光烧结成型方法
CN106001575B (zh) * 2016-07-25 2018-01-05 中北大学 一种选择性激光烧结sls铺粉预热装置
CN107470623A (zh) * 2017-08-30 2017-12-15 湖南顶立科技有限公司 一种增材制造方法
KR102151445B1 (ko) * 2017-08-30 2020-09-03 가부시키가이샤 소딕 적층 조형 장치 및 적층 조형물의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104308153A (zh) * 2014-10-27 2015-01-28 西安交通大学 一种基于选区激光熔化的高熵合金涡轮发动机热端部件的制造方法
CN108188397A (zh) * 2017-11-01 2018-06-22 陕西聚高增材智造科技发展有限公司 一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110193934A (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105499569B (zh) 一种用于高能束增材制造的温度场主动调控系统及其控制方法
US8502107B2 (en) Method and apparatus for making products by sintering and/or melting
WO2004056509A1 (en) Arrangement and method for producing a three-dimensional product.
CN108480638B (zh) 一种三段式选择性激光熔化组合预热系统
EP1583628A1 (en) Arrangement and method for production of a three dimensional object
CN106001575B (zh) 一种选择性激光烧结sls铺粉预热装置
WO2004056511A1 (en) Arrangement and method for producing a three-dimensional product
CN104136149A (zh) 用于制备具有改进性质的三维制品的方法和装置
CN105689710B (zh) 一种高能束金属增材制造的微观组织调控方法
US20190118259A1 (en) High-productivity apparatus for additive manufacturing and method of additive manufacturing
CN107379526A (zh) 一种基于面光源的选区激光烧结方法及装置
WO2019102371A1 (en) Heat treatment of 3d printed parts for improving transparency, smoothness and adhesion of layers
CN110434333B (zh) 一种面成型金属增材制造方法
JP2002540048A (ja) ガラスセラミック部材、及び／又はガラス部材を製造する方法
CN110193934B (zh) 激光选区烧结中在线退火调控聚合物性能的方法与设备
JP4562284B2 (ja) 熱可塑性樹脂を熱成形する方法および装置
JP2014147963A (ja) 鋼板の赤外線加熱方法、加熱成形方法、赤外炉および車両用部品
CN108705083A (zh) 一种基于多激光器的选区熔化粉末实时预热系统及方法
CN109702193A (zh) 用于3d金属打印工艺的通过激光诱导的等离子体通道施加电脉冲
CN205836029U (zh) 一种选择性激光烧结sls铺粉预热装置
WO2019031979A1 (en) ADDITIVE MANUFACTURING APPARATUS COMPRISING A THERMAL SHIELD TO PREVENT HEAT LOSSES FROM A BED OF POWDER
CN113618084A (zh) 一种粉末床增材制造系统和粉末床增材制造方法
CN108188398A (zh) 一种用于激光选区熔化设备的粉末快速预热方法和装置
CN208261854U (zh) 一种三段式选择性激光熔化组合预热系统
CN219315145U (zh) 一种利用加热法制备块体状10b的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant