CN113579256A - 一种高分辨率二维光栅准直器制造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，包括：控制系统，所述控制系统为闭环反馈系统，所述控制系统通过感应器件对制造参数进行实时监控；多工艺参数包联动模块，所述多工艺参数包联动模块用于控制产品力学性能与尺寸精度；所述多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺参数，智能供料模块，所述智能供料模块用于控制供料参数，所述智能供料模块用于提高零件加工中原材料的利用率；3D打印模块，所述3D打印模块通过逐层铺粉的方式进行零件打印生产，并进行控制零件特征尺寸及高致密度；冷却系统，所述冷却系统能够将3D打印模块加工后的成品进行冷却，通过3D打印技术研发、生产的新型二维光栅准直器提高CT成像清晰度并降低有害辐射量。
Description
技术领域
本发明涉及一种准直器制造系统，尤其涉及一种高分辨率二维光栅准直器 制造系统。
背景技术
医学影像是指为实现诊断或治疗引导的目的，对人体施加包括可见光、X射 线、超声、强磁场激励等各种物理信号，记录人体反馈的信号强度分布，形成 图像并使得医生可以从中判读人体结构、病变信息的技术手段。据医械研究院 发布的《2019中国医疗器械蓝皮书》：受益于经济水平的发展，健康需求不断增 加，中国医疗器械市场迎来了巨大的发展机会，据医械研究院测算，2018年中 国医疗器械市场规模约为5304亿元，其中医学影像市场占比为16％，故据此推 算，2018年中国医学影像设备行业市场规模约为849亿元。
CT机是影像数字医疗诊断技术发展的关键设备，光栅准直器是高端高清成 像、低辐射剂量医用CT机的核心部件，这就需要准直器过滤掉散射的X射线。
高端医疗CT存在巨大市场需求，这带来新型薄壁难熔金属准直 器的蓬勃发展。随着我国医疗需求水平的提高、老龄化问题的加剧和 基础医疗保险制度的不断完善，我国CT机保有量快速增长， 2013-2015年，国内CT机销售额保持在2200台左右，2016年后，市 场好转，销量持续上升，2017年全年达2891台，2017年每百万人口 CT设备拥有量从2013年的7.8台，增长到了2017年的14.3台，年
以国内每年销售2500台CT计算，平均一个CT使用的准直器数量为40枚 左右，每年中国市场将消耗10万枚准直器，以目前进口新型难熔金属准直器的 均价计算，仅中国国内每年的准直器市场将可达到16亿人民币。此外，在口腔CBCT以及工业CT领域，同样对准直器有需求，可以进一步增大市场存量。
光栅准直器是高端高清成像、低辐射剂量医用CT机的核心部件，传统的准 直器生产效率和过滤效率低下。
医疗CT设备工作时，X射线发生器(球管)会产生大量的X射线，X射线 穿过人体后，会有一部分散射的X射线成为杂波和干扰信号，影响着医疗CT的 成像质量，进而造成误诊等医疗事故，且过量的X射线辐射量对人体具有明显 的有害作用，这就需要准直器过滤掉散射的X射线。
传统的准直器生产效率和过滤效率低下。难熔金属的熔点高，硬度高，导 致其既难以铸造，又难以机械加工，只能应用于外形简单的零件，如钨丝、单 片钨薄壁等。生产传统准直器只能通过手工装夹在工装上的几十片0.1mm厚度 钨薄片来实现，装夹过程薄壁容易变形，良品率低。且由于薄片互相平行，因 此无法过滤平行于该方向的X射线杂波，使得图像质量无法进一步提高，只有 互相垂直交错的钨薄壁，才能过滤掉所有方向的X射线杂波。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种高分辨率二维光栅准直器制造系 统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高分辨率二维光栅准直 器制造系统，包括：
控制系统，所述控制系统为闭环反馈系统，所述控制系统通过感应器件对 制造参数进行实时监控；
多工艺参数包联动模块，所述多工艺参数包联动模块用于控制产品力学性 能与尺寸精度；所述多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺参数，
智能供料模块，所述智能供料模块用于控制供料参数，所述智能供料模块 用于提高零件加工中原材料的利用率；
3D打印模块，所述3D打印模块通过逐层铺粉的方式进行零件打印生产，并 进行控制零件特征尺寸及高致密度；
冷却系统，所述冷却系统能够将3D打印模块加工后的成品进行冷却。
在本发明的一个较佳实施例中，所述感应器件包括光感器件或热感器件。
在本发明的一个较佳实施例中，所述制造参数包括激光光斑大小、熔池形 状、熔池尺寸、熔覆高度、温度梯度中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一个较佳实施例中，所述熔池尺寸与所述熔覆高度通过熔池图 像感应与控制系统进行配合控制。
在本发明的一个较佳实施例中，所述多工艺参数包用于对零件的不同位置 设置不同的工艺参数，具体包括：所述多工艺参数包对零件表面采用低能量密 度工艺包，所述多工艺参数包对零件内部结构采用高能量密度工艺包。
在本发明的一个较佳实施例中，所述智能供料模块对材料利用率为70％-90％。
在本发明的一个较佳实施例中，所述供料参数包括供料速率、供料种类、 供料方式中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一个较佳实施例中，所述熔池尺寸误差为±0.05mm。
在本发明的一个较佳实施例中，所述熔覆高度误差为±0.02mm。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)通过3D打印技术研发、生产的新型二维光栅准直器提高CT成像清晰 度并降低有害辐射量，二维准直器可以有效提高医疗CT成像清晰度并降低有害 辐射量。新型薄壁难熔金属准直器通过互相垂直交错的钨薄壁，可以过滤掉所 有方向的X射线杂波，且薄壁距离和网格密度可以在更大范围内设计，进一步 提高成像清晰度。
(2)通过金属3D打印制造技术制造新型的互相垂直交错的钨薄壁准直器， 其综合强度高，整个生产过程为数字化自动生产，无需手工组装或拼接，大幅 度提高产品精度和质量的稳定性，各方面性能都远超传统的一维准直器。
(3)闭环反馈控制系统可以通过光感或热感器件，对激光光斑大小、熔池 形状、温度梯度等参数进行实时监控，并提供闭环反馈信号给控制系统，对于 金属3D打印的制造精度与可靠性有显著提高作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明一种高分辨率二维光栅准直器局部结构图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和 具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情 况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发 明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范 围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明第一方面提供了一种高分辨率二维光栅准直器制造系 统，包括：
控制系统，控制系统为闭环反馈系统，控制系统通过感应器件对制造参数 进行实时监控；
多工艺参数包联动模块，多工艺参数包联动模块用于控制产品力学性能与 尺寸精度；多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺参数，
智能供料模块，智能供料模块用于控制供料参数，智能供料模块用于提高 零件加工中原材料的利用率；
3D打印模块，3D打印模块通过逐层铺粉的方式进行零件打印生产，并进行 控制零件特征尺寸及高致密度；
冷却系统，冷却系统能够将3D打印模块加工后的成品进行冷却。
需要说明的是，通过3D打印技术研发、生产的新型二维光栅准直器提高CT 成像清晰度并降低有害辐射量，二维准直器可以有效提高医疗CT成像清晰度并 降低有害辐射量。新型薄壁难熔金属准直器通过互相垂直交错的钨薄壁，可以 过滤掉所有方向的X射线杂波，且薄壁距离和网格密度可以在更大范围内设计， 进一步提高成像清晰度。本申请中从激光器适配选型、冷却系统、控制系统的 研究开发入手，自主开发出基于逐层铺粉工艺的3D打印工艺，打印生产二维光 栅准直器，克服了纯钨金属粉末材料的3D打印过程中的高熔点、高热导率、高 热应力、高精度、低表面粗糙度等技术难点，满足小特征尺寸、低表面粗糙度、 高纵横比、高致密度的打印要求，实现高稳定性的一次成型。
根据本发明实施例，感应器件包括光感器件或热感器件。
根据本发明实施例，制造参数包括激光光斑大小、熔池形状、熔池尺寸、 熔覆高度、温度梯度中的一种或两种以上的组合。
根据本发明实施例，熔池尺寸与熔覆高度通过熔池图像感应与控制系统进 行配合控制。
根据本发明实施例，多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺 参数，具体包括：多工艺参数包对零件表面采用低能量密度工艺包，多工艺参 数包对零件内部结构采用高能量密度工艺包。
需要说明的是，金属3D打印技术是利用激光进行加热，激光能量密度过高 会导致产品的温度不均匀，导致零件变形，降低尺寸精度。激光能量密度过低 会导致产品的熔化不够彻底，内部残留位熔化的部分，降低力学性能。通过本 申请的多参数包联动技术，可以对零件的不同部位设置不同的工艺参数，对表 面采用低能量密度工艺包，保证尺寸精度；对内部结构采取高能量密度工艺包， 保证力学性能。甚至采取两种以上的工艺参数包对同一个产品的不同位置进行 精准的定义，以此实现产品的每个细节满足客户要求。
根据本发明实施例，智能供料模块对材料利用率为70％-90％。
需要说明的是，现有的传统锻造，机加工成型技术，金属材料的综合利用 率仅为10％左右，这就意味着做100公斤零件，需要1000公斤的原材料。金属 3D打印的材料利用率大约为60-70％，而本申请中的智能供料技术，可以将材料 利用率提高到70-90％。这样可以节省70％的制造成本，且保证无供料不足现象 出现。
根据本发明实施例，供料参数包括供料速率、供料种类、供料方式中的一 种或两种以上的组合。
根据本发明实施例，熔池尺寸误差为±0.05mm。
根据本发明实施例，熔覆高度误差为±0.02mm。
通过3D打印技术研发、生产的新型二维光栅准直器提高CT成像清晰度并 降低有害辐射量，二维准直器可以有效提高医疗CT成像清晰度并降低有害辐射 量。新型薄壁难熔金属准直器通过互相垂直交错的钨薄壁，可以过滤掉所有方 向的X射线杂波，且薄壁距离和网格密度可以在更大范围内设计，进一步提高 成像清晰度。
通过金属3D打印制造技术制造新型的互相垂直交错的钨薄壁准直器，其综 合强度高，整个生产过程为数字化自动生产，无需手工组装或拼接，大幅度提 高产品精度和质量的稳定性，各方面性能都远超传统的一维准直器。
闭环反馈控制系统可以通过光感或热感器件，对激光光斑大小、熔池形状、温 度梯度等参数进行实时监控，并提供闭环反馈信号给控制系统，对于金属3D打 印的制造精度与可靠性有显著提高作用。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可 以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单 元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如： 多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略， 或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、 或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是 电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为 单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可 以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来 实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中， 也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一 个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软 件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可 以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储 介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介 质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存 储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立 的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样 的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可 以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包 括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络 设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括： 移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化 或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权 利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于，包括：
控制系统，所述控制系统为闭环反馈系统，所述控制系统通过感应器件对制造参数进行实时监控；
多工艺参数包联动模块，所述多工艺参数包联动模块用于控制产品力学性能与尺寸精度；所述多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺参数，
智能供料模块，所述智能供料模块用于控制供料参数，所述智能供料模块用于提高零件加工中原材料的利用率；
3D打印模块，所述3D打印模块通过逐层铺粉的方式进行零件打印生产，并进行控制零件特征尺寸及高致密度；
冷却系统，所述冷却系统能够将3D打印模块加工后的成品进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述感应器件包括光感器件或热感器件。
3.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述制造参数包括激光光斑大小、熔池形状、熔池尺寸、熔覆高度、温度梯度中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述熔池尺寸与所述熔覆高度通过熔池图像感应与控制系统进行配合控制。
5.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述多工艺参数包用于对零件的不同位置设置不同的工艺参数，具体包括：所述多工艺参数包对零件表面采用低能量密度工艺包，所述多工艺参数包对零件内部结构采用高能量密度工艺包。
6.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述智能供料模块对材料利用率为70％-90％。
7.根据权利要求6所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述供料参数包括供料速率、供料种类、供料方式中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求6所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于，所述熔池尺寸误差为±0.05mm。
9.根据权利要求1所述的一种高分辨率二维光栅准直器制造系统，其特征在于：所述熔覆高度误差为±0.02mm。
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