CN203109233U

CN203109233U - 粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构

Info

Publication number: CN203109233U
Application number: CN2013201050668U
Authority: CN
Inventors: 余振新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2023-03-07

Abstract

本实用新型公开了粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构，包括刚性支撑架、设于该刚性支撑架上部的激光及光路导引系统和电路系统、设于该激光及光路导引系统和电路系统下方的激光烧结成型区、设于该激光烧结成型区下方的粉箱和竖直驱动装置和外壳。所述刚性支撑架全部由空心不锈钢方管焊接而成的。本实用新型采用以上结构，能有效地、精细地实现SLS技术；而且，该设备对环境的要求（温度：0°C-35°C，湿度：10%-95%）和成型过程中的工作条件，相对同类型SLS技术大大降低。该机械结构的设计使实现SLS技术的设备体积缩小了至少30％，重量更轻，从而降低了制造成本。并且，设备也更方便维护和操作。

Description

粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构

技术领域

本实用新型涉及机械结构创新领域，具体涉及一种实现常温下粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构。

背景技术

SLS技术（SLS:Selective Laser Sintering，粉末材料选择性激光烧结）是一种快速成型工艺，将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层粉末材料，选择地烧结下层截面。总而言之，SLS技术是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

现有的SLS烧结成型设备因为需要预热和降温，一般体积庞大。譬如，DTM公司的Sinterstation2500机型，加工尺寸是350mm×250mm×500mm，整台设备大小约2500mm×1000mm×2000mm。后来推出的Sinterstation2500Plus机型虽然缩小了计算机存放的部分，但成型部分依然占据空间2000mm×1000mm×2500mm。国内华中科技大学研发出的HRPS－ⅢA机型，加工尺寸是400mm×400mm×450mm，整台设备大小也接近3000mm×1500mm×2500mm。另一方面，设于SLS烧结成型设备的成型工作台处需要制成密封的工作仓，设备制造成本比较高。

发明内容

本实用新型的目的在于降低SLS设备的制造成本和操作时的环境要求，它提供了一种紧凑、刚性良好、造型稳定的机械结构，有利于成型技术的精确实施。进一步地，本实用新型解决了降低SLS烧结成型设备成本高、体积大的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构，包括刚性支撑架、设于该刚性支撑架上部的激光及光路导引系统和电路系统、设于该激光及光路导引系统和电路系统下方的激光烧结成型区、设于该激光烧结成型区下方的粉箱和竖直驱动装置和外壳。所述刚性支撑架全部由空心不锈钢方管焊接而成的。

进一步，所述激光烧结成型区包括开放式的成型工作区、设于该成型工作区内的成型平台、设于该成型工作区内的粉兜和与该粉兜连接的水平驱动装置；所述激光及光路导引系统和电路系统把激光束聚集于成型平台；水平驱动装置驱动粉兜扫过成型平台上方（铺粉）；竖直驱动装置和成型平台的底部连接，驱动成型平台沿着竖直方向精细精确移动。

进一步，所述刚性支撑架上部放置了激光发生装置及光路导引系统、电气及控制电路。此安排使设备光学及电路部分紧凑在一起，方便组装和设备调试，也节省了设备的体积。

进一步，所述设备外壳正面留有观察窗，通过该观察窗可以直接观看到成型的过程。

进一步，所述设备外壳背面设有用于手动控制所述粉兜和成型平台位置的后控制面板。

进一步，所述激光烧结成型区还包括用于吸取所述成型工作区内粉尘的吸烟机。

进一步，还包括带有显示屏的控制计算机、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要带控制设备的电气开关，其和所述激光及光路导引系统和电路系统位于刚性支撑架上部；计算机位于刚性支撑架的右中部；所述成型工作区位于刚性支撑架中部；竖直驱动装置位于刚性支撑架的下部；吸烟机位于刚性支撑架的右下部。

进一步，包括通用串行总线USB设备接入口、键盘和用于承托键盘的旋转支架；旋转支架和所述刚性支撑架活动轴连接，平时收起旋转支架，从而将键盘藏在刚性支撑架内部，使用时旋转支架旋转90°从而将键盘露出。

进一步，所述刚性支撑架的背面还设有后门。

进一步，所述刚性支撑架的底部设有脚轮和用于定位的支撑脚。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用以上结构，采用空心不锈钢方管焊接而成的框架，使得设备整体结构紧凑、刚性良好、造型稳定，能有效地、精细地实现SLS技术。而且，该设备对环境的要求（温度：0°C---35°C，湿度：10%--95%）和成型过程中的工作条件，相对同类型SLS技术大大降低。该机械结构的设计使实现SLS技术的设备体积缩小了至少30％，重量更轻，从而降低了制造成本。并且，设备也更方便维护和操作。

附图说明

图1是本实用新型粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构实施例的立体示意图一，图中旋转支架收起，从而将键盘藏在刚性支撑架内；

图2是图1所示实施例的的立体示意图二，图中旋转支架旋转展开，从而将键盘露出；

图3是图1所示实施例的内部示意图；

图4是图1所示实施例的背面示意图；

图5是图1所示实施例的底面示意图

图6是图1中前控制面板的放大正视示意图；

图中，1-刚性支撑架；101-观察窗；102-后门；103-刚性支撑架上部；104-刚性支撑架中部；105-刚性支撑架下部；106-脚轮；107-支撑脚；108-换气孔；109-框架；2-激光及光路导引系统和电路系统；21-激光源；22-扩束镜；23-扫描振镜装置；24-平场聚焦透镜；3-光烧结成型室；31-成型工作区；32-成型平台；33-粉兜；34-吸烟机；4-粉箱；5-竖直驱动装置；61-电源；62-计算机；621-显示屏；63-前控制面板；631-急停开关；632-总电源开关；633-计算机电源开关；634-扫描振镜装置开关；635-激光及光路导引系统和电路系统电源开关；636-电压表；637-电流表；64-后控制面板；7-USB设备接入口；8-键盘；9-旋转支架。

具体实施方式

如图1至图6所示实施例粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构，包括刚性支撑架1、设于刚性支撑架1的控制系统、设于刚性支撑架1的激光及光路导引系统和电路系统2、设于该激光及光路导引系统和电路系统2下方的激光烧结成型区3、设于该激光烧结成型区3下方的粉箱4和竖直驱动装置5，激光及光路导引系统和电路系统2、激光烧结成型区3和竖直驱动装置5分别连接控制系统；激光烧结成型区3包括呈密闭结构的成型工作区31、设于该成型工作区31内的三维构件的成型平台32、设于该成型工作区31内的粉兜33、与该粉兜连接的水平驱动装置（未示出）和用于吸取成型工作区31内粉尘的吸烟机34，激光及光路导引系统和电路系统2和成型平台32配合；水平驱动装置驱动粉兜33沿着成型平台32位移；竖直驱动装置5和成型平台32的底部连接，从而实现驱动成型平台32沿着竖直方向位移。整个机械结构都由空心不锈钢方管焊接而成，这使得设备刚性良好、造型稳定，也使得零部件的位置更确定，设备批量生产、组装、调试、运行、维护时更少出现偏差和失误。

激光及光路导引系统和电路系统2包括激光源21、与该激光源21配合的扩束镜22、与该扩束镜22配合的扫描振镜装置23和与该扫描振镜装置23连接的平场聚焦透镜24；平场聚焦透镜24设于成型平台32上方，二者距离为透镜24焦距。

控制系统包括控制电路（未示出）、电源61、设有显示屏621的计算机62和前控制面板63。前控制面板63包括急停开关631、总电源开关632、计算机电源开关633、扫描振镜装置开关634、激光及光路导引系统和电路系统电源开关635、监测用的电压表636和电流表637。

本实施例还包括设于显示屏621下方位置处的USB设备接入口7、设于USB设备接入口7下方的键盘8和用于承托键盘8的旋转支架9；旋转支架9和刚性支撑架1活动轴连接，平时收起旋转支架9，从而将键盘8藏在刚性支撑架1内部，旋转支架9和刚性支撑架1的外表面融为一体；使用时旋转支架9旋转90度从而将键盘8露出。键盘8和计算机62用无线通信的方式连接。

在成型平台32的上方设有CCD（未示出），该CCD和计算机62无线通信连接，从而把实时的成型状况以图像形式发送到计算机62。在成型平台32的上方，可选择性地安装照明光源（例如LED），以便更好地观察成型过程。

刚性支撑架1的正面设有观察窗101，该观察窗101位于和成型平台32相配合的位置处；刚性支撑架1的背面设有用于控制粉兜33和成型平台32位置的后控制面板64，刚性支撑架1的背面还设有后门102。打开后门102可以很方便地进行手动加粉、成型构件的脱盘、观察成型平台32的位置、清洁设备内部等操作。在激光成型过程中，后门102关闭，可以保证不会让闲杂人员无意接触激光而受到伤害。后控制面板64为控制系统的一部分。刚性支撑架1的外壳可标有公司名称、设备型号等信息。

本实施例中，刚性支撑架1包括刚性支撑架上部103、刚性支撑架中部104和刚性支撑架下部105；控制电路、电源61、前控制面板63和激光及光路导引系统和电路系统位于刚性支撑架上部103，计算机62位于刚性支撑架中部104；成型工作区31位于刚性支撑架中部104，吸烟机34位于成型工作区31外且设于刚性支撑架下部105。后控制面板64位于刚性支撑架上部103的背面，后门102位于刚性支撑架下部105的背面。刚性支撑架1的背面还可设有换气孔108。本实施例尺寸可为：长1560mm×宽592mm×高1595mm，但不局限于此尺寸。

刚性支撑架1的底部设有4个脚轮106和用于定位的6个支撑脚107。需要固定设备时，调节支撑脚107的长度即可。当需要移动设备时，把支撑脚107缩短至离开地面（这时设备由脚轮106支撑），推动设备移动即可。

本实施例粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构的其它结构参见现有技术。

作为对本实施例的进一步说明，现说明其工作原理：激光经激光及光路导引系统和电路系统2的光路导引系统调制后，从刚性支撑架上部103出射下来，会聚到成型平台32上；粉兜33会在每一次构件层面扫描烧结完后左右来回移动一次，密实地铺上一层新粉；设于成型平台32底部左、右两端的粉箱4承接漏泄的粉材以便循环利用；刚性支撑架下部的竖直驱动装置5驱动成型平台32在竖直方向移动，使每一层新的粉材始终在会聚的激光束作用下被烧结。

作为对本实施例的进一步说明，现说明其操作步骤：

a、把“.stl”格式的三维模型文件输入电脑，点击“打开”，选择该“.stl”文件；在“层高”对话框中设定层厚（譬如0.15mm）；点击“分层”，等软件自动把三维模型构成一组截面图（即“.plt”格式的文件）；

b、利用我们特别设计的利用粉兜33将粉末材料均匀密实地铺在成型平台32上，使计算机62预设定的参数；按下前控制面板63上的扫描振镜装置开关634和激光及光路导引系统和电路系统电源开关635按钮，启动扫描振镜装置23和激光源21；点击计算机显示屏上的“成型”按钮，激光脉冲开始输出；经过激光及光路导引系统和电路系统2的光路导引系统，激光近垂直会聚在成型平台32上；控制系统控制激光按照当前层的截面图在粉层上扫描；设定好合适的激光功率、扫描密度、激光移动速度、扫描方式等，即可直接使粉材（即粉末材料）熔融，并与下面已成型的部分粘接。激光扫过去后，材料迅速冷却固化，成型部分还受到周围粉材的支撑，所以变得非常牢固。

c、当一层截面烧结完后，竖直驱动装置5控制成型平台32精确地再下降一层的厚度，粉兜33移动，重新铺粉，重新烧结,直至设备自动完成整个三维模型的叠层打印。

d、利用后控制面板64把成型平台32复位（即上升为初始位置），扫去成型平台32周围的粉材（例如回收再利用），小心取下三维实体，用压缩空气除去残留粉材，用磨盘和砂纸加工表面，则一个三维模型即告完成；还可根据需要还进一步磨光上漆等。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims

1.粉末材料选择性激光烧结成型设备的机械结构，其特征在于：包括刚性支撑架、设于该刚性支撑架上部的激光及光路导引系统和电路系统、设于该激光及光路导引系统和电路系统下方的激光烧结成型区、设于该激光烧结成型区下方的粉箱和竖直驱动装置和外壳；所述刚性支撑架全部由空心不锈钢方管焊接而成的。

2.如权利要求1所述的机械结构，其特征在于：所述激光烧结成型区包括开放式的成型工作区、设于该成型工作区内的成型平台、设于该成型工作区内的粉兜和与该粉兜连接的水平驱动装置；所述激光及光路导引系统和电路系统把激光束聚集于成型平台；水平驱动装置驱动粉兜扫过成型平台上方铺粉；竖直驱动装置和成型平台的底部连接，驱动成型平台沿着竖直方向移动。

3.如权利要求2所述的机械结构，其特征在于：所述刚性支撑架上部放置了激光发生装置及光路导引系统、电气及控制电路。

4.如权利要求2所述的机械结构，其特征在于：所述设备外壳正面留有观察窗，通过该观察窗可以直接观看到成型的过程。

5.如权利要求2所述的机械结构，其特征在于：所述设备外壳背面设有用于手动控制所述粉兜和成型平台位置的后控制面板。

6.如权利要求2所述的机械结构，其特征在于：所述激光烧结成型区还包括用于吸取所述成型工作区内粉尘的吸烟机。

7.如权利要求1所述的机械结构，其特征在于：还包括带有显示屏的控制计算机、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要带控制设备的电气开关，其和所述激光及光路导引系统和电路系统位于刚性支撑架上部；计算机位于刚性支撑架的右中部；所述成型工作区位于刚性支撑架中部；竖直驱动装置位于刚性支撑架的下部；吸烟机位于刚性支撑架的右下部。

8.如权利要求7所述的机械结构，其特征在于：包括通用串行总线USB设备接入口、键盘和用于承托键盘的旋转支架；旋转支架和所述刚性支撑架活动轴连接，平时收起旋转支架，从而将键盘藏在刚性支撑架内部，使用时旋转支架旋转90°从而将键盘露出。

9.如权利要求6所述的机械结构，其特征在于：所述刚性支撑架的背面还设有后门。

10.如权利要求1所述的机械结构，其特征在于：所述刚性支撑架的底部设有脚轮和用于定位的支撑脚。