CN206335852U - 一种光引发快速增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光引发快速增材制造设备，包括粉床系统、引发光投影系统和热辐射照射系统；粉床系统包括粉末成型腔，粉末成型腔的上端呈开口设置，粉末成型腔内设有粉末成型平台，粉末成型平台的下端设有粉床升降子系统；引发光投影系统包括设于粉末成型平台上面的引发光投影装置和与引发光投影装置相连的计算机系统；热辐射照射系统包括设于粉末成型平台上面的热辐射源。本实用新型基于引发光改变成型粉末中光致变色材料的光谱吸收特性从而改变成型粉末的成型部分对热辐射源吸收率，使成型部分的温度因为吸收热辐射源而升高达到烧结，这样的烧结方式因为是成片进行，烧结速度更快，也就提高了增材制造的速度。

Description

一种光引发快速增材制造设备

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种光引发快速增材制造设备。

背景技术

增材制造技术，又叫做快速成型或者3D打印，经过几十年的发展，已经逐渐从制造展示件向功能件过渡，特别是用于小批量定制型的工业生产，如何提高增材制造的成型速度一直是工业和学术界探讨的热门课题。

美国专利US5121329公开了一种装有可移动的喷头的3D打印设备，该喷头将高分子材料熔化从头部挤出细丝，并沿着“X”、“Y”和“Z”轴以预定图案运动，将挤出的熔化塑料细丝堆积到基底构件上来产生三维物体。该装置特点是结构简单，成本低，不过由于用单根细丝构造三维物体，它的成型速度较慢。

美国专利US5204055公开了一种制造部件的方法，通过在成型平台上方铺设成型粉末，然后将粘合剂材料沉积到粉末材料层的选定区域，使所要成型的粉末粘合固化，并且逐层重复该过程直到完成三维物体的整个成型过程。这种方法提高了成型速度，但是将粘合剂材料沉积到粉末材料层的过程通常采用喷墨打印的方式，每一层还是需要喷墨打印头多遍扫描完成，而且经该成型粉末加粘合剂方法制备的成型件呈多孔结构，强度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种光引发快速增材制造设备，以克服目前技术中存在的上述问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种光引发快速增材制造设备，包括粉床系统、引发光投影系统和热辐射照射系统；

所述粉床系统包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈开口设置，所述粉末成型腔内设有粉末成型平台，所述粉末成型平台的下端设有粉床升降子系统；

所述引发光投影系统包括设于粉末成型平台上面的引发光投影装置和与所述引发光投影装置相连的计算机系统；

所述热辐射照射系统包括设于粉末成型平台上面的热辐射源。

进一步的，所述粉床系统还包括粉末储藏室，所述粉末储藏室的上端也呈开口设置，所述粉末储藏室内设有粉末推送装置，所述粉末储藏室的上端开口处设有粉末铺设装置，所述粉末储藏室的上端开口与所述粉末成型腔的上端开口位于同一平面，且通过一位于所述同一平面内的过渡板相连。

进一步的，所述粉床系统还包括粉末预热装置。

进一步的，所述引发光投影装置的引发光为紫外线。

进一步的，所述热辐射源为红外线发射装置。

本实用新型的有益效果：本实用新型基于引发光改变成型粉末中光致变色材料的光谱吸收特性从而改变原始成型粉末的成型部分对热辐射源吸收率，使所述成型部分的温度因为吸收所述热辐射源而升高达到烧结，这样的烧结方式因为是成片进行，烧结速度更快，也就提高了增材制造的速度。

附图说明

图1是本实用新型所述的光引发快速增材制造设备的结构示意图。

图中所示：

1-机架；2-热辐射源；3-引发光投影装置；4-热辐射光；5-引发光；6-原始成型粉末；7-已烧结的成型实体；8-粉末铺设装置；9-粉末储藏腔；10-粉末推送装置；11-粉末成型腔；12-粉末成型平台，13-过渡板；14-粉床升降子系统。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型所述一种光引发快速增材制造设备，包括机架1和设于机架1上的粉床系统、引发光投影系统和热辐射照射系统；所述粉床系统包括粉末成型腔11，所述粉末成型腔11的上端呈开口设置，所述粉末成型腔11内设有粉末成型平台12，所述粉末成型平台12的下端设有粉床升降子系统14；置于所述粉末成型腔11和所述粉末成型平台12之间的原始成型粉末6构成粉床，所述粉床的上表面又称作工作层；所述引发光投影系统包括设于粉末成型平台12上面的引发光投影装置3和与所述引发光投影装置3相连的计算机系统(图中未示)，所述计算机系统用于控制引发光投影装置3在工作层上投影出成型形状的引发光5；所述热辐射照射系统包括设于粉末成型平台12上面的热辐射源2。所述粉床系统还包括粉末储藏室9，所述粉末储藏室9的上端也呈开口设置，所述粉末储藏室9内设有沿纵向运动粉末推送装置10，所述粉末储藏室9的上端开口处设有粉末铺设装置8，所述粉末储藏室9的上端开口与所述粉末成型腔11的上端开口位于同一水平面，且通过一位于所述同一水平面内的过渡板13相连。

在本实施例中，所述粉床系统还包括粉末预热装置，用于将原始成型粉末6预热到烧结温度以下，减小成型粉末初始温度到烧结温度之间的差，从而减小烧结升温所需要的时间或者减小对烧结热辐射源功率的要求以节省能源和降低成本。在本发明中，原始成型粉末6是指含有光致变材料的成型粉末。

在本实施例中，所述引发光投影装置3的引发光为紫外线。另外，引发光还可以通过光学扫描或者机械扫描的方式投影到所述成型层。

在本实施例中，所述热辐射源2为红外线发射装置。

增材制造过程通常会预先将成型三维形状进行切片，形成一系列的二维形状，也就是对应每个工作层的成型形状。具体切片的原理和方法为增材制造领域的公知，在此不做重复。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

具体使用时，包括以下步骤：

1)粉末推送装置10将粉末储藏室9内的原始成型粉末6推出粉末储藏室9的上端开口；

2)位于粉末储藏室9的上端开口处的原始成型粉末6在粉末推送装置10的作用下被推送至粉末成型腔11，并在粉末成型平台12上铺设形成初始工作层；

3)引发光投影装置3将引发光按照该层成型形状照射所述初始工作层，所述初始工作层被引发光照射部分的原始成型粉末对热辐射的吸收率发生了改变；

4)热辐射源2的热辐射光4照射所述初始工作层，所述初始工作层被引发光照射部分的原始成型粉末的温度升高发生烧结，形成所述初始工作层的成型部分；

5)在当前工作层的上方铺设另一层含有光致变色材料的原始成型粉末，作为新的工作层；

6)引发光投影装置3将引发光按照该层成型形状照射所述新的工作层，所述新的工作层被引发光照射部分的原始成型粉末对热辐射的吸收率发生了改变；

7)热辐射源2的热辐射光照射所述新的工作层，所述新的工作层被引发光照射部分的原始成型粉末的温度升高发生烧结，形成所述新的工作层的成型部分，并且使所述新的工作层的成型部分与前一工作层的成型部分发生烧结，形成已烧结的成型实体7；

8)重复步骤5)至步骤7)直至完成整个成型过程。

在本实施例中，所述引发光为紫外线。紫外线的能量较高，容易导致光致变色材料的化学反应。同时，所述光致变色材料可以选用主要对紫外线敏感的材料，从而使含有光致变色材料的原始成型粉末对可见光不敏感，易于保存。

在上述实施例中，所述热辐射光为红外线，如陶瓷或者碳纤维红外热辐射光源，也可以选用含有可见光成分的热源，如卤素灯。

在本实施例中，进一步的，步骤1)之前对所述原始成型粉末6进行预热。

本实用新型的原理：

本实用新型所述光致变色材料是指在一定的波长和强度的引发光照射作用下分子结构会发生变化，从而导致其光谱吸收特性相应改变，进而改变其呈现的颜色的材料。通常这种光吸收频谱变化是可逆的，而本实用新型所述光致变色材料泛指在引发光照射作用下光谱吸收特性改变的材料，特别是对热辐射光吸收频谱改变的材料，不要求光谱吸收特性变化可逆。

本实用新型所述光致变色材料可以是无机光致变色材料，例如卤化银，典型的如溴化银和碘化银，当强光照射时能够分解出的银的微小晶粒，呈现暗棕色。该光致变色材料相对原始成型粉末的含量以及不同卤化银的混合比例还有银盐颗粒的大小都会影响感光的速度以及感光后成型粉末吸收热源辐射的能力。

本实用新型所述光致变色材料还可以是有机光致变色材料。例如，所述光致变色材料为螺吡喃类，在紫外光照射下，其无色螺吡喃结构中的C-O键断裂开环，分子局部发生旋转，吸收光谱相应红移。另外，有机光致变色材料还可以是但不局限于俘精酸醉类、芳基乙烯类以及偶氮苯类。

本实用新型所述烧结是指原始成型粉末的温度升高导致粉末全部或者部分熔化并结合在一起的过程。

本实用新型所述的被引发光投射部分的原始成型粉末6相对热辐射的吸收率是提高的。当然，本领域技术人员也就可以将被引发光投射部分的原始成型粉末6设计成相对热辐射的吸收率是降低的，于是引发光在工作层的投影形状是成型形状的负像。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光引发快速增材制造设备，其特征在于，包括粉床系统、引发光投影系统和热辐射照射系统；

所述粉床系统包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈开口设置，所述粉末成型腔内设有粉末成型平台，所述粉末成型平台的下端设有粉床升降子系统；

所述引发光投影系统包括设于粉末成型平台上面的引发光投影装置和与所述引发光投影装置相连的计算机系统；

所述热辐射照射系统包括设于粉末成型平台上面的热辐射源。

2.根据权利要求1所述的光引发快速增材制造设备，其特征在于，所述粉床系统还包括粉末储藏室，所述粉末储藏室的上端也呈开口设置，所述粉末储藏室内设有粉末推送装置，所述粉末储藏室的上端开口处设有粉末铺设装置，所述粉末储藏室的上端开口与所述粉末成型腔的上端开口位于同一平面，且通过一位于所述同一平面内的过渡板相连。

3.根据权利要求2所述的光引发快速增材制造设备，其特征在于，所述粉床系统还包括粉末预热装置。

4.根据权利要求1所述的光引发快速增材制造设备，其特征在于，所述引发光投影装置的引发光为紫外线。

5.根据权利要求1所述的光引发快速增材制造设备，其特征在于，所述热辐射源为红外线发射装置。