一种选区激光烧结快速成型系统技术方案

一种选区激光烧结快速成型系统，其特征是，包括光纤激光器、数字式扫描振镜、Fθ镜、铺送粉系统、成型活塞及气体保护腔；其相互连接关系为：光纤激光器与数字式扫描振镜直接连接，数字式扫描振镜的另一端固定有Fθ镜，Fθ镜的聚焦焦点在成型缸表面；成型缸的上部固定有铺送粉系统且上表面被气体保护腔包围，形成一个封闭的加工空间；成型缸内部安装有成型活塞；上述成型活塞与步进电机连接；铺送粉系统固定在直线导轨上与步进电机连接。本实用新型专利技术功能齐全，可用于金属及非金属材料的加工成型，成型制件的尺寸精度高，成型性好。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一套完整的激光快速成型系统，既适用于非金属粉末的又适用于金属粉末的激光快速成型。
技术介绍
激光快速成型技术的原理是用CAD生成的三维实体模型，通过分层软件分层、每个薄层的断面的二维数据用于驱动控制激光光束，选择性的加工液体、粉末或薄片材料，加工出要求形状的薄层，逐层积累形成实体模型。激光快速成型分为以下几类光固化成型、 分层实体制造、选择性激光烧结以及激光工程净成形技术。作为一种新型技术，它与传统的加工模式截然不同，不需要机械加工设备就可以制造形状极为复杂的工件，通过数字化的成型技术，自动、直接、快速而且精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或零件。SLM 成型件的应用范围广泛，如机械领域的微器件、模具、生物领域的生物植入零件、电子领域的散热器件、航空航天领域的超轻结构件、梯度功能复合材料零件。尽管激光快速成型技术具有成型工艺简单、制件性能优良、材料利用率高以及适用性广等优点，但对加工时的辅助设备以及运动控制精度要求相当高，而且目前国内外的激光快速成型系统都非常昂贵，严重影响了激光快速成型技术的应用与推广。
技术实现思路
对于上述快速成型方法，本技术专利适用于选区激光烧结。针对传统快速成型系统机构结构复杂，装配要求高，运动可靠性差等缺陷，本专利对整个系统进行了重新优化设计，在完整实现快速成型加工的前提下大大简化了系统的复杂性，使其结构更加合理。一种选区激光烧结快速成型系统，其特征是，包括光纤激光器、数字式扫描振镜、 Fe镜、铺送粉系统、成型活塞及气体保护腔；其相互连接关系为光纤激光器与数字式扫描振镜直接连接，数字式扫描振镜的另一端固定有F Θ镜，F0镜的聚焦焦点在成型缸表面；成型缸的上部固定有铺送粉系统且上表面被气体保护腔包围，形成一个封闭的加工空间；成型缸内部安装有成型活塞；上述成型活塞与步进电机连接；铺送粉系统固定在直线导轨上与步进电机连接。进一步，预热装置被置于成型活塞内部。进一步，其特征为铺送粉系统采用上置式粉盒铺送粉结构。进一步，其特征为气体保护腔为封闭式，底部有进气口，另一侧上部开有出气道。快速成型系统可分为两大部分聚焦加工部分与辅助铺粉部分。聚焦加工部分包括激光器、光路中的各个部件；辅助铺粉成型部分包括送粉器、铺粉器、成型缸等部分。本技术专利的聚焦加工部分采用较为通用的方案包括光纤激光器、数字式扫描振镜与 F9镜。该方案光路简单，无需进行复杂的光路调节，采用振镜扫描方式加工可实现较高的加工速度。传统辅助铺粉成型部分的典型结构由供粉缸、成型缸、铺粉机构、活塞、密封腔以及相关驱动部件组成。该种结构体积大、用粉多、结构复杂、动作繁琐。为克服上述不足，本技术设计了一套新型辅助铺粉成型系统。本系统采用单缸上粉盒半密封式结构，由铺粉盒、成型缸、活塞、丝杠、直线导轨与保护腔体等部分组成。铺粉盒两侧固定在直线导轨上，在丝杠的带动下，沿直线导轨的方向做往复直线运动；活塞底部安装有加热棒可进行加工前预热；铺粉盒与成型缸上表面被封闭在保护腔体内部，加工过程中当需要气体保护时可充入保护气体对粉末进行保护。成型加工前，首先在粉盒中装入足量的成型粉末，成型活塞上升到最顶端，保护腔体封闭后充入保护气体。加工时，成型活塞下降一定高度，铺粉盒在丝杠的带动下运动到成型缸上方完成送粉与铺平的动作；完成铺粉后在计算机的控制下，激光器出光对粉层进行选择性烧结成型。完成这一层的成型加工后，成型活塞再下降一层高度，铺粉盒进行送粉铺平动作，激光器再次进行选择性烧结，从而实现加工循环连续进行。本技术具有如下优点I.光路中只有数字式振镜与F Θ镜两个光学元件结构简单，便于光路的调节。2.采用上粉盒铺送粉结构，将传统的供粉机构与刮粉机构整合到了一起，简化了结构，节省了加工中的粉末用量，使得原本需要两个电机进行驱动的机构只要一个电机就可以完成，不再存在运动的协调问题。3.导向机构采用直线导轨导向，结构稳定，运动精度高，承载能力强。4.加热装置均布于成型活塞底部，对需要加热的粉末可进行均匀加热。附图说明图Ia是快速成型系统正视图图Ib是快速成型系统俯视图具体实施方式首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制。实施实例一如图Ia与图Ib所示，本实例装置包括以下部分激光器I、数字扫描振镜2、F Θ镜3、气体保护腔4、支架5、成型缸6、成型活塞7、丝杠一 8、步进电机一 9、直线导轨10、铺送粉装置11、丝杠二 12、步进电机二 13。其中，激光器I为50W光纤激光器，波长1064nm，光束质量因子M2 < I. I，聚焦光斑大小为50 μ m ;数字式扫描振镜2为Raylase系列SS_20D2 型号，扫描范围为120mmX 120mm，相应时间小于O. 6ms。F9镜3为070，焦距为180mm的透镜。铺送粉系统采用优化后的上粉盒送粉结构(剖面图如图2)，该结构在保证粉体顺利流动的同时，避免了多余粉末的外泄，从而达到铺粉效果好且用粉少的目的。铺粉盒使用螺距为2mm的丝杠二 12带动，铺粉速度可达到20mm/s。成型活塞7采用螺距为Imm的丝杠一 8带动，可实现50-100 μ m的精确移动。在加工过程中，模型首先通过专用软件进行分层切片，成型缸下降一个切片厚度，随后铺粉盒在丝杠的带动下进行平移铺粉动作，完成铺粉后激光器进行选区加工完成一层的成型。此过程往复执行完成模型的成型。实例实施二成型粉末采用包覆有酚醛树脂的硅砂粉末颗粒，该粉末的平均粒径为100 μ m左右。本实例安以下步骤进行在铺送粉装置11中加入足量的粉末颗粒，将其封闭在气体保护腔4内。将需要成型的三维模型输入到控制软件中进行分层切片处理，根据切片厚度计算机控制成型活塞7下降相应的高度。在此实例中由于本身粉体粒径较大，因此设定的分层厚度为O. 2mm随后计算机控制铺送粉装置11进行铺粉动作。完成上述动作后，计算机给激光器I送出信号出光并控制数字扫描振镜2按照分层轮廓进行选择性加工从而完成一层的加工成型。上述过程反复进行直至整个三维模型加工完毕，从而得到所需要的三维零件实物。权利要求1.一种选区激光烧结快速成型系统，其特征是，包括光纤激光器、数字式扫描振镜、F Θ 镜、铺送粉系统、成型活塞及气体保护腔；其相互连接关系为光纤激光器与数字式扫描振镜直接连接，数字式扫描振镜的另一端固定有F Θ镜，F0镜的聚焦焦点在成型缸表面；成型缸的上部固定有铺送粉系统且上表面被气体保护腔包围，形成一个封闭的加工空间；成型缸内部安装有成型活塞；上述成型活塞与步进电机连接；铺送粉系统固定在直线导轨上与步进电机连接。2.根据权利要求I所述的一种选区激光烧结快速成型系统，其特征为预热装置被置于成型活塞内部。3.根据权利要求I所述的一种选区激光烧结快速成型系统，其特征为铺送粉系统采用上置式粉盒铺送粉结构。4.根据权利要求I所述的一种选区激光烧结快速成型系统，其特征为气体保护腔为封闭式，底部有进气口，另一侧上部开有出气道。专利摘要一种选区激光烧结快速成型系统，其特征是，包括光纤激光器、数字式扫描振镜、Fθ镜、铺送粉系统、成型活塞及气体保护腔；其相互连接关系为光纤激光器与数字式扫描振镜直接连接，数字式扫描振镜的另一端固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继民，张强，刘富荣，牛奔，袁建文，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：