專利名稱：雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種利用激光進行選擇性燒結固體粉末的快速原型制造裝置。
選擇性激光燒結(SLS-Selective Laser Sintering)設備的工作原理是根據CAD模型切片分層所獲得的數據，采用激光有選擇地分層燒結固體粉末(如砂、塑料、蠟、陶瓷、金屬等)，使燒結成型的固化層逐漸增長，從而生成所需形狀的零件。現有技術的選擇性激光燒結設備中，通常采用動態聚焦鏡(或Fθ鏡)及振鏡外光路系統，通過擺動X、Y方向折射鏡來達到對整個加工平面范圍的制件進行掃描和燒結。由于折射鏡的位置固定不變，所以折射鏡在擺動掃描燒結過程中，激光的焦距總在變化，從而導致激光光斑直徑、激光功率密度也發生變化，加工范圍越大，對制件的燒結質量和燒結精度影響也越大。此外，這種現有技術的選擇性激光燒結設備的造價高，制造難度較大。
本實用新型涉及了一種聚焦鏡與加工平面之間的高度不變，激光聚焦后的焦距、光斑直徑、激光功率密度均恒定，可提高制件精度、降低成本的選擇性激光燒結設備。
本實用新型通過以下技術措施實現其功能。它由機身、工作平臺、鋪粉機構、送料機構、制件存放機構、X和Y軸聯動系統、激光器、外光路系統和計算機控制系統組成。機身2上設置有工作平臺1，設置在工作平臺1上的X軸傳動機構12、Y軸傳動機構14可采用滾珠絲杠傳動(或同步皮帶傳動)實現雙軸聯動，控制安置在Y軸傳動機構14上的聚焦鏡13實現任意曲線運動，激光光束由計算機控制通過外光路折射鏡傳送到聚焦鏡13后，在工作平臺1上聚焦即可實現掃描燒結。
送料輥10設置在工作平臺1上，與同步帶15相結合，并由普通調速電機16和同步帶15傳動使其在工作平臺1上滾動實現鋪粉。送料機構和制件存放機構構成了雙缸Z軸傳動系統，它們結構一致，均由活塞3、3’、工作缸4或料缸11、導柱5、導套6、步進電機7、同步皮帶8、絲杠副9所組成。工作缸4和料缸11口設置于工作平臺1表面，在工作缸4和料缸11中均有活塞3、3’，活塞3、3’與絲桿副9相結合，導柱5經過導套6與活塞3、3’相結合，絲桿副9由步進電機7通過同步皮帶8傳動。
本實用新型所說的雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置工作過程如下如每層燒結的粉末厚度為ΔH2，則首先調整工作缸4中活塞3的上表面低于工作平臺1上表面ΔH2，料缸11內的粉末高于工作平臺1上表面ΔH1(一般ΔH1≥ΔH2)，然后，驅動送料輥10將粉末從料缸11推趕到工作缸4內，完成第一層鋪粉動作后回到起始位置等待，根據CAD模型切片分層所獲得的數據，計算機控制雙軸聯動，有選擇型地進行激光掃描燒結固體粉末后，料缸11內的活塞3’上升ΔH1，工作缸4內活塞3下降ΔH2，如此完成一次分層鋪粉燒結工作循環，不斷地重復鋪粉燒結即可生長出所需形狀的零件。
本實用新型所說的雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置具有以下優點(1)由于聚焦鏡與加工平面之間的高度不變，激光聚焦后的焦距、光斑直徑、激光功率密度均恒定，有利于提高制件精度。
(2)加工范圍大。對于采用Fθ鏡聚焦折射系統，要增大加工范圍就必須增大Fθ鏡的尺寸，這將大大提高Fθ鏡的造價和制造難度；而動態聚焦折射系統的光斑直徑也會因加工范圍大而改變，影響加工精度。本雙軸聯動激光掃描燒結裝置只要增大XY軸的行程就很容易增大加工范圍，并且不會降低制造精度。
(3)制造成本低。本系統采用伺服電機、滾珠絲杠傳動結構實現雙軸聯動，其造價僅為動態聚焦折射系統的十分之一，比Fθ鏡聚焦折射系統也便宜許多。
(4)雙缸Z軸傳動系統的料缸和工作缸均可為鋁板折彎鉚接方缸結構，重量輕、加工范圍大、制造容易；活塞上下運動采用步進電機、同步帶輪減速、雙滾珠絲杠驅動結構，具有受力均勻、運動平穩、扭矩大、電機功率小等特點；導向采用導柱導套結構，導柱表面鍍鉻，導套采用含油自潤滑軸承，工作可靠、導向精度高、磨損小。
附
圖1雙缸Z軸傳動系統裝置結構原理圖附圖2XY雙軸聯動聚焦驅動裝置結構原理圖以下結合實施例對本實用新型所說的雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置作進一步的說明。
該設備由機身、工作平臺、送料機構、制件存放機構、激光燒結機構和計算機控制裝置組成。在機身2的工作平臺1上設置有X軸與Y軸方向運動的雙聯動的聚焦鏡13驅動裝置，所說的雙聯動聚焦鏡13驅動裝置可用滾珠絲桿傳動機構實現，也可以用皮帶傳動機構實現，其驅動動力可以采用伺服電機，伺服電機安置在滾珠絲桿的端部；激光燒結機構中的聚焦鏡12安置在Y軸傳動機構14上。由計算機控制和發出的激光燒結信號通過外光路折射鏡送至聚焦鏡13，在工作平臺1上聚焦。
在工作平臺2上設置有送料輥7，在工作平臺2下設置有雙缸Z軸傳動系統構成的送料機構和制件存放機構，所說的送料機構和制件存放機構的結構形式相似，由工作缸11、料缸4、活塞3、導桿5、導套6、絲桿副9和動力驅動機構所組成，導桿5與絲桿副9安置在活塞3的底部，并經過缸底的導套6和絲桿孔。
權利要求1.一種雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置，由機身、工作平臺、鋪粉機構、送料機構、制件存放機構、激光器、外光路系統和計算機控制系統組成，其特征在于，在工作平臺(1)上設置有實現雙軸聯動的X軸傳動機構(12)和Y軸傳動機構(14)，聚焦鏡(13)安置在Y軸傳動機構(14)上；由調速電機(16)和同步帶(15)傳動的送料輥(10)設置在工作平臺(1)上，并與同步帶(15)相結合；由送料機構和制件存放機構構成了雙缸Z軸傳動系統，由活塞(3)、(3’)、工作缸(4)、料缸(11)、導柱(5)、導套(6)、絲杠副(9)和動力驅動機構所組成，在工作缸(4)和料缸(11)中設置有活塞(3)、(3’)，活塞(3)、(3’)與絲桿副(9)相結合，導柱(5)經過導套(6)與活塞(3)、(3’)相結合，絲桿副(9)與由步進電機(7)傳動的同步皮帶(8)相結合。
2.按照權利要求1所說的激光燒結裝置，其特征在于，所說的X軸傳動機構(12)和Y軸傳動機構(14)采用滾珠絲杠傳動。
3.按照權利要求1所說的激光燒結裝置，其特征在于，所說的X軸傳動機構(12)和Y軸傳動機構(14)采用同步皮帶傳動。
專利摘要一種利用激光進行選擇性燒結固體粉末的雙軸聯動掃描式選擇性激光燒結裝置。由工作平臺、鋪粉機構、XY軸聯動系統、雙缸Z軸傳動系統、控制系統等組成。工作平臺上設有實現雙軸聯動的XY軸傳動機構,聚焦鏡安置在Y軸傳動機構上實現任意曲線運動,送料輥設在工作平臺上;Z軸傳動系統由活塞、工作缸、料缸、導柱、導套、絲杠副等組成。本裝置具有激光聚焦的焦距、光斑、激光功率密度恒定,可提高制件精度;加工范圍大,制造成本低等優點。
文檔編號B22F3/105GK2372077SQ9923763
公開日2000年4月5日 申請日期1999年5月5日 優先權日1999年5月5日
發明者王從軍, 黃樹槐, 肖躍加, 韓明, 李季, 陳茂權, 陳緒兵, 楊榮柏 申請人:華中理工大學