一種提高選擇性激光燒結3d打印零件強度的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種快速成型設備中的機構，尤其是涉及一種SLS選擇性激光燒結3D打印設備中的機構及方法。
【背景技術】
[0002]快速成型技術(又稱為快速原型制造技術，Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)，又被稱作3D打印。該技術根據物體的三維模型數據，通過成型設備以逐層疊加的方式制造實體，它能克服目前傳統機械加工無法實現的特殊結構障礙。可以實現任意復雜結構部件的簡單化生產。現有的3D打印技術主要分為，熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光燒結(SLS)、立體平板印刷(SLA)、數字光處理(DLP)。
[0003]對于選擇性激光燒結(SLS)，現有裝置的基本實現方式是:采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層疊加生成所需形狀的零件.其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數據處理、鋪粉、燒結以及后處理等。整個工藝裝置由粉末缸和成型缸組成，工作時粉末缸活塞(送粉活塞)上升，由鋪粉輥將粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層。計算機根據原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結固體粉末材料以形成零件的一個層面。燒結完成一層后，工作活塞下降一個層厚，鋪粉系統再次鋪上新粉。控制激光束再掃描燒結新層，如此循環往復，層層疊加，直到三維零件成型。最后，將未燒結的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。
[0004]目前，選擇性激光燒結技術的粉末材料是松散的，經過激光燒結之后表面依然是粉粒狀的，且內含有不規則的孔洞，導致成品表面粗糙，強度不足，難以滿足工業要求。所以需要一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度和表面質量的裝置。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述缺點，設計一種裝置壓緊每層粉末，消除粉末中的氣孔，使在選擇性激光燒結過程中粉末之間結合力更強，提高成型零件整體強度，使選擇性激光燒結零件的強度和表面質量滿足工業要求。
[0006]本發明的技術方案是:一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置，主要包括激光單元、鋪粉單元、壓緊單元和粉末加熱單元，激光單元主要包括0)2激光發射器和掃描振鏡；壓緊單元主要包括成型缸、成型缸活塞、粉末缸，粉末缸活塞、成型缸步進電機和粉末缸步進電機，成型缸與粉末缸并行相鄰放置；鋪粉單元主要包括鋪粉輥、光學石英玻璃板、控制石英玻璃上下移動的絲杠和壓緊步進電機，鋪粉輥放置在成型缸與粉末缸上方，鋪粉輥將鋪粉從粉末缸上方刮到成型缸上方，鋪粉輥每次在成型缸內鋪粉一個層厚，光學石英玻璃板位于成型缸活塞上方，光學石英玻璃板的截面尺寸與成型缸活塞的截面尺寸相同；粉末加熱單元主要包括電阻加熱器和熱電偶；激光單元主要包括0)2激光發射器和掃描振鏡位于光學石英玻璃板上方。
[0007]本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置，通過微型計算機對打印模型進行切片、規劃激光燒結路徑，由計算機程序控制0)2激光發射器開關和掃描振鏡的轉動，使激光光束在粉末表面按照微機規劃路徑燒結，并在本層燒結結束后關閉激光發射器，在下一層燒結開始時打開激光發射器。
[0008]本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置，在每層打印前，成型缸活塞下降一個層厚的高度，粉末缸活塞上升一個層厚的高度，鋪粉輥子從粉末缸向成型缸移動，在成型缸活塞表面均勻鋪滿一層粉末。
[0009]本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置，在成型活塞正上方平行放置一塊與成型缸活塞形狀相同的石英玻璃面板，石英玻璃面板上下移動通過壓緊步進電機與滾珠絲杠實現。在鋪粉過程結束后，玻璃面板向下移動，使粉末層形變一定量之后停止，激光開始選擇性燒結過程，由于CO2激光器發出的激光為紫外線激光，光學石英玻璃是最好的紫外線激光透光材料，所以光學石英玻璃面板不會影響激光燒結過程。燒結完成后玻璃面板向上移動一定距離，可使鋪粉輥子順利通過，進行下一次鋪粉過程。
[0010]本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置的加熱單元，包括電阻加熱器和熱電偶。電阻加熱器加熱粉末溫度至熔點之下，熱電偶保持粉末溫度恒定。
[0011]采用本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置的成形方法是:第一步，將鋪粉加入到粉末缸中，打開電阻加熱器加熱粉末材料溫度至熔點之下，依靠熱電偶保持粉末溫度恒定在設定值，成型缸活塞上移與石英玻璃面板接觸；第二步，調整成型缸活塞下降一個層厚，玻璃面板向上移動一定距離，使鋪粉輥子可以順利通過，石英玻璃面板上下移動通過壓緊步進電機與滾珠絲杠實現；第三步，粉末缸上升一個層厚的高度，鋪粉輥子從粉末缸向成型缸移動，在成型缸活塞表面均勻鋪滿一層粉末；第四步，玻璃面板向下移動，使粉末層形變一定量之后停止；第五步，CO2激光發射器開始選擇性燒結過程，0)2激光發射器發出紫外線激光束，激光束經過掃描振鏡反射透過石英玻璃面板照射在成型缸活塞上的粉末層表面掃描振鏡的轉動角度通過電腦控制，三維模型數據通過計算機切片、規劃路徑，然后通過控制掃描振鏡的轉動使激光依照計算機所規劃路徑照射在粉末表面，每層燒結結束后關閉激光發射器，在下一層燒結開始時打開激光發射器；重復上述第二步至第五步，直至最后一層鋪粉在成型缸活塞表面上鋪好，石英玻璃面板將鋪粉壓實后抬起一小段距離，再進行激光束燒結，至此成型制品制作完成。在最后一層鋪粉燒結時，由于石英玻璃面板沒有與鋪粉接觸，成型制品的最頂層表面不會由于與石英玻璃面板接觸而發生粘接。最后一層鋪粉的過程也可以重復第二步至第五步，鋪粉被燒結后石英玻璃面板壓制至成型制品表面冷卻凝固，再移開石英玻璃面板后取出成型制品。
[0012]本發明運用光學石英玻璃面板既可以透過激光又可以施加壓緊力壓緊粉末，可以避免因粉末中存在氣孔使在燒結過程后內部出現孔洞影響制品強度，并提高制品表面質量。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一種提高選擇性激光燒結3D打印零件強度的裝置的工作示意圖。
[0014]圖中:1-C02激光發射器；2_掃描振鏡；3_控制光學石英玻璃移動的壓緊