一種具有高表面精度的三維列印的製造方法
2023-05-05 06:03:41 1
一種具有高表面精度的三維列印的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有高表面精度的三維印表機，包括粉床、鋪粉輥、升降工作缸、雷射器、光路聚焦器、掃描振鏡、磨頭、磨頭主軸、多軸聯動系統、以及粉末材料，粉床與三維印表機的機身連接，升降工作缸設置於粉床的下部，且其下端面與粉床的上表面平齊，升降工作缸內裝有粉末材料和成型製件，鋪粉輥設置於粉床的上端面，並在粉床的左右來回滾動，用於輸送粉末材料到粉床中，並將粉床中的粉末材料鋪平，雷射器固定在三維印表機的機身上，光路聚焦器固定在三維印表機的機身上，設置於掃描振鏡和雷射器之間，用於聚焦雷射器的光斑，掃描振鏡固定在三維印表機的機身上。本實用新型能解決現有三維印表機中存在的製件表面粗糙、尺寸精度差的問題。
【專利說明】一種具有高表面精度的三維印表機
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於金屬零件直接製造【技術領域】，更具體地，涉及一種具有高表面精度的三維印表機。
【背景技術】
[0002]我國三維列印技術,過去稱為快速成型技術(Rapid Prototype,簡稱RP)的研究始於1991年。近幾年來，我國三維印表機製造技術飛速發展，已研製出與國外SLA、L0M、SLS、SLM、FDM等工藝方法相似的設備，並逐步實現了商品化，其性能達到了國際水平。我國三維印表機主要應用於產品設計、快速模具製造、鑄造、醫學等領域。在產品設計領域，三維印表機使CAD產生的概念模型實物化；利用三維印表機製造的實物模型做設計評價，可以將產品的設計缺陷消滅在設計階段，最終提高產品的整體設計質量；此外，還可以利用三維列印模型做性能和功能測試，如機構運動分析、流動分析、應力分析、流體和空氣動力學分析等。三維印表機在快速模具製造領域的應用，可以分為直接和間接兩大類:可以直接製造模具的快速成型工藝主要有SLS、L0M、FDM、SLM等；間接製造模具的方法主要是用快速成型模型作為母模，翻制快速經濟模具，如矽橡膠模具、聚氨酯模具、金屬噴塗模具、環氧樹脂模具等。在鑄造領域，三維印表機的應用主要包括直接澆注鑄件、用原型翻制母模後再澆注鑄件、選用適當的樹脂製造原型等等。在醫學領域，三維印表機設計製造具有相當準確度和適配度的可植入的假體，能夠提高美觀度、縮短手術時間、減少術後併發症等。
[0003]現有的金屬直接成形三維印表機是以各種純金屬或合金粉末材料作為加工原料，採用中小功率雷射器快速、完全熔化待成形區域金屬粉末後，結合快速冷卻凝固技術，可以獲得非平衡態過飽和固溶體及均勻細小的金相組織，其成型零件緻密度近乎100%，機械性能與鍛造零件相當。該裝置主要由雷射器、機械傳動裝置、電氣控制裝置和計算機控制系統四大部分組成。雷射器為設備的能量源，機械結構形成設備的物理架構，電氣系統主司各執行部件，計算機完成數據傳輸與處理、加工控制和人機互動等。這四大部分形成一個功能完備的數控系統。
[0004]但是，目前三維印表機仍然存在著一些問題:三維印表機雖然可以加工幾乎任意複雜的三維製件，但由於金屬粉末在雷射熔化過程固有的「球化效應」，而且由於層層疊加會產生「臺階效應」，所以三維印表機列印出來的三維製件存在表面粗糙和尺寸精度差的缺陷。
實用新型內容
[0005]針對現有技術的缺陷，本實用新型的目的在於提供一種具有高表面精度的三維印表機，旨在解決現有三維印表機中存在的三維製件表面粗糙、尺寸精度差的技術問題。
[0006]為實現上述目的，本實用新型提供了一種具有高表面精度的三維印表機，包括粉床、鋪粉棍、升降工作缸、雷射器、光路聚焦器、掃描振鏡、磨頭、磨頭主軸、多軸聯動系統、以及粉末材料，粉床與三維印表機的機身連接，升降工作缸設置於粉床的下部，且其下端面與粉床的上表面平齊，升降工作缸內裝有粉末材料和成型製件，鋪粉輥設置於粉床的上端面，並在粉床的左右來回滾動，雷射器固定在三維印表機的機身上，光路聚焦器固定在三維印表機的機身上，設置於掃描振鏡和雷射器之間，掃描振鏡固定在三維印表機的機身上，磨頭安裝在磨頭主軸的頂端，磨頭主軸與多軸聯動系統連接，多軸聯動系統固定在三維印表機的機身上。
[0007]優選地，粉末材料是由金屬材料製成，並且是加工成型製件的原材料。
[0008]優選地，雷射器4是功率為200W?1000W光纖雷射器。
[0009]優選地，光斑直徑為100微米至500微米。
[0010]優選地，磨頭主軸使用轉速為20000rpm的機械主軸。
[0011]通過本實用新型所構思的以上技術方案，與現有技術相比，本實用新型具有以下的有益效果:
[0012]1、由於在三維印表機中增加了機械研磨裝置，在堆疊成型過程中對製件進行逐層高速研磨，因此得到的三維製件表面精細，粗糙度低。
[0013]2、由於研磨採用了多軸聯動系統，可以進行製件表面全方位研磨，並且在研磨時磨頭進給量小，因此得到的三維製件尺寸精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型具有聞表面精度的二維印表機的不意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0016]如圖1所示，本實用新型具有高表面精度的三維印表機包括粉床1、鋪粉輥2、升降工作缸3、雷射器4、光路聚焦器5、掃描振鏡6、磨頭7、磨頭主軸8、多軸聯動系統9、以及粉末材料10。
[0017]粉床I與三維印表機的機身連接。
[0018]升降工作缸3設置於粉床I的下部，且其下端面與粉床I的上表面平齊，升降工作缸3內裝有粉末材料10和成型製件11，並可升降。
[0019]粉末材料10是由金屬材料製成，並且是加工成型製件11的原材料。
[0020]鋪粉輥2設置於粉床I的上端面，並在粉床I的左右來回滾動，用於輸送粉末材料10到粉床I中，並將粉床I中的粉末材料10鋪平。
[0021]雷射器4固定在三維印表機的機身上，並能在通電後發射出高能雷射束。在本實施方式中，雷射器4是功率為200W?1000W光纖雷射器。
[0022]光路聚焦器5固定在三維印表機的機身上,設置於掃描振鏡6和雷射器4之間，並將雷射器4的光斑聚焦到指定大小(光斑直徑通常為100微米至500微米)，使光斑能量密度達到能夠熔化粉末材料10的要求。
[0023]掃描振鏡6固定在三維印表機的機身上,並可改變雷射器4的雷射束在粉床I上聚焦的位置。[0024]磨頭7安裝在磨頭主軸8的頂端，磨頭主軸8與多軸聯動系統9連接，並可隨多軸聯動系統在6個自由度內運動，以驅動磨頭7旋轉，進而對成型製件11進行研磨。在本實施方式中，磨頭主軸8使用轉速為20000rpm的機械主軸。
[0025]多軸聯動系統9固定在三維印表機的機身上，並驅動磨頭7運動。多軸聯動系統9在雷射器4工作時，將磨頭7和磨頭主軸8移動到粉床I的邊緣，並保持靜止狀態；在雷射器4停止工作後，多軸聯動系統9將磨頭I和磨頭主軸8移動到成型製件11的上方開始研磨工作，不會對雷射束的作用產生幹涉。在本實施方式中，多軸聯動系統具有3至6軸。
[0026]以下描述本實用新型的工作原理:
[0027]首先，雷射器4在通電後發射出高能雷射束，光路聚焦器5將雷射器4的光斑聚焦到指定大小，掃描振鏡6控制經過光路聚焦器5聚焦後的雷射器光束照射在粉床I上待成型區域的粉末材料10上，從而金屬粉末10快速熔化並凝固在一起，在照射完一層粉末材料10後，位於雷射器4和粉床I中間的磨頭7運動到成型製件11的上方指定位置，開始對成型製件11輪廓進行高速研磨，研磨結束後，磨頭7自動退回到初始位置，其後，升降工作缸3下降一定距離，鋪粉輥2在已成型的粉末材料層之上鋪展一定層厚(具體為50微米至200微米)的粉末材料10，然後，重複上述照射和研磨過程，直至所有三維CAD模型的切片層全部掃描和研磨完畢為止，最後製件列印完畢。
[0028]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有高表面精度的三維印表機，包括粉床、鋪粉輥、升降工作缸、雷射器、光路聚焦器、掃描振鏡、磨頭、磨頭主軸、多軸聯動系統、以及粉末材料，其特徵在於， 粉床與三維印表機的機身連接； 升降工作缸設置於粉床的下部，且其下端面與粉床的上表面平齊； 升降工作缸內裝有粉末材料和成型製件； 鋪粉輥設置於粉床的上端面，並在粉床的左右來回滾動； 雷射器固定在三維印表機的機身上； 光路聚焦器固定在三維印表機的機身上，設置於掃描振鏡和雷射器之間； 掃描振鏡固定在三維印表機的機身上； 磨頭安裝在磨頭主軸的頂端，磨頭主軸與多軸聯動系統連接； 多軸聯動系統固定在三維印表機的機身上。
2.根據權利要求1所述的三維印表機，其特徵在於，粉末材料是由金屬材料製成，並且是加工成型製件的原材料。
3.根據權利要求1所述的三維印表機，其特徵在於，雷射器是功率為200W?IOOOW光纖雷射器。
4.根據權利要求1所述的三維印表機，其特徵在於，光斑直徑為100微米至500微米。
5.根據權利要求1所述的三維印表機，其特徵在於，磨頭主軸使用轉速為20000rpm的機械主軸。
【文檔編號】B22F3/105GK203470904SQ201320546496
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】史玉升, 張李超, 賈和平, 夏偉 申請人:華中科技大學, 江蘇九鈺機械有限公司