用于逐層制造三維物體的裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺、計算機系統、激光群系統、驅動系統和控制系統。本發明專利技術還公開了一種用于逐層制造三維物體的控制方法，包括：將成形平臺劃分為一個單位網格矩陣，每一網格被0～100間的自然數標識，數值為該網格處激光功率的使用率；在激光群系統從成形平臺一側以均勻速度向另一側運動過程中，任一獨立光源移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源，并根據具體標識數值進行功率匹配，遇到標識為0的網格時，關閉該光源。本發明專利技術使光源發出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源，克服了單點掃描成形效率低的問題，大大提高了零件的掃描速度和成形效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光快速成形
，涉及一種用于逐層制造三維物體的裝置，本專利技術還涉及一種用于逐層制造三維物體的控制方法，本專利技術還涉及一種用于逐層制造三維物體的掃描方法。
技術介紹
增材制造技術是基于三維CAD模型數據，通過增加材料逐層制造的方式。其是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用高能束將材料進行逐層堆積，最終疊加成型，制造出實體產品。選擇性激光熔化(selectivelasermelting，SLM)是金屬件直接成形的一種方法，是快速成形技術的最新發展。該技術基于快速成形的最基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據三維CAD模型直接成形具有特定幾何形狀的零件，成形過程中金屬粉末完全熔化，產生冶金結合。采用傳統的機加工手段無法制造出來的形狀結構復雜的金屬零件，是激光快速成形技術應用的主要方向之一。現有SLM鋪粉設備中，其光學系統主要由單一激光器、擴束鏡、掃描振鏡以及聚光鏡組成，其工作原理主要為單一激光器發射點光源激光，通過擴束鏡將光斑直徑擴大以減小激光單位面積上的功率，并通過掃描振鏡折射后再由聚光鏡將激光聚焦以提高功率后直接投射于工作平臺上對零件進行燒結。其中，掃描振鏡是一組高速旋轉的振鏡系統，它包含帶有溫度補償的精度檢流振鏡、帶溫度檢測的具有最大反射能力的振鏡。由于使用掃描振鏡組，激光能在光源及其他傳播介質中進行高速、穩定的傳播。同時，可以通過對振鏡控制來實現激光光斑在工作平臺上的移動。由于通過聚光鏡后激光為點光源，其在燒結零件時需要通過振鏡來改變激光角度，按照規劃好的燒結路徑進行逐點掃描。當單層零件燒結面積過大，或者結構復雜時，其完成單層零件燒結所需時間非常長，時間成本非常高，嚴重影響了工作效率。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于逐層制造三維物體的裝置，該裝置解決了現有SLM鋪粉設備的點光源加工時需進行逐點掃描而導致加工效率低下的問題。本專利技術的另一目的是提供利用上述裝置逐層制造三維物體的方法，能夠有效提高三維物體的掃描速度和成形效率。本專利技術所采用的技術方案是，一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺、計算機系統、激光群系統、驅動系統和控制系統。激光群系統包括多個光源，光源間按一定規則排布，經排布后的光源發出的光束在掃描方向上的投影疊加后形成一條由光斑4組成的垂直于掃描方向的連續光源；激光群系統位于成形平臺上方，激光群系統在計算機系統及控制系統的控制下，通過驅動系統整體移動。本專利技術的特點還在于，光源間的具體排布形式為：多個光源分布在與掃描方向相交的同一條直線上，相鄰光源所發出的光束之間存在角度；或者，多個光源排布成兩排，第一排相鄰光源的光斑之間具有間隙，間隙小于光源的光斑直徑，第二排光源位于第一排光源的后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源間隙處，使得多個光源的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源；或者，多個光源排布成N排，第一排相鄰光源之間具有間隙，其余N-1排光源依次排布于第一排光源后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源間隙處，使得在掃描方向上，其余N-1排光源光斑投影互相搭接并布滿第一排相鄰光源光斑間隙，使得多個光源發出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源。光源之間相互獨立且不發生相對位移。控制系統對每一個光源的開啟、閉合以及激光器功率使用率進行獨立控制。激光群系統在成形平臺上方單向運動或雙向運動。激光群系統在垂直于掃描方向上的寬度等于或小于成形平臺在該方向上的最大成形寬度。本專利技術的另一技術方案是，一種用于逐層制造三維物體的控制方法，具體包括：計算機系統將成形平臺劃分為一個由單位網格形成的矩陣，矩陣中每一網格均可被0～100之間的自然數所標識，其數值代表的意義為該網格處激光功率的使用率；在激光群系統從成形平臺一側以均勻速度向另一側運動過程中，任一獨立光源移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源，并根據具體標識數值進行功率匹配，當遇到標識為0的網格時，則關閉該光源，如此，直至整個激光群系統駛離成形平臺，完成零件單層截面的掃描成形。本專利技術的另一技術方案的特點還在于，標識方法為計算機根據零件截面形狀、零件成形位置以及用戶對零件的精度要求進行標識。本專利技術的第三個技術方案是，一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，具體包括以下步驟：步驟1、根據零件結構建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；步驟2、將步驟1中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計算機系統中，根據零件截面形狀、零件成形位置及標識規則，計算機系統對成形平臺內預先劃分的網格進行標識；步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺上移動并鋪設粉末層；步驟4、驅動系統驅動激光群系統從成形平臺一側開始進入，在激光群系統沿掃描方向運動過程中，當某一光源移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源，并根據數值進行功率匹配，進行該光源所在路徑上的零件截面的掃描成形；步驟5、隨著激光群系統在掃描方向上的持續運動，當該光源遇到標識為0的網格時，關閉該光源；步驟6、激光群系統繼續沿掃描方向運動，直至整個激光群系統駛離成形平臺，完成零件單層截面的掃描成形；步驟7、重復步驟3～6，直至完成整個三維物體的掃描成形。當激光群系統在垂直于掃描方向上的寬度小于成形設備在該方向上的最大成形寬度時，掃描成形方法為：步驟1、根據零件結構建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；步驟2、將步驟1中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計算機系統中，根據零件截面形狀、零件成形位置及標識規則，計算機系統對成形平臺內預先劃分的網格進行標識；步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺上移動并鋪設粉末層；步驟4、驅動系統驅動激光群系統從成形平臺一側開始進入，在激光群系統沿掃描方向運動過程中，當某一光源移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源，并根據數值進行功率匹配，進行該光源所在路徑上的零件截面的掃描成形；步驟5、隨著激光群系統在掃描方向上的持續運動，當該光源遇到標識為0的網格時，關閉該光源；步驟6、激光群系統繼續沿掃描方向運動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于：包括計成形平臺(5)、計算機系統、激光群系統(1)、驅動系統和控制系統；所述激光群系統(1)包括多個光源(2)，光源(2)間按一定規則排布，經排布后的光源(2)發出的光束(3)在成形平臺(5)上形成的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源；所述激光群系統(1)位于所述成形平臺(5)上方，激光群系統(1)在計算機系統及控制系統的控制下，通過驅動系統整體移動。

【技術特征摘要】
1.一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于：包括計成形
平臺(5)、計算機系統、激光群系統(1)、驅動系統和控制系統；所
述激光群系統(1)包括多個光源(2)，光源(2)間按一定規則排布，
經排布后的光源(2)發出的光束(3)在成形平臺(5)上形成的光
斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續
光源；所述激光群系統(1)位于所述成形平臺(5)上方，激光群系
統(1)在計算機系統及控制系統的控制下，通過驅動系統整體移動。
2.根據權利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其
特征在于：所述光源(2)間的排布形式為：多個光源(2)分布在與
掃描方向相交的同一條直線上，使得多個光源(2)的光斑(4)在掃
描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源。
3.根據權利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其
特征在于：所述光源(2)間的排布形式為：多個光源(2)排布成兩
排，第一排相鄰光源(2)的光斑(4)之間具有間隙，間隙小于光源
(2)的光斑(4)直徑，第二排光源(2)位于第一排光源(2)的后
方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源(2)間隙處，使
得多個光源(2)的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂
直于掃描方向的連續光源。
4.根據權利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其
特征在于：所述光源(2)間的排布形式為：多個光源(2)排布成N
排，第一排相鄰光源(2)之間具有間隙，其余N-1排光源(2)依次

\t排布于第一排光源(2)后方，且N-1排光源中任一排光源2在垂直
于掃描方向上分布于第一排相鄰光源(2)間隙處，使得在掃描方向
上，其余N-1排光源(2)光斑(4)投影互相搭接并布滿第一排相鄰
光源(2)的光斑(4)間隙，使得多個光源(2)發出的光斑(4)在
掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續光源。
5.根據權利要求1～4任一項所述的一種用于逐層制造三維物體
的裝置，其特征在于：所述光源(2)之間相互獨立且不發生相對位
移。
6.根據權利要求1～4任一項所述的一種用于逐層制造三維物體
的裝置，其特征在于：所述控制系統對每一個光源(2)的開啟、閉
合以及激光器功率使用率進行獨立控制。
7.根據權利要求1～4任一項所述的一種用于逐層制造三維物體
的裝置，其特征在于：所述激光群系統(1)在成形平臺上方單向運
動或雙向運動。
8.根據權利要求1～4任一項所述的一種用于逐層制造三維物體
的裝置，其特征在于：所述激光群系統(1)在垂直于掃描方向上的
寬度等于或小于成形平臺(5)在該方向上的最大成形寬度。
9.一種用于逐層制造三維物體的裝置的控制方法，其特征在于：
具體包括：計算機系統將成形平臺(5)劃分為一個由單位網格形成
的矩陣，所述矩陣中每一網格均可被0～100之間的自然數所標識，矩
陣中數值代表的意義為該網格處激光功率的使用率；在激光群系統
(1)從成形平臺(5)一側以均勻速度向另一側運動過程中，任一獨

\t立光源(2)移動至網格標識為非0的網格時，控制系統開啟該光源
(2)，并根據具體標識數值進行功率匹配，當遇到標識為0的網格時，
則關閉該光源(2)，如此，直至整個激光群系統(1)駛離成形平臺，
完成零件單...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊東輝，薛蕾，
申請(專利權)人：西安鉑力特激光成形技術有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61