一種光引發快速增材制造設備及方法技術

本發明專利技術公開了一種光引發快速增材制造設備及方法，設備包括粉床系統、引發光投影系統和熱輻射照射系統；粉床系統包括粉末成型腔，粉末成型腔的上端呈開口設置，粉末成型腔內設有粉末成型平臺，粉末成型平臺的下端設有粉床升降子系統；引發光投影系統包括設于粉末成型平臺上面的引發光投影裝置和與引發光投影裝置相連的計算機系統；熱輻射照射系統包括設于粉末成型平臺上面的熱輻射源。本發明專利技術基于引發光改變成型粉末中光致變色材料的光譜吸收特性從而改變成型粉末的成型部分對熱輻射源吸收率，使成型部分的溫度因為吸收熱輻射源而升高達到燒結，這樣的燒結方式因為是成片進行，燒結速度更快，也就提高了增材制造的速度。

【技術實現步驟摘要】
一種光引發快速增材制造設備及方法
本專利技術涉及3D打印
，具體來說，涉及一種光引發快速增材制造設備及方法。
技術介紹
增材制造技術，又叫做快速成型或者3D打印，經過幾十年的發展，已經逐漸從制造展示件向功能件過渡，特別是用于小批量定制型的工業生產，如何提高增材制造的成型速度一直是工業和學術界探討的熱門課題。美國專利US5121329公開了一種裝有可移動的噴頭的3D打印設備，該噴頭將高分子材料熔化從頭部擠出細絲，并沿著“X”、“Y”和“Z”軸以預定圖案運動，將擠出的熔化塑料細絲堆積到基底構件上來產生三維物體。該裝置特點是結構簡單，成本低，不過由于用單根細絲構造三維物體，它的成型速度較慢。美國專利US5204055公開了一種制造部件的方法，通過在成型平臺上方鋪設成型粉末，然后將粘合劑材料沉積到粉末材料層的選定區域，使所要成型的粉末粘合固化，并且逐層重復該過程直到完成三維物體的整個成型過程。這種方法提高了成型速度，但是將粘合劑材料沉積到粉末材料層的過程通常采用噴墨打印的方式，每一層還是需要噴墨打印頭多遍掃描完成，而且經該成型粉末加粘合劑方法制備的成型件呈多孔結構，強度較低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種光引發快速增材制造設備及方法，以克服目前技術中存在的上述問題。為實現上述專利技術目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種光引發快速增材制造設備，包括粉床系統、引發光投影系統和熱輻射照射系統；所述粉床系統包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈開口設置，所述粉末成型腔內設有粉末成型平臺，所述粉末成型平臺的下端設有粉床升降子系統；所述引發光投影系統包括設于粉末成型平臺上面的引發光投影裝置和與所述引發光投影裝置相連的計算機系統；所述熱輻射照射系統包括設于粉末成型平臺上面的熱輻射源。進一步的，所述粉床系統還包括粉末儲藏室，所述粉末儲藏室的上端也呈開口設置，所述粉末儲藏室內設有粉末推送裝置，所述粉末儲藏室的上端開口處設有粉末鋪設裝置，所述粉末儲藏室的上端開口與所述粉末成型腔的上端開口位于同一平面，且通過一位于所述同一平面內的過渡板相連。進一步的，所述粉床系統還包括粉末預熱裝置。進一步的，所述引發光投影裝置的引發光為紫外線，所述熱輻射源為紅外線發射裝置。一種增材制造的方法，包括以下步驟：1)鋪設一層含有光致變色材料的原始成型粉末，作為初始工作層；2)利用引發光按照該層成型形狀照射所述初始工作層，所述初始工作層被引發光照射部分的原始成型粉末對熱輻射的吸收率發生了改變；3)利用熱輻射光照射所述初始工作層，所述初始工作層被引發光照射部分的原始成型粉末的溫度升高發生燒結，形成所述初始工作層的成型部分；4)在當前工作層的上方鋪設另一層含有光致變色材料的原始成型粉末，作為新的工作層；5)利用引發光按照該層成型形狀照射所述新的工作層，所述新的工作層被引發光照射部分的原始成型粉末對熱輻射的吸收率發生了改變；6)利用熱輻射光照射所述新的工作層，所述新的工作層被引發光照射部分的原始成型粉末的溫度升高發生燒結，形成所述新的工作層的成型部分，并且使所述新的工作層的成型部分與前一工作層的成型部分發生燒結；7)重復步驟4)至步驟6)直至完成整個成型過程。進一步的，所述引發光為紫外線。進一步的，所述熱輻射光為紅外線。進一步的，步驟1)之前對所述原始成型粉末進行預熱。進一步的，實時監測所述初始工作層和新的工作層各部分的溫度，當所述初始工作層或新的工作層上出現溫度超過設定的溫度范圍的部位時，調整引發光在所述初始工作層或新的工作層上投影強度的分布。本專利技術所述光致變色材料是指在一定的波長和強度的引發光照射作用下分子結構會發生變化，從而導致其光譜吸收特性，進而改變其呈現的顏色的材料。通常這種光吸收頻譜變化是可逆的，而本專利技術所述光致變色材料泛指在引發光照射作用下光吸收頻譜改變的材料，特別是對熱輻射光吸收頻譜改變的材料，不要求光吸收頻譜變化可逆。本專利技術所述燒結是指原始成型粉末的溫度升高導致粉末全部或者部分熔化并結合在一起的過程。本專利技術所述的被引發光投射部分的原始成型粉末相對熱輻射的吸收率是提高的。當然，本領域技術人員也可以根據具體實際要求將被引發光投射部分的原始成型粉末設計成相對熱輻射的吸收率是降低的，于是引發光在工作層的投影形狀是成型形狀的負像。本專利技術的有益效果：本專利技術基于引發光改變原始成型粉末中光致變色材料的光譜吸收特性從而改變成型粉末的成型部分對熱輻射源吸收率，使所述成型部分的溫度因為吸收所述熱輻射源而升高達到燒結，這樣的燒結方式因為是成片進行，燒結速度更快，也就提高了增材制造的速度。附圖說明圖1是本專利技術所述的光引發快速增材制造設備的結構示意圖。圖中所示：1-機架；2-熱輻射源；3-引發光投影裝置；4-熱輻射光；5-引發光；6-原始成型粉末；7-已燒結的成型實體；8-粉末鋪設裝置；9-粉末儲藏腔；10-粉末推送裝置；11-粉末成型腔；12-粉末成型平臺，13-過渡板；14-粉床升降子系統。具體實施方式下面結合本專利技術的附圖，對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述。如圖1所示，本專利技術所述一種光引發快速增材制造設備，包括機架1和設于機架1上的粉床系統、引發光投影系統和熱輻射照射系統；所述粉床系統包括粉末成型腔11，所述粉末成型腔11的上端呈開口設置，所述粉末成型腔11內設有粉末成型平臺12，所述粉末成型平臺12的下端設有粉床升降子系統14，置于所述粉末成型腔11和所述粉末成型平臺12之間的原始成型粉末6構成粉床，所述粉床的上表面又稱作工作層；所述引發光投影系統包括設于粉末成型平臺12上面的引發光投影裝置3和與所述引發光投影裝置3相連的計算機系統(圖中未示)，所述計算機系統用于控制引發光投影裝置3在工作層上投影出成型形狀的引發光5；所述熱輻射照射系統包括設于粉末成型平臺12上面的熱輻射源2。所述粉床系統還包括粉末儲藏室9，所述粉末儲藏室9的上端也呈開口設置，所述粉末儲藏室9內設有沿縱向運動粉末推送裝置10，所述粉末儲藏室9的上端開口處設有粉末鋪設裝置8，所述粉末儲藏室9的上端開口與所述粉末成型腔11的上端開口位于同一水平面，且通過一位于所述同一水平面內的過渡板13相連。在本實施例中，所述粉床系統還包括粉末預熱裝置，用于將原始成型粉末6預熱到燒結溫度以下，減小原始成型粉末初始溫度到燒結溫度之間的差，從而減小燒結升溫所需要的時間或者減小對燒結熱輻射源功率的要求以節省能源和降低成本。在本專利技術中，原始成型粉末6是指含有光致變材料的成型粉末。在本實施例中，所述引發光投影裝置3的引發光為紫外線。另外，引發光還可以通過光學掃描或者機械掃描的方式投影到所述成型層。在本實施例中，所述熱輻射源2為紅外線發射裝置。增材制造過程通常會預先將成型三維形狀進行切片，形成一系列的二維形狀，也就是對應每個工作層的成型形狀。具體切片的原理和方法為增材制造領域的公知，在此不做重復。本專利技術還公開了一種增材制造的方法，包括以下步驟：1)粉末推送裝置10將粉末儲藏室9內的原始成型粉末6推出粉末儲藏室9的上端開口；2)位于粉末儲藏室9的上端開口處的原始成型粉末6在粉末推送裝置10的作用下被推送至粉末成型腔11，并在粉末成型平臺12上鋪設形成初始工作層；3)引發光投影裝置3將引發光按照該層成型形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光引發快速增材制造設備，其特征在于，包括粉床系統、引發光投影系統和熱輻射照射系統；所述粉床系統包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈開口設置，所述粉末成型腔內設有粉末成型平臺，所述粉末成型平臺的下端設有粉床升降子系統；所述引發光投影系統包括設于粉末成型平臺上面的引發光投影裝置和與所述引發光投影裝置相連的計算機系統；所述熱輻射照射系統包括設于粉末成型平臺上面的熱輻射源。

【技術特征摘要】
1.一種光引發快速增材制造設備，其特征在于，包括粉床系統、引發光投影系統和熱輻射照射系統；所述粉床系統包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈開口設置，所述粉末成型腔內設有粉末成型平臺，所述粉末成型平臺的下端設有粉床升降子系統；所述引發光投影系統包括設于粉末成型平臺上面的引發光投影裝置和與所述引發光投影裝置相連的計算機系統；所述熱輻射照射系統包括設于粉末成型平臺上面的熱輻射源。2.根據權利要求1所述的光引發快速增材制造設備，其特征在于，所述粉床系統還包括粉末儲藏室，所述粉末儲藏室的上端也呈開口設置，所述粉末儲藏室內設有粉末推送裝置，所述粉末儲藏室的上端開口處設有粉末鋪設裝置，所述粉末儲藏室的上端開口與所述粉末成型腔的上端開口位于同一平面，且通過一位于所述同一平面內的過渡板相連。3.根據權利要求2所述的光引發快速增材制造設備，其特征在于，所述粉床系統還包括粉末預熱裝置。4.根據權利要求1所述的光引發快速增材制造設備，其特征在于，所述引發光投影裝置的引發光為紫外線，所述熱輻射源為紅外線發射裝置。5.一種增材制造的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)鋪設一層含有光致變色材料的原始成型粉末，作為初始工作層；2)利用引發光照射所述初始工作層，所述初始工作層被引發光照射部分的原始成型粉末對熱輻射的吸收率發生了改變；3)利用熱輻射光照...

【專利技術屬性】
技術研發人員：耿得力，
申請(專利權)人：廈門達天電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：福建,35