激光3d打印系統(tǒng)及其打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特氟龍加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光3D打印系統(tǒng)及其打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有采用激光選區(qū)燒結(jié)的快速成型技術(shù)(3D打印)日漸成熟，國(guó)內(nèi)外開發(fā)出了適用于不同領(lǐng)域、具有不同功效的3D打印機(jī)。對(duì)于3D打印機(jī)制備模型來說，雖然具有傳統(tǒng)加工方式不具備的種種優(yōu)勢(shì)，如材料利用率接近100%、無成型形狀限制及設(shè)計(jì)周期短、成本低等。
[0003]目前市場(chǎng)上采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的3D打印設(shè)備及產(chǎn)品，主要加工原料為金屬粉末、ABS粉末及尼龍粉末。成型產(chǎn)品因此被限定為金屬、尼龍及ABS材料的制成品。成型材料方面的原因在一定程度上限制了 3D打印機(jī)的規(guī)?；a(chǎn)及廣泛應(yīng)用。
[0004]特氟龍系列材料作為打印耗材，特氟龍材料的化學(xué)名稱為聚四氟乙烯，被稱作“塑料王”。聚四氟乙烯產(chǎn)品具有如下優(yōu)點(diǎn):1、耐熱性:具有優(yōu)良的耐高低溫特性，在-180°c?260°C之間可長(zhǎng)期使用;2、耐腐蝕性:對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、王水和各種有機(jī)溶劑;3、耐大氣老化性:長(zhǎng)期暴露于大氣中表面及性能保持不變，有塑料中最佳的老化壽命;4、不粘性:具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)；5、絕緣性:具有很強(qiáng)的介電性能(介電強(qiáng)度為10kv/mm);6、潤(rùn)滑耐磨性:其是固體材料中摩擦系數(shù)最低的，負(fù)載滑動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)產(chǎn)生變化，但數(shù)值僅在0.04?0.1之間，正是由于其具備較強(qiáng)的潤(rùn)滑性，從而在耐磨上也表現(xiàn)的很突出；7、毒性:具有生理惰性，可作為人工血管和臟器長(zhǎng)期植入體內(nèi)。
[0005]特氟龍由于其具有上述優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于電子設(shè)備生產(chǎn)中強(qiáng)酸堿溶液的運(yùn)輸、儲(chǔ)存部件，以及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的血管、臟器輔助裝置。這些領(lǐng)域產(chǎn)品的生產(chǎn)一般存在定制化程度高，需求產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品需求量小，產(chǎn)品精度高等特點(diǎn)。
[0006]目前，特氟龍加工主要采用開模注塑、噴涂或切削方式，開?；蚯邢鞯燃庸し绞酱嬖谏a(chǎn)周期長(zhǎng)，定制化成本高，特異型結(jié)構(gòu)無法加工的缺點(diǎn)，噴涂只適用于特氟龍涂層制備，可進(jìn)行處理的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)有限。因此，將特氟龍系列材料引入3D打印加工體系，擴(kuò)大了3D打印機(jī)可打印的材料領(lǐng)域，同時(shí)也擴(kuò)大了特氟龍系列材料的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)、同時(shí)控制成型的環(huán)境及工藝、擴(kuò)展了特氟龍材料應(yīng)用領(lǐng)域的激光3D打印系統(tǒng)及其打印方法。
[0008]本發(fā)明提供一種激光3D打印系統(tǒng)，其包括:激光器、與該激光器連接的掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)、真空腔體、位于該真空腔體外的氣瓶、與該氣瓶連接并伸入該真空腔體的氣管、位于該真空腔體內(nèi)的工作腔體和輻射熱源、位于該工作腔體上的鋪粉輥，其中，所述工作腔體內(nèi)設(shè)有原料腔、成型腔、以及廢料腔。
[0009]本發(fā)明又提供一種激光3D打印方法，其包括如下步驟:
[0010]步驟SlOl:氮?dú)馔ㄟ^氣管向真空腔體通入保護(hù)氣體；[0011 ]步驟S102:加熱輻射熱源使真空腔體內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度并保持恒溫；
[0012]步驟S103:調(diào)整成型腔在工作腔體內(nèi)的高度，使其相對(duì)原料腔下降一定高度；
[0013]步驟S104:鋪粉輥推送裝載原料腔的特氟龍粉末至成型腔并將粉末壓實(shí)，剩余粉末推送至廢料腔；
[0014]步驟S105:特氟龍粉末在成型腔內(nèi)鋪展及熔化后粘附；
[0015]步驟S106:激光器I出光并經(jīng)過掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)，激光束在成型腔的工作面進(jìn)行聚焦，對(duì)特氟龍粉末加工。
[0016]本發(fā)明使用特氟龍粉末作為耗材進(jìn)行3D打印，通過采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)，同時(shí)控制成型的環(huán)境及工藝，根據(jù)特氟龍材料特性，針對(duì)其加工預(yù)熱溫度、激光能量分布、對(duì)于基板的附著力提升、已經(jīng)成型環(huán)境的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了可采用特氟龍材質(zhì)系列的快速成型加工;本發(fā)明擴(kuò)展了特氟龍材料在電子零件生產(chǎn)領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用;本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的個(gè)性化、定制化、快捷以及特殊結(jié)構(gòu)的加工，擴(kuò)展了特氟龍系列產(chǎn)品的適用領(lǐng)域，同時(shí)也提升了 3D打印設(shè)備的加工能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明激光3D打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明激光3D打印方法的流程圖。
[0019]圖號(hào)說明:
[0020]1-激光器、2-掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)、3-真空腔體、4-氣瓶、41-氣路、5-輻射熱源、6-鋪粉棍、原料腔、8-成型腔、9_廢料腔、10_電機(jī)、11-控制系統(tǒng)、111-線路。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光3D打印機(jī)系統(tǒng)的示意性，本發(fā)明采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)，激光選區(qū)燒結(jié)(Selected Laser Sintering，SLS)采用C02激光器對(duì)粉末材料(塑料粉、陶瓷與粘結(jié)劑的混合粉、金屬與粘結(jié)劑的混合粉等)進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)一層層堆積成三維實(shí)體的工藝方法。
[0022]本激光3D打印系統(tǒng)包括:激光器1、與該激光器I連接的掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)2、真空腔體3、位于該真空腔2外的氣瓶4和控制系統(tǒng)11、與該氣瓶4連接并伸入該真空腔體3的氣管41、位于該真空腔體3內(nèi)工作腔體12和輻射熱源5、鋪粉輥6、原料腔7、成型腔8、廢料腔9、多個(gè)電機(jī)10、以及與該控制系統(tǒng)11連接并伸入工作腔體12的線路111。其中，激光器I和掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)2也位于真空腔體3外；原料腔7、成型腔8、和廢料腔9并排設(shè)置在工作腔體12內(nèi)，該成型腔8位于原料腔7和廢料腔9之間；該電機(jī)10設(shè)有3個(gè)，該多個(gè)電機(jī)10分別與原料腔7、成型腔8、廢料腔9連接;鋪粉輥6位于工作腔體12上，該鋪粉輥6對(duì)位于激光燒結(jié)位置A的特氟龍粉末層層鋪粉形成3D成型。
[0023]其中，激光器I為C02激光器，其功率為100W，通過振鏡掃描對(duì)成型腔8內(nèi)的特氟龍粉末燒結(jié)，形成激光燒結(jié)位置A;氣瓶4內(nèi)裝設(shè)氮?dú)?原料腔7內(nèi)裝設(shè)特氟龍粉末。本激光燒結(jié)指定區(qū)域A內(nèi)的特氟龍粉末，通過鋪粉輥6層層鋪粉堆疊實(shí)現(xiàn)三維零件的成型，在較短時(shí)間內(nèi)制備特氟龍材質(zhì)的成型，使零件的強(qiáng)度達(dá)到注塑水平，成型尺寸精度達(dá)到機(jī)加工水平。
[0024]本激光3D打印方法，該方法至少包括步驟SlOl至步驟S106，如圖2所示，具體如下:
[0025]步驟SlOl:氮?dú)馔ㄟ^氣管41向真空腔體通入保護(hù)氣體。
[0026]具體為:氣瓶4裝入氮?dú)?，氮?dú)馔ㄟ^氣管41通入真空腔體3并形成工作環(huán)境的保護(hù)氣氛，并使真空腔體3內(nèi)達(dá)到1Pa氣壓，工作腔體12達(dá)到0.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0027]步驟S102:加熱輻射熱源5使真空腔體3內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度并保持恒溫。
[0028]具體為:加熱輻射熱源5，使真空腔體3內(nèi)的工作范圍溫度達(dá)到預(yù)熱溫度150°C，并保持恒溫。
[0029]步驟S103:調(diào)整成型腔8在工作腔體12內(nèi)的高度，使其相對(duì)原料腔7下降一定高度。
[0030]具體為:成型腔8平臺(tái)由電機(jī)10帶動(dòng)下降一個(gè)30μπι-50μπι，使該成型腔8的上端面相對(duì)原料腔7的山端面低于30um-50um，其具體高度由本成型腔8要求確定。
[0031]步驟S104:鋪粉輥6推送裝載原料腔7的特氟龍粉末至成型腔8并將粉末壓實(shí)，剩余粉末推送至廢料腔9。
[0032]具體為:鋪粉輥6推送裝載在原料腔7的特氟龍粉末，粉末顆粒直徑約3μπι，推送粉末至成型腔8并將粉末壓實(shí)，剩余粉末推送至廢料腔9。
[0033]步驟S105:特氟龍粉末在成型腔8內(nèi)鋪展及熔化后粘附，使特氟龍粉末在激光燒結(jié)位置A ο
[0034]具體為:成型腔8的底板經(jīng)過高溫氧化，噴砂處理，成型腔8的底板保持清潔并易于特氟龍粉末的鋪展及熔化后粘附。
[0035]步驟S106:激光器I出光并經(jīng)過掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)2，激光束在成型腔8的工作面進(jìn)行聚焦，對(duì)特氟龍粉末加工。
[0036]激光器I采用⑶2激光器，出光并經(jīng)過掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)2，激光束聚焦于成型腔8工作面，激光光斑直徑50μπι，最高可實(shí)現(xiàn)2500Hz的脈沖頻率，實(shí)現(xiàn)單層成型;激光束經(jīng)過光學(xué)鏡片，能量分布由高斯分布轉(zhuǎn)變?yōu)椤案呙毙汀蹦芰糠植?，?shí)現(xiàn)特氟龍粉末的均勻加工，避免出現(xiàn)氣化、孔洞及飛濺等缺陷。
[0037]步驟S107:重復(fù)步驟S104和步驟S106的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)制品的3D成型。
[0038]具體為:激光燒結(jié)指定區(qū)域A內(nèi)的特氟龍粉末，通過鋪粉輥6層層鋪粉堆疊實(shí)現(xiàn)三維零件的成型，在較短時(shí)間內(nèi)制備特氟龍材質(zhì)的成型。
[0039]整個(gè)過程由控制系統(tǒng)11實(shí)現(xiàn)加工精度及工藝的控制。
[0040]本發(fā)明使用特氟龍粉末作為耗材進(jìn)行3D打印，通過采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)，同時(shí)控制成型的環(huán)境及工藝，根據(jù)特氟龍材料特性，針對(duì)其加工預(yù)熱溫度、激光能量分布、對(duì)于基板的附著力提升、已經(jīng)成型環(huán)境的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了可采用特氟龍材質(zhì)系列的快速成型加工;本發(fā)明擴(kuò)展了特氟龍材料在電子零件生產(chǎn)領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用;本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的個(gè)性化、定制化、快捷以及特殊結(jié)構(gòu)的加工，擴(kuò)展了特氟龍系列產(chǎn)品的適用領(lǐng)域，同時(shí)也提升了 3D打印設(shè)備的加工能力。
[0041]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于，其包括:激光器、與該激光器連接的掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)、真空腔體、位于該真空腔體外的氣瓶、與該氣瓶連接并伸入該真空腔體的氣管、位于該真空腔體內(nèi)的工作腔體和輻射熱源、位于該工作腔體上的鋪粉輥，其中，所述工作腔體內(nèi)設(shè)有原料腔、成型腔、以及廢料腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于:還包括分別與原料腔、成型腔、以及廢料腔連接的電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于:還包括位于該真空腔體外的控制系統(tǒng)、以及分別與該控制系統(tǒng)和工作腔體連接的線路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述原料腔、成型腔、和廢料腔并排設(shè)置于工作腔體內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述原料腔內(nèi)裝設(shè)特氟龍粉末。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述氣瓶?jī)?nèi)裝設(shè)氮?dú)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的激光3D打印系統(tǒng)的打印方法，其特征在于，其包括如下步驟: 步驟SlOl:氮?dú)馔ㄟ^氣管向真空腔體通入保護(hù)氣體； 步驟S102:加熱輻射熱源使真空腔體內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度并保持恒溫； 步驟S103:調(diào)整成型腔在工作腔體內(nèi)的高度，使其相對(duì)原料腔下降一定高度； 步驟S104:鋪粉輥推送裝載原料腔的特氟龍粉末至成型腔并將粉末壓實(shí)，剩余粉末推送至廢料腔； 步驟S105:特氟龍粉末在成型腔內(nèi)鋪展及熔化后粘附； 步驟S106:激光器出光并經(jīng)過掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)，激光束在成型腔的工作面進(jìn)行聚焦，對(duì)特氟龍粉末加工。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光3D打印方法，其特征在于:所述步驟101，氮?dú)馔ㄈ胝婵涨惑w，使真空腔體內(nèi)達(dá)到1Pa氣壓，工作腔體達(dá)到0.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光3D打印方法，其特征在于:還包括步驟S107，步驟S107的內(nèi)容為:重復(fù)步驟S104和步驟S106的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)制品的3D成型。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光3D打印系統(tǒng)及其打印方法，其打印系統(tǒng)包括：激光器、與該激光器連接的掃描鏡頭及光學(xué)系統(tǒng)、真空腔體、位于該真空腔體外的氣瓶、與該氣瓶連接并伸入該真空腔體的氣管、位于該真空腔體內(nèi)的工作腔體和輻射熱源、位于該工作腔體上的鋪粉輥，其中，所述工作腔體內(nèi)設(shè)有原料腔、成型腔、以及廢料腔。本發(fā)明使用特氟龍粉末作為耗材進(jìn)行3D打印，通過采用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)，同時(shí)控制成型的環(huán)境及工藝，根據(jù)特氟龍材料特性，針對(duì)其加工預(yù)熱溫度、激光能量分布、對(duì)于基板的附著力提升、已經(jīng)成型環(huán)境的檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)了可采用特氟龍材質(zhì)系列的快速成型加工。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y10/00
【公開號(hào)】CN105711104
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610309569
【發(fā)明人】李喜露, 袁劍, 祁楊停, 宋戰(zhàn)波, 陳小強(qiáng), 楊淏, 齊志宏, 陳雷, 高云峰
【申請(qǐng)人】大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司