一種3d器件打印設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種3D器件打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前3D打印的主要技術(shù)包括光固化成型(Stereo Lithography Appearance，SLA)、選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)、分層實(shí)體加工(LaminatedObject Manufacturing，LOM)、恪融沉積成型(Fused Deposit1n Modeling，F(xiàn)DM)、三維印刷(Three Dimens1n Printing，3DP)等。
[0003]光固化成型(Stereo Lithography Appearance，SLA)的成型過(guò)程是以光敏樹脂為原料，用特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由點(diǎn)到線，由線到面順序凝固，完成一個(gè)層面的繪圖作業(yè)，然后移動(dòng)臺(tái)在垂直方向移動(dòng)一個(gè)層片的高度，再固化另一個(gè)層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個(gè)三維實(shí)體。這種方法能簡(jiǎn)捷、全自動(dòng)地制造出表面質(zhì)量和尺寸精度較高、幾何形狀較復(fù)雜的原型。光固化成型的缺點(diǎn)在于:(I)成型過(guò)程中伴隨著物理和化學(xué)變化，制件較易彎曲，需要支撐，否則會(huì)引起制件變形；(2)液態(tài)樹脂固化后的性能不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆，易斷裂；(3)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)成本較高。由于液態(tài)樹脂材料和激光器的價(jià)格較高，并且為了使光學(xué)元件處于理想的工作狀態(tài)，需要進(jìn)行定期的調(diào)整和苛刻嚴(yán)格空間環(huán)境，其費(fèi)用也比較高；(4)使用的材料種類較少。目前可用的材料主要為感光性的液態(tài)樹脂材料，而液態(tài)樹脂有一定的氣味和毒性，并且需要避光保護(hù)；(5)在很多情況下，經(jīng)快速成型系統(tǒng)光固化后的原型樹脂并未完全被激光固化，為提高模型的使用性能和尺寸穩(wěn)定性，通常需要二次固化。
[0004]選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)是利用粉末狀材料成型的。將材料粉末鋪灑在已成型零件的上表面，并刮平，用高強(qiáng)度的C02激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面，材料粉末在高強(qiáng)度的C02激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成型的部分連接。當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，有選擇地?zé)Y(jié)下層截面。燒結(jié)完成后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、烘干等處理得到零件。SLS工藝的特點(diǎn)是材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件，特別是可以制造金屬零件。SLS工藝無(wú)需加支撐，因?yàn)闆](méi)有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。但SLS技術(shù)只能選用特定成分的熔點(diǎn)較低的金屬和陶瓷粉末。尤其是在制備金屬器件時(shí)，由于溫度梯度和熱應(yīng)力較大，最終加工成型后的工件表面比較粗糙，往往存在較多的氣孔、縮孔、裂紋等缺陷，增強(qiáng)機(jī)械性能的后期處理工藝本身也比較復(fù)雜。
[0005]分層實(shí)體加工(Laminated Object Manufacturing，L0M)采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等為原材料。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。加工時(shí)，熱壓輥熱壓片材，使之與下面已成型的工件粘接。用激光器在剛粘接的新層上切割出零件截面輪廓和工件外框，并在截面輪廓與外框之間多余的區(qū)域內(nèi)切割出上下對(duì)齊的網(wǎng)格。激光切割完成后，工作臺(tái)帶動(dòng)已成型的工件下降，與帶狀片材分離。供料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)收料軸和供料軸，帶動(dòng)料帶移動(dòng)，使新層移到加工區(qū)域。工作合上升到加工平面，熱壓輥熱壓，工件的層數(shù)增加一層，高度增加一個(gè)料厚。再在新層上切割截面輪廓。如此反復(fù)直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到分層制造的實(shí)體零件。LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面。因此成型厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。工藝過(guò)程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形。工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無(wú)需加支撐。缺點(diǎn)是應(yīng)用材料局限于纖維紙、塑料膜等片材，前后處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能制造中空結(jié)構(gòu)件。
[0006]恪融沉積成型(Fused Deposit1n Modeling, FDM)的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、尼龍等，以絲狀供料。材料在打印頭內(nèi)被加熱熔化，打印頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)。缺點(diǎn)在于:(1)選擇的材料局限于低熔點(diǎn)的錯(cuò)、ABS、尼龍；(2)成型件的表面有較明顯的條紋；(3)沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱；(4)需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)；(5)需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成型時(shí)間較長(zhǎng)。
[0007]三維印刷工藝(Three Dimens1n Printing，3DP)采用粉末材料成型，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結(jié)連結(jié)起來(lái)的，而是通過(guò)打印頭用粘結(jié)劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。缺點(diǎn)是用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低，致密性差，還須后處理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種3D器件打印設(shè)備，所述3D器件打印設(shè)備包括打印裝置、激光器、激光導(dǎo)向裝置、工作臺(tái)、控制系統(tǒng)；所述打印裝置連接并受控于所述控制系統(tǒng)，用于在所述工作臺(tái)上打印出若干層納米顆粒墨水/溶膠凝膠二維圖形；所述激光器連接并受控于控制系統(tǒng)，用于發(fā)出激光；所述激光導(dǎo)向裝置連接并受控于所述控制系統(tǒng)，用于改變所述激光傳播方向，采用激光在每一層納米顆粒墨水/溶膠凝膠二維圖形完成后對(duì)所述納米顆粒墨水/溶膠凝膠二維圖形進(jìn)行燒結(jié)。
[0009]進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)與控制臺(tái)，所述控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述打印裝置包括材料供給裝置，打印頭；所述材料供給裝置連接受控于所述計(jì)算機(jī)，用于儲(chǔ)存所述納米顆粒墨水/溶膠凝膠；所述打印頭連接所述材料供給裝置并連接受控于所述控制臺(tái)，隨控制臺(tái)移動(dòng)，用于在所述工作臺(tái)上打印若干層納米顆粒墨水/溶膠凝膠二維圖形。
[0011]進(jìn)一步地，所述激光導(dǎo)向裝置包括振鏡系統(tǒng)與聚焦鏡，所述振鏡系統(tǒng)包括X振鏡、Y振鏡，所述X振鏡和所述Y振鏡根據(jù)控制系統(tǒng)的控制信號(hào)調(diào)整偏向角度，聚焦鏡用于對(duì)激光進(jìn)行聚焦。
[0012]進(jìn)一步地，所述材料供給裝置底部設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制系統(tǒng)連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述的溶膠凝膠或納米顆粒墨水原材料為金屬、非金屬、高分子材料、金屬氧化物以及非金屬氧化物材料。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:
[0015](I)原材料選擇范圍廣，可以是任意材料，尤其是現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法適用的氧化物等；
(2)成型件可以為任意形狀，成型過(guò)程中不易變形，也無(wú)需復(fù)雜的前后處理工序；(3)納米顆粒墨水/溶膠凝膠具有大的比表面積，表面能高，熔點(diǎn)低，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)約了能源，且納米顆粒墨水/溶膠凝膠顆粒直徑小又具有高的界面能，低溫?zé)Y(jié)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)致密化，避免縮孔、裂紋等缺陷，成型后成型件表面光滑，質(zhì)量?jī)?yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以從這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本實(shí)用新型一種3D器件打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下