快速成形系统和方法技术方案

一种快速成型系统，用来将计算机的三维构图制作成产品的样品，其包括送进机构、热压装置、激光切割装置和工作台。热压装置上增设一热风管，以便在成型过程中实现快速高效加热。采用组合的热压装置和激光切割装置的驱动导向机构，以实现高精度成型。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及快速成形系统和快速成形方法，特别是涉及将计算机的三维模型制作成产品样品的快速成形系统和方法。在传统的制作产品样品的方法中，需采用多种机械加工机床，以及相应的工具和模具，既费时，成本又高，周期往往很长，已不能适应当今新产品市场竞争的要求。近年来出现了快速成形技术，这种技术只要求设计者首先在计算机上构成产品的三维模型，用切片软件得到产品的一系列不同高度处的截面的轮廓曲线，然后以快速成形机自动形成每一截面的轮廓，并将各截面逐一叠加，组合成产品样品，从而能够在短时间内在一台机器上制造出高精度的产品样品。典型的快速成形系统的一种是美国Helisys公司制造的Lamina-ted Object Manufacturing(LOM)。该系统用CO2激光束对背面涂有热融胶的纸进行逐层粘合和切割，以形成样品各层的轮廓，它适合于制作各种中、大型的纸质样品。然而该系统存在以下缺陷(1)由于采用现有的自动绘图仪驱动激光切割头，因而切割速度慢，精度不够高，使用寿命短；(2)由于采用热压辊对纸进行加热，两者为线接触，导热效果差，限制了样品层间的粘合速度；(3)原材料-纸的背面仅涂有一层胶体，样品切割成形后表面不易抛光，切口面易残留胶体，废料难于剔除；(4)未配置激光束切口宽度自动补偿系统，难于获得高精度的成形样品。本专利技术的主要目的是克服以上缺点，提供一种快速成形系统，使其能对具有高温融化胶及添加物的纸进行高效加热、粘合和高度精密切割，以便快速构成尺寸精度高、硬度高、表面光洁、能耐高温的样品。本专利技术的另一目的是提供一种提高成形速度和精度的快速成形方法。为达到以上目的，本专利技术提供一种快速成形系统，包括一个送进机构、一个热压装置、一个激光切割装置和一个工作台；所述的送进机构用来将一成形用原材料可控制地送至所述的工作台上面，该热压装置具有一热压辊及其驱动机构，用来对该原材料热压粘结，该激光切割装置具有一激光切割头和该切割头的驱动机构，用来按预先设计的一轮廓线对上述粘结的原材料进行切割；其中，所述的热压装置设有一与所述的热压辊平行延伸并可以向该原材料喷热风的热风管，以与所述热压辊配合实现快速热压。最好是所述热风管包括一管体，与所述热压辊并排设置，并且具有一沿其纵向下方设置的喷风口和一进风口；和一热源件，用来使从上述喷风口喷出的风成为热风。热源件为一平行设置于所述管体下方对应于喷风口的加热管。所述的喷风口最好是均匀分布的多个小孔。最好是所述的切割头的驱动机构包括分别用来驱动切割头的横向和纵向运动的一伺服电机、一由该伺服电机带动的滚珠丝杠及两根直线滚珠导轨；所述的热压辊驱动机构包括一步进电机和一由该步进电机驱动的齿形皮带，而上述切割头的两根横向的直线滚珠导轨也用作该热压辊的导向，从而将切割头的横向运动导向与热压辊的运动导向组合在一起；并且激光切割头和热压辊均以双点支承。最好是所述的送进机构具有送料夹紧辊和收料夹紧辊，并且分别置于工作台的上方的相对两侧，使成形用原材料能够充分张紧。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于制作产品样品的快速成形方法，其包括以下步骤(a)提供一薄层的成形用原材料；(b)将该成形用原材料热压粘结；(c)将该薄层的成形用原材料沿对应于该层的一预设的轮廓线以一激光切割头进行切割；以及(d)重复以上步骤，直至成形出所需的样品；其中，在切割步骤(c)之前，判定待切割的轮廓线是外轮廓线还是内轮廓线，然后对切口宽度予以补偿。判定内外轮廓线可以这样实现自每一截面的外缘向内芯进行搜索，并依次记录所越过的封闭轮廓线的序号，其中奇数号对应的轮廓线为外轮廓线，偶数号对应的轮廓线为内轮廓线。对切口宽度予以补偿的方式可以为当判定为外轮廓线时，将激光束向外偏移1/2切口宽度，当判定为内轮廓线时，将激光束向内偏移1/2切口宽度。对切口宽度予以补偿的方式还可以为将外轮廓线向外扩1/2切口宽度，将内轮廓线向内缩1/2切口宽度。步骤(b)的热压粘结最好采用一热压装置完成，该热压装置包括一热压辊和一与该热压辊并排设置的并且具有向该成形用原材料喷热风的喷风口的热风管，由热压辊先对成形用原材料初步热压，当其返回时，由该热风管喷热风，同时由该热压辊进一步热压。根据本专利技术的成形系统和方法，可以取得高精度的产品样品，并且成形速度快。以下结合附图来详述本专利技术的优选实施例，附图中附图说明图1表示本专利技术的快速成形系统的立体示意图；图2表示本专利技术的快速成形系统中的热压装置的实施例立体示意图；图3表示本专利技术的快速成形系统中热压辊和激光切割头的驱动定位机构的俯视图；图4是表明本专利技术的快速成形方法中判定内外轮廓线的方式的样品实例立体体；图5是表明本专利技术的快速成形系统的实施例的热压装置的结构的侧视图和右视截面图；图6是表明本专利技术的快速成形系统的热压辊及激光切割头的驱动定位系统的实施例的侧视图。首先请参照图1，其表示本专利技术的快速成形系统的立体示意图。该快速成形系统大致上包括一个成形用原材料送进机构10，一个热压装置20，一个激光切割装置30和一个工作台40。该送进机构10包括一个原材料存储辊11a、一个余料辊11b、送料夹紧辊12和收料夹紧辊14。这里采用的原材料16是背面涂有热融胶的纸，但本领域的技术人员可以理解，该原材料16可以是各种可通过加热逐层粘结的薄层材料。送料夹紧辊12和收料夹紧辊14分别置于工作台40的相对两侧上方，例如图1中所示的右上侧和左上侧，并且各个辊的轴线互相平行。送料夹紧辊12和收料夹紧辊14的间距应尽可能小，仅留出工作台正上方的加工空位即可，从而有利于纸的充分张紧，并有利于粘合及将切割后的余料分离。从而，送进机构10可控制地将原材料送至工作台上方，当完成粘结及切割后，再将余料从工作台上方分离，依次卷入收料辊，同时送入下一层待切割的纸。再参照图2及图5，图2表示本专利技术的快速成形系统的热压装置的实施例立体示意图。图5是表明本专利技术的快速成形系统的热压装置的一个实施例的侧视图和右视剖面图。该热压装置20包括一个热压辊21和一个热风管22。热压辊21和热风管22并排设置。该热压辊21包括一加热芯棒211和一辊筒。热压辊21的温度可由一温度控制单元(图中未示出)控制，其温度值可根据涂复于纸上的胶的融化温度来设置，并可以自动保持恒定。热压辊21的轴向最好是垂直于原材料的送进方向并且平行于工作台台面。它由一驱动机构29(示于图3)驱动，可压在工作台面的原材料上沿垂直于辊的轴向可控制地来回运动。热风管22沿着热压辊21的一侧平行设置，它包括一管体221、一热源件222。管体221上具有一进风口2212和一基本上朝向纸面的喷风口2211，使得热风管可以向纸面喷出热风，从而使涂复于纸上的胶快速均匀地升温，迅速达到最佳粘合状态。按照图2所示的实施例，喷风口是沿管体221纵向基本上均匀分布的一排小孔。本领域的技术人员可以理解，该喷风口2211还可以是沿管体221的壁面的贯通槽，以便向纸面喷出均匀的高温气流。热源件222最好为如图2所示的沿管体221的纵向平行设置的杆状，它可以如图2所示位于管体221外侧的对应于喷风口2211的位置，也可以位于管体221的芯部。此外，容易理解该热源件222还可以位于进风口2212处。进风口2212最好是位于管体221的端部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速成形系统，包括：一个送进机构（１０）、一个热压装置（２０）、一个激光切割装置（３０）和一个工作台（４０）；所述的送进机构（１０）用来将一成形用原材料（１６）可控制地送入所述的工作台（４０）上面，该热压装置（２０）具有一热压辊（２１）及其驱动机构，用来对该原材料热压粘结，该激光切割装置（３０）具有一激光切割头（３１）和该切割头的驱动机构（３９），用来按预先设计的一轮廓线对上述粘结的原材料进行切割；其中，所述的热压装置设有一与所述的热压辊（２１）平行并可以向该原材料（１６）喷热风的热风管（２２），以便与所述热压辊（２１）配合实现快速热压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林国才，
申请(专利权)人：精技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]