激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法技术

本发明专利技术提供了一种激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法，包括打印机架，在所述打印机架内设有载物平台；在所述载物平台上开设有进料口，所述进料口与载物平台下方的储料箱相连通；在所述载物平台上安装有刮刀机构和打印平台，所述打印平台设置在载物平台的中间位置，打印平台安装在载物平台下方的成型机构内；在所述打印平台的上方设有激光扫描系统。本发明专利技术利用激光增材制造设备进行太赫兹波段光子晶体的加工无需添加任何支撑，无需进行真空冷冻干燥，后处理简单、成本低、强度高，有利于光子太赫兹波段光子晶体的大规模工业化生产。

Laser Adding Equipment and Processing Method of Terahertz Photonic Crystals

The invention provides a laser augmentation manufacturing equipment and a processing method of terahertz band photonic crystal, including a printer rack with a loading platform in the printer rack; a feed port is provided on the loading platform, which is connected with a storage box under the loading platform; a scraper mechanism and a printing platform are installed on the loading platform, and the printing level is provided. The platform is located in the middle of the loading platform, the printing platform is installed in the forming mechanism under the loading platform, and a laser scanning system is arranged above the printing platform. The invention utilizes laser material adding equipment to process terahertz band photonic crystal without any support, vacuum freeze-drying, simple post-processing, low cost and high intensity, which is conducive to large-scale industrial production of photonic terahertz band photonic crystal.

【技术实现步骤摘要】
激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法
本专利技术属于三维光子晶体制造
，特别涉及一种激光增材制造设备及其利用激光增材制造设备制作太赫兹波段光子晶体的加工方法。
技术介绍
太赫兹波因其脉冲短、频率高、低光子能量、高空间相干性等特性，在天文学、生物学、计算机科学、信息通信和环境监测、医学诊断等
有着广阔的应用前景。但是，由于太赫兹波在自由空间中的传输损耗很大，难以对其传播进行控制和引导，因此一种具备光子带隙、损耗低、色散小的光子晶体的出现为太赫兹波的传输开辟了新途径。传统的光子晶体制备方法，工艺复杂、难度大，行业内制备三维光子晶体的主要方法有以下几种：现有专利号为201310754514.1的中国专利，其所用方法为先将光子晶体的三维模型分层，然后利用胶体颗粒材料依次逐层打印并固化。此方法采用特氟龙板、经特氟龙表面处理后的玻片或经特氟龙表面处理后的硅片作为基底，由于特氟龙材料线膨胀系数大及其不粘性，会导致逐层打印时位置出现偏差，最终导致制备的光子晶体精度低。此外，该方法使用的材料浓度范围为20％～40％，浓度低，光子晶体强度低，浓度范围太小，适用范围窄。现有专利号为200910023923.8的中国专利，其所用方法为利用三维软件对光子晶体模型加支撑和分层，然后在成型设备中利用陶瓷浆料逐层光固化得到光子晶体，再对制备的光子晶体进行干燥和焙烧。但是该专利中使用水基材料制备光子晶体，需在三维模型中加支撑，由于光子晶体尺寸小，后期去支撑难度较大。此外，成型后需要真空冷冻来进行干燥，但低温下光子晶体易开裂，且成本相对较高。现有专利号为201210446050.3的中国专利，其所用方法为利用飞秒微加工直写技术，先分散加工然后在进行组装堆叠。此技术虽然能够制备出百微米量级的太赫兹波段光子晶体，但其组装方法相对繁琐、困难，组装精度要求高，成本高昂。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法，通过采用激光增材制造设备无需添加支撑，无需进行真空冷冻干燥，后处理简单、成本低、强度高，有利于光子太赫兹波段光子晶体的大规模工业化生产。为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案为：一种激光增材制造设备，包括打印机架，在所述打印机架内设有载物平台；在所述载物平台上开设有进料口，所述进料口与载物平台下方的储料箱相连通；在所述载物平台上安装有刮刀机构和打印平台，所述打印平台设置在载物平台的中间位置，打印平台安装在载物平台下方的成型机构内；在所述打印平台的上方设有激光扫描系统。作为本实施例的优选，所述刮刀机构包括刮刀、直线导轨和水平运动组件；所述直线导轨安装在载物平台上，且设置在打印平台的两侧；所述水平运动组件驱动刮刀在直线导轨上做直线往复运动。作为本实施例的优选，所述水平运动组件包括伺服电机，所述伺服电机通过轮轴与同步轮连接，所述同步轮通过同步带与刮刀相连接。作为本实施例的优选，成型机构包括成型缸筒、滚珠丝杆、升降伺服电机和联轴器；所述打印平台安装在成型缸筒内，滚珠丝杆的一端与打印平台相连，另一端与联轴器相连；升降伺服电机的输出轴通过联轴器与滚珠丝杆的底部相连接。作为本实施例的优选，所述激光扫描系统包括激光扫描仪、旋转支架和操作平台；所述激光扫描仪设置在所述打印平台的正上方，所述旋转支架与激光扫描仪相连接，所述旋转支架固定安装在操作平台上。作为本实施例的优选，还包括循环回收系统，在所述载物平台上还设有前收料口和后收料口，所述前收料口和后收料口均与循环回收系统相连通；所述循环回收系统包括设置在前收料口和后收料口下方的材料回收箱，材料回收箱通过过滤组件与储料箱相连。本专利技术实施例还提供一种太赫兹波段光子晶体的加工方法，具体包括以下步骤：S1、制备陶瓷浆料：a、利用陶瓷粉末、分散剂和表面改性剂制备出表面功能化的级配氧化铝陶瓷粉末；b、利用利用低分子量丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂和助剂制备出光固化树脂预混液；c、将级配氧化铝陶瓷粉末和光固化树脂预混液进行混合搅拌，得到黏度小于5Pa·s的光固化陶瓷浆料；S2、三维模型导入：将在三维建模软件中设计的三维光子晶体模型导入增材制造设备；S3、设定激光增材制造设备的运行参数：设定激光增材制造设备的运行参数，所述运行参数包括激光扫描工艺参数、设备运动参数及切片层厚等，根据设定的运行参数，初始化激光增材制造设备的控制系统；S4、将陶瓷浆料输送至打印平台：对陶瓷浆料进行均匀混合和密封搅拌，通过泵送系统将搅拌后的陶瓷材料浆料从储料箱中输送至打印平台；S5、铺平陶瓷浆料：控制刮刀进行水平往返运动，对打印平台上的陶瓷浆料进行水平刮平，并使多余的陶瓷浆料流入循环回收系统的材料回收箱中；S6、聚合交联反应：激光扫描系统根据设置的激光脉冲宽度、功率密度和光束焦斑，对打印平台上的陶瓷浆料进行激光扫描，使陶瓷浆料发生聚合交联固化反应；S7、控制切片层厚；打印平台的升降根据设置的加工速度、升降台提升速度、打印层厚和打印速度，控制打印平台下降；S8、完成成型坯体：重复步骤S4至S7，直到完成所有分层切片的打印，得到成型坯体；S9、成型坯体的清洗和脱脂：从打印平台取下成型坯体，通过清洗溶液对成型坯体进行清洗，将清洗后的成型胚体放入脱脂炉中进行脱脂，除去成型坯体中的高分子材料定型胚体；S10、烧结完成光子晶体的制作：将脱脂后的定型胚体放入高温烧结炉中烧结，烧结完成后将炉体冷却至室温取出三维光子晶体。作为本实施例的优选，在所述步骤S1中，制备陶瓷浆料的具体过程为：1)取氧化铝40g、无水乙醇200ml和有机硅酸酯0.4g混合搅拌10h，经过过滤、干燥后制备出表面功能化的级配氧化铝陶瓷粉末；2)取低分子量丙烯酸树脂100ml、丙烯酸丁酯120ml、苯甲酰甲酸甲酯20ml和聚二甲基硅氧烷10ml混合制备出光固化树脂预混液。3)将上述级配氧化铝陶瓷粉末和光固化树脂预混液进行混合搅拌，得到光固化陶瓷浆料。作为本实施例的优选，在所述S3中，激光增材制造设备的运行参数具体如下：打印平台的加工速度10～50mm/s、成型机构的升降速度0.5～3mm/s；打印层厚0.02～0.1mm、打印速度200～500层/h；激光脉冲宽度19～27ns、光束焦斑0.02～0.05mm。作为本实施例的优选，所述步骤S9中，清洗后的成型胚体放入脱脂炉中通入惰性气体，将温度调至500～600℃，达到最高温度时，保温1小时左右后将炉体冷却至室温。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术所述的激光增材制造设备及其成型方法，其通过刮刀机构来保证陶瓷浆料的水平度；通过成型机构保证了打印平台升降运行的精确度；通过激光扫描系统保证了陶瓷浆料在聚合交联固化反应的稳定度；通过浆料循环回收系统保证了制备过程中陶瓷浆料的稳定性，有效改善陶瓷浆料的在成型过程中的沉积现象。2、本专利技术所述的激光增材制造设备，使得陶瓷浆料在制备的过程中易于成型，对激光器要求降低，节约了大量的成本，同时简化了生产工艺，缩短了模型制作周期。3、本专利技术所述的太赫兹波段光子晶体的加工方法，采用激光增材制造设备(下沉式)制造太赫兹波段光子晶体，在成型过程中模型中无需添加支撑，简化了后处理，减少了去除支撑对模型造成的损坏，提高了成型件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光增材制造设备，包括打印机架(1)，其特征在于：在所述打印机架(1)内设有载物平台(2)；在所述载物平台(2)上开设有进料口(3)，所述进料口(3)与载物平台(2)下方的储料箱(4)相连通；在所述载物平台(2)上安装有刮刀机构(6)和打印平台(5)，所述打印平台(5)设置在载物平台(2)的中间位置，打印平台(5)安装在载物平台(2)下方的成型机构(7)内；在所述打印平台(4)的上方设有激光扫描系统(8)。

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造设备，包括打印机架(1)，其特征在于：在所述打印机架(1)内设有载物平台(2)；在所述载物平台(2)上开设有进料口(3)，所述进料口(3)与载物平台(2)下方的储料箱(4)相连通；在所述载物平台(2)上安装有刮刀机构(6)和打印平台(5)，所述打印平台(5)设置在载物平台(2)的中间位置，打印平台(5)安装在载物平台(2)下方的成型机构(7)内；在所述打印平台(4)的上方设有激光扫描系统(8)。2.根据权利要求1所述的激光增材制造设备，其特征在于：所述刮刀机构(6)包括刮刀(6.1)、直线导轨(6.2)和水平运动组件；所述直线导轨(6.2)安装在载物平台(2)上，且设置在打印平台(5)的两侧；所述水平运动组件驱动刮刀(6.1)在直线导轨(6.2)上做直线往复运动。3.根据权利要求2所述的激光增材制造设备，其特征在于：所述水平运动组件包括伺服电机(6.3)，所述伺服电机(6.3)通过轮轴(6.4)与同步轮(6.5)连接，所述同步轮(6.5)通过同步带(6.6)与刮刀(6.1)相连接。4.根据权利要求1所述的激光增材制造设备，其特征在于：成型机构(7)包括成型缸筒(7.1)、滚珠丝杆(7.2)、升降伺服电机(7.3)和联轴器(7.4)；所述打印平台(5)安装在成型缸筒(7.1)内，滚珠丝杆(7.2)的一端与打印平台(5)相连，另一端与联轴器(7.4)相连；升降伺服电机(7.3)的输出轴通过联轴器(7.4)与滚珠丝杆(7.2)的底部相连接。5.根据权利要求1所述的激光增材制造设备，其特征在于：所述激光扫描系统(8)包括激光扫描仪(8.1)、旋转支架(8.2)和操作平台(8.3)；所述激光扫描仪(8.1)设置在所述打印平台(5)的正上方，所述旋转支架(8.2)与激光扫描仪(8.1)相连接，所述旋转支架(8.2)固定安装在操作平台(8.3)上。6.根据权利要求1所述的激光增材制造设备，其特征在于：还包括循环回收系统(9)，在所述载物平台(2)上还设有前收料口(10)和后收料口(11)，所述前收料口(10)和后收料口(11)均与循环回收系统(9)相连通；所述循环回收系统(9)包括设置在前收料口(10)和后收料口(11)下方的材料回收箱(9.1)，材料回收箱(9.1)通过过滤组件与储料箱(4)相连。7.一种太赫兹波段光子晶体的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备陶瓷浆料：a、利用陶瓷粉末、分散剂和表面改性剂制备出表面功能化的级配氧化铝陶瓷粉末；b、利用低分子量丙烯酸树脂、活性稀释剂、光引发剂和助剂制备出光固化树脂预混液；c、将级...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志祥，孙智龙，李洋，阮玲慧，王志勇，谢飞，谢密，
申请(专利权)人：武汉因泰莱激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42