一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架，刚性框架上设有成形槽，成形槽内设有升降平台，升降平台顶部设有边缘与成形槽内壁滑动密封配合的成形基板，升降平台可驱动成形基板在成形槽内上下移动并定位；刚性框架上设有直线模组，直线模组移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件，直线模组可驱动上述组件在成形槽开口上方平移。本发明专利技术的靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法，采用定向能精确照射液体/粉末材料界面的待固化区域，采用诱导剂约束定向能在待固化区域的能量行为，不仅固化成形效果好，而且材料利用率高、能量利用率高，可在多种类型的三维打印机中推广应用。

A three-dimensional forming device and method of target induced and directed energy composite

【技术实现步骤摘要】
一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法
本专利技术涉及一种三维打印领域，尤其是一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法。
技术介绍
先进制造技术的快速发展，正在推动基于定向能扫描装置的三维打印装备向传统制造领域全面渗透。根据成形方法的不同，三维打印装备主要分为：熔融沉积成形(FDM)、聚合物喷射成形(PolyJet)、激光立体光固化成形(SLA)、激光选区熔融成形(SLM)、激光选区烧结成形(SLS)、电子束直接成形(EBDM)等类型，它们普遍具有相似的“逐层堆积”立体成形过程，即通过熔融挤出头、微喷嘴阵列定向沉积方式，或通过激光、电子束定向扫描液体/粉末界面方式，生成平面形状精确可控的片状固化物，并通过片状固化物逐层堆积与层间粘合机制实现三维立体成形。其中，激光能量形态的定向能扫描装置以其速度快、成形分辨率高等固有特性，使得SLA、SLS、SLM等三维打印装备的应用优势越来越凸显，并已在个性化穿戴、医疗、航空航天等领域得到了批量应用。蓬勃发展的行业应用亦对三维打印机的实用性提出了更严苛要求，尤其是使用成本方面仍需大幅优化；其原因很大程度上源于现有SLA、SLS、SLM三维打印机，其生成片状固化物的过程唯一依赖于激光束对材料界面定向扫描，以实现区域选择固化；然而激光束照射到液体/粉末界面时，激光能量对材料界面的作用机制却包含吸收、反射、传导扩散等多种过程。材料界面对激光能量的吸收效应被直接用于激光束照射区域的固化成形，而反射与向非扫描区域的传导扩散效应则严重干扰了片状固化物的生成过程；其中材料界面对入射激光束的反射直接削弱了激光能量利用率，使得三维打印机实际所用激光器的功率与成本大幅增加，同时也限制了对特定波长激光高反射率的材料的应用；而激光能量向光斑照射(非扫描)区域外部传导扩散，不仅会降低三维打印精度及表面质量，还会降低对未成形区域液体/粉末材料的回收利用率。这意味着：虽然激光束作为定向能发射方式之一，其自身对材料界面具有优秀的区域选择能力，但其照射到液体/粉末材料界面的非单纯吸收能量机制却大幅削弱了三维打印机的综合性能。这使得优化定向能对液体/粉末材料界面的能量效率及约束性能，更精准、高效的生成片状固化物迫在眉睫。目前，在增材制造领域，针对进一步提升定向能扫描装置三维打印性能的迫切需求，尚缺少一种方案合理、材料适应性好、能量利用率高，并且能将固化反应有效约束在定向能扫描区域的三维成形方法。
技术实现思路
本专利技术要解决上述现有技术的缺点，提供一种方案合理、材料适应性好、能量利用率高，并且能将固化反应有效约束在定向能扫描区域的靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案：这种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架，刚性框架上设有成形槽，成形槽内设有升降平台，升降平台顶部设有边缘与成形槽内壁滑动密封配合的成形基板，升降平台可驱动成形基板在成形槽内上下移动并定位；刚性框架上设有直线模组，直线模组移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件，直线模组可驱动上述组件在成形槽开口上方平移。直线模组移动期间，所述液体/粉末铺敷组件可将内部储藏的液体/粉末材料铺敷在成形基板上，所述诱导剂喷射组件可对成形基板指定区域喷射诱导剂，所述定向能扫描组件可对成形基板指定区域实施定向能量照射；所述成形控制器与所述升降平台、直线模组、液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件电连接。开始三维成形前，成形控制器先发出关闭指令至液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件，以确保上述组件的材料铺敷功能、诱导剂喷射功能以及定向能扫描功能处于关闭状态；成形控制器发出位移指令至直线模组，以控制直线模组驱动液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件移动至成形槽侧面的扫描起始位置；成形控制器发出位移指令至升降平台以驱动成形基板上移，直至成形基板与成形槽口的高度差为单层固化物厚度；成形控制器发出首层固化图形数据至诱导剂喷射组件、定向能扫描组件；最后向液体/粉末铺敷组件中添加足量的液体/粉末材料，向诱导剂喷射组件中添加足量的诱导剂。进行首层固化成形时，成形控制器发出位移指令至直线模组，以驱动液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件平稳前移；直线模组前移时，扫描控制器接收直线模组位置信号，以实时计算液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件以及定向能扫描组件相对成形基板的坐标位置；处于最前方的液体/粉末铺敷组件进入成形基板上方时，成形控制器发出铺敷指令，以控制液体/粉末铺敷组件向成形基板铺敷液体/粉末材料；液体/粉末铺敷组件的出料口与成型槽口齐平，使得所铺敷材料层厚为单层固化物厚度；液体/粉末铺敷组件脱离成形基板区域时，成形控制器关闭其功能；位于中部的诱导剂喷射组件进入成形基板上方时，成形控制器发出喷射指令以控制诱导剂喷射组件，向首层图形待固化区域的已铺敷材料界面喷射诱导剂；诱导剂喷射组件脱离成形基板区域时，成形控制器关闭其功能；当最后方的定向能扫描组件进入成形基板上方时，成形控制器发出扫描指令以控制向定向能扫描组件，对首层图形待固化区域已喷射诱导剂的材料界面实施扫描照射，使得待固化区域的液体/粉末材料固结生成片状固化物；定向能扫描组件脱离成形基板区域时，成形控制器关闭其功能，首层固化成形结束。进行后续层固化成形时，成形控制器先发出位移指令至升降平台，控制升降平台驱动成形基板下降单层固化物厚度所对应高度；成形控制器发出位移指令至直线模组，以控制直线模组驱动液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件返回扫描起始位置；成形控制器发出当前层固化图形数据至诱导剂喷射组件、定向能扫描组件；成形控制器发出位移指令至直线模组，以驱动液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件平稳前移，液体/粉末铺敷组件重复和首层固化成形过程相同的铺敷动作，诱导剂喷射组件与定向能扫描组件则根据当前层固化图形数据，分别向待固化区域喷射诱导剂，并对待固化区域已喷射诱导剂的材料界面实施扫描照射，直至定向能扫描组件继续前移并脱离成形基板区域，当前层固化成形结束，所生成与当前层固化图形一致的片状固化物附着在上一层固化物表面；上述逐层固化成形过程反复进行，成形槽口液体/粉末材料薄层生成的片状固化物逐层累加，直至生成完整的三维成形体。本专利技术的液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件其静态作用区域为线状，直线模组沿线状作用区域的垂直方向，驱动三个组件平移扫描以覆盖整个成形区域；本专利技术直线模组前移过程中，液体/粉末铺敷组件先铺敷液体/粉末材料薄层，诱导剂喷射组件再对刚铺敷的固化区域喷射诱导剂，定向能扫描组件最后对固化区域实施扫描固化；本专利技术液体/粉末材料在成形基板上铺敷后，所生成材料界面被诱导剂喷射处理以及定向能扫描固化的延时小，材料界面在外部环境的暴露时间短、变质少，可用于高活性材料的三维成形。本专利技术的诱导剂喷射组件与定向能扫描组件，均可对成形基板上液体/粉末界面的选定区域实施精确的喷射与扫描处理，诱导剂喷射组件的喷射区域与定向能扫描组件的扫描区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架(1)，刚性框架(1)上设有成形槽(2)，其特征是：成形槽(2)内设有升降平台(3)，升降平台(3)顶部设有边缘与成形槽(2)内壁滑动密封配合的成形基板(4)，升降平台(3)可驱动成形基板(4)在成形槽(2)内上下移动并定位；刚性框架(1)上设有直线模组(5)，直线模组(5)移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件(6)、诱导剂喷射组件(7)、定向能扫描组件(8)，直线模组(5)可驱动上述组件在成形槽(2)开口上方平移。/n

【技术特征摘要】
1.一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架(1)，刚性框架(1)上设有成形槽(2)，其特征是：成形槽(2)内设有升降平台(3)，升降平台(3)顶部设有边缘与成形槽(2)内壁滑动密封配合的成形基板(4)，升降平台(3)可驱动成形基板(4)在成形槽(2)内上下移动并定位；刚性框架(1)上设有直线模组(5)，直线模组(5)移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件(6)、诱导剂喷射组件(7)、定向能扫描组件(8)，直线模组(5)可驱动上述组件在成形槽(2)开口上方平移。


2.根据权利要求1所述的靶向诱导与定向能复合三维成形装置，其特征是：所述液体/粉末铺敷组件(6)底部设有出料口(61)且与成形槽(2)侧壁齐平，诱导剂喷射组件(7)底部设有喷嘴阵列(71)，定向能扫描组件(8)底部设有扫描窗口(81)。


3.根据权利要求1所述的靶向诱导与定向能复合三维成形装置，其特征是：成形控制器(100)分别与升降平台(3)、直线模组(5)、液体/粉末铺敷组件(6)、诱导剂喷射组件(7)、定向能扫描组件(8)连接。


4.一种利用权利要求1所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞红祥，应华，庞伟，王康恒，
申请(专利权)人：杭州德迪智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33