粉末材料的准分子激光快速微成型方法技术

粉末材料的准分子激光快速成型的方法及系统，属于激光材料加工快速成型技术领域。本发明专利技术首先将粉末材料用５～５０ＭＰａ的压力压实，将压实后的粉末材料８放置在垫片９上，然后一起放在工作台１０上。成型过程中，在计算机的控制下，准分子激光经过反射镜３、反射镜４后，经过一个决定粉末材料成型形状的掩模板５，再经过反射镜６、聚焦成像物镜７作用在粉末材料８上，将粉末材料汽化，被掩模板遮挡住的部分，未被气化，而保留下来成型。本发明专利技术可有效、快速、方便地进行大批量微型零件的制造。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

粉末材料的准分子激光快速成型方法及系统属于激光材料加工快速成型
以前的微细加工技术主要是针对微电子工业而发展起来的技术，如光刻、反应离子刻蚀、化学腐蚀等等，它们已经随着电子信息产业的发展，而相当成熟和完善了。随着现代科技的进步，特别是精密可控操作与执行技术的发展和纳米科技的发展，发展微机械的制造工艺是十分必要和可能的。用准分子激光掩膜进行微加工的研究才刚起步，但大多集中在有机高分子材料的微成型，用准分子激光掩膜对粉末材料进行微成型目前还未见报道。本专利技术的技术方案参见附附图说明图1。它是一种采用准分子激光掩膜汽化的方法进行微成型，粉末材料的准分子激光快速微成型的方法。本专利技术的粉末材料的准分子激光快速微成型的方法，是通过计算机控制激光束，对激光进行传输和聚焦后作用在粉末材料上使其成型为所需形状，本专利技术的特征在于，先将粉末材料用5～50Mpa的压力压实，然后将压实后的粉末材料8放置于成型装置上，利用准分子激光经过反射镜3、反射镜4后，经过一个决定粉末材料成型形状的掩膜板5，再经过反射镜6、聚焦成像物镜7作用在粉末材料8上，将粉末材料汽化，被掩膜板遮挡住的部分，未被气化，而保留下来成型。本专利技术中采用了低熔点、低沸点的金属、金属氧化物粉末或非金属材料的粉末材料，粉末材料压实后的厚度根据所制产品成型件的厚度决定。本专利技术中激光光束经过聚焦成像物镜7在粉末材料8的表面成像。粉末材料的准分子激光快速微成型的系统，包括有计算机1及由其控制的激光器2，接受激光束的成型装置，本专利技术的特征在于成型装置包括有激光束依次经过的反射镜3、反射镜4，掩膜板5，反射镜6，聚焦成像物镜7，及置于聚焦成像物镜7下方的可上、下调整的可放置粉末材料的工作台10。本专利技术中工作台10上放置一托放粉末材料的且可与成型件分离或不分离的垫片9。粉末材料的准分子激光快速微成型方法及系统，其基本原理不同于选区激光烧结(SLS)扫描粉末，使粉末熔化，而是利用准分子激光这种特殊的光源照射到粉末材料上，经过聚焦后激光能量的高度集中性，通过控制激光束输出能量、焦点位置和光束与材料的作用等，可以使粉末材料瞬间发生汽化，由于作用在粉末材料上，光束光斑中央的功率密度较高，使材料汽化而蒸发掉，而光斑边缘的功率密度较低，与粉末材料接触部分达不到汽化所需能量，而保留下来成型。本专利技术是一种集合了多种加工工艺的集成微加工系统，利用了激光高会聚特性、高定向性能、高时空压缩特性以及短波长表现指征的优点，在与材料作用时，显现非接触、自动剥离的过程，因而加工质量高，对结构材料基体的影响小。本专利技术可有效、快速、方便地形成微小的零件，适于激光微成形、微制造，并可以进行大批量生产微小零件。用本专利技术的方法成型后的材料可以经过后处理，以增加微型件的致密度和强度。用本专利技术的技术方案制作的微型齿轮成型效果如下首先制作与所要加工齿轮形状相同的掩膜板，将粉末材料用20Mpa的压力压实后(厚度小于1毫米)，放置在垫片9上，一起放在工作台10上，调整工作台，进行加工面调焦工作，使掩膜板经过聚焦成像物镜在粉末材料上成像。打开准分子激光器2，启动计算机1控制系统，在计算机的控制下，激光束通过反射镜3，反射镜4，经过掩膜板5，再经过反射镜6，通过聚焦成像物镜7在粉末材料表面成像，激光束聚焦在粉末材料表面，未被掩膜板遮挡住的粉末材料汽化蒸发掉，而被掩膜板遮挡住的粉末材料保留成型。如图2所示得到最后成型件，齿轮直径约为150微米。权利要求1.一种粉末材料的准分子激光快速微成型的方法，通过计算机控制激光束，对激光进行传输和聚焦后作用在粉末材料上使其成型为所需形状，本专利技术的特征在于，先将粉末材料用5～50Mpa的压力压实，然后将压实后的粉末材料(8)放置于成型装置上，利用准分子激光经过反射镜(3)、反射镜(4)后，经过一个决定粉末材料成型形状的掩膜板(5)，再经过反射镜(6)、聚焦成像物镜(7)作用在粉末材料(8)上，将粉末材料汽化，被掩膜板遮挡住的部分，未被气化，而保留下来成型。2.根据权利要求1所述的粉末材料的准分子激光快速微成型的方法，其特征在于采用了低熔点、低沸点的金属、金属氧化物粉末或非金属材料的粉末材料，粉末材料压实后的厚度根据所制产品成型件的厚度决定。3.根据权利要求1所述的粉末材料的准分子激光快速微成型的方法，其特征在于激光光束经过聚焦成像物镜(7)在粉末材料(8)的表面成像。4.一种粉末材料的准分子激光快速微成型的系统，包括有计算机(1)及由其控制的激光器(2)，接受激光束的成型装置，本专利技术的特征在于成型装置包括有激光束依次经过的反射镜(3)、反射镜(4)，掩膜板(5)，反射镜(6)，聚焦成像物镜(7)，及置于聚焦成像物镜(7)下方的可上、下调整的放置粉末材料的工作台(10)。5.根据权利要求4所述的粉末材料的准分子激光快速微成型的系统，其特征在于工作台(10)上放置一托放粉末材料的且可与成型件分离或不分离的垫片(9)。全文摘要粉末材料的准分子激光快速成型的方法及系统,属于激光材料加工快速成型
本专利技术首先将粉末材料用5～50MPa的压力压实,将压实后的粉末材料8放置在垫片9上,然后一起放在工作台10上。成型过程中,在计算机的控制下,准分子激光经过反射镜3、反射镜4后,经过一个决定粉末材料成型形状的掩模板5,再经过反射镜6、聚焦成像物镜7作用在粉末材料8上,将粉末材料汽化,被掩模板遮挡住的部分,未被气化,而保留下来成型。本专利技术可有效、快速、方便地进行大批量微型零件的制造。文档编号B23K26/36GK1386608SQ02121280公开日2002年12月25日 申请日期2002年6月13日 优先权日2002年6月13日专利技术者左铁钏, 陈继民, 陈涛, 荆涛 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末材料的准分子激光快速微成型的方法，通过计算机控制激光束，对激光进行传输和聚焦后作用在粉末材料上使其成型为所需形状，本专利技术的特征在于，先将粉末材料用５～５０Ｍｐａ的压力压实，然后将压实后的粉末材料（８）放置于成型装置上，利用准分子激光经过反射镜（３）、反射镜（４）后，经过一个决定粉末材料成型形状的掩膜板（５），再经过反射镜（６）、聚焦成像物镜（７）作用在粉末材料（８）上，将粉末材料汽化，被掩膜板遮挡住的部分，未被气化，而保留下来成型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左铁钏，陈继民，陈涛，荆涛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]