变长线扫描快速自动成型方法和装置制造方法及图纸

一种变长线扫描快速自动成型方法和装置。这种制造方法和装置将计算机中储存的任意机械零部件的三维型体信息通过材料添加法逐层选区粘结或固化原料直接制造出来，无需特殊工具或人工干涉。该装置包括变长线扫描系统、计算机型体信息处理和精密自动控制系统、能量源和粘结剂源、工作室和进料系统、工作过程监视反馈系统及辅助装置。该装置可用于直接生产模型、模具及其它功能零部件。解决了同类装置生产速度慢、所用原料有局限性等问题，并能大大提高产品质量。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一个变长线扫描快速自动成型方法和装置。属于逐层材料添加法制造功能零部件领域。这个方法和装置将计算机辅助设计的三维零部件用可变长度的线扫描法，通过逐层材料添加一步制造出来。光源与起始的光敏或热敏材料相互作用，或是粘结剂作用于粉末，逐层固化并各层连接而制得三维固态零部件。这个方法的本质是一种积分法制造三维实体。这个方法的核心是线扫描束长度可从点到任意长度连续动态可调。而这个方法的特点是原料的多样性。传统的机械加工方法可以归纳为材料去除法。在这些加工过程中，复杂或简单的零件是由整体原料“减”出来的。去除法的例子包括铣、车、钻、磨、切等。尽管这些方法在加工一些零件时很有用，它们存在很多问题。首先，这些传统的材料去除法会产生大量的废料，并且需要很有经验的工人去操作。所用的工具，如车刀、钻头等，既贵又不耐用。工具的磨损问题，不仅带来换工具的费用问题，还有一个精度问题。工具的磨损引起加工精度下降，是这些加工方法的真正问题，因为这些方法中精度通常是由螺距的精度控制的。其次，这些传统的加工方法很难或不可能用于制造不规则外形并带复杂内部精细结构的零部件。遇上这类零部件，只能将其分成几个部分加工，然后用螺钉、焊接或其它方法将这几个部分组装起来。一个解决生产复杂不规则形状零件的方法是铸造法。但是铸模的制造仍然是个问题。一般这类铸模的制造是用手工进行的。手工模具的精度差不说，生产周期也很长。一个复杂的木模，通常要花几个月去做。若发现有设计问题返工的话，又要几个月，这使得产品更新换代的周期大大加长，成本也随之增高，很多企业因此难以及时更新产品，从而失去市场竞争力。近几个发展起来的材料添加法制造零部件，试图从根本上解决上述问题，受到工业界的普遍关注。这些添加法有的正处于开发之中，有的已经商品化。这些方法在一定程度上解决了传统方法中的上述几个问题，但本身也存在一些问题。到目前为止发展起来的十多种快速成型技术中，大多数采用逐层材料添加。而每一层的固化多用点扫描“写”法，点扫描包括点聚焦激光扫描，如美国专利#4，575，330，#4，863，538，#5，169，579。在这三个专利中，原料分别为光敏液体高分子材料、粉末和气体，通过激光诱导固化，激光加热烧结以及激光诱导气相沉积来实现选区固化。扫描的激光光束将每层逐点“写”出来。选区粘结法(美国专利#5，204，055)是不用激光而逐点“写”的方法。这个方法以粉末和粘结剂为原料，在铺平的粉末表面上选择地施加粘结剂从而达到逐层制造出三维实体的目的。对于小零件，这些逐点写法还说得过去，生产大零件时，就会有生产速度的问题。就象用笔写满一页纸不算难，要粉刷一面墙就有问题了。这时人们往往用板刷，甚至用墙纸，而不会用笔去写。点扫描方法还有一个温度梯度大的问题。已固化部分在扫描点热源的作用下，产生很大的温度梯度，从而导致残余应力，引起零件变形。各种成型技术都有其自身的优点和弱点，如光敏液相法有个材料品种单调，即只能做光敏高分子材料的问题，还有一个遇上制造有悬空结构的零件需先做支架的问题。选区激光烧结法所用材料多样，可以是塑料、陶瓷、金属或它们的复合材料，但未经后处理的零件表面粗糙、密度低是个问题。工程技术人员期望能根据不同的应用需求，选用不同的成型技术。本专利技术的目的之一就是提供一种方法和装置，用于快而高质量地材料添加法制造三维实体产品。本专利技术的目的之一就是提供一种方法和装置，综合多种成型技术于一体，一机多用。本专利技术的目的之三就是要扩充光敏材料的范围，使液相法也可以做陶瓷或金属材料;提高选区粉末烧结法中的原料密度，从而提高成品的密度和减轻表面粗糙度。本专利技术的目的是通过以下方法实现的将计算机辅助设计的三维零部件用一切片程序分成片，再将每片以一定的间距用线描述出来。片间距和线间距是可调的加工参数。将这些各片层中线的数据转换成电信号去控制变长线扫描系统工作，变长线扫描光源或粘结剂与起始材料相互作用，逐条线、逐个层地将设计的零件制造出来。本专利技术的目的是通过下述装置实现的在工作室的一个平板上加上一层均匀厚度的原料，光源或粘结剂在计算机的控制下，以一定的速度和线间距扫过之后，三维零件的第一个面就造出来了。将工作室的平板下降一定距离，相当于第二层的厚度，再加上第二层原料，光源或粘结剂按照计算机中第二层的数据，将第二层扫描出来并连结在第一层上，如此逐层添加，就能制造出三维零件。原始材料可以是光敏或热敏的，也可以是光敏材料和热敏材料的混合。这个方法可以用来加工塑料、石蜡、金属、陶瓷及它们的复合材料。若用粉末作原料，原料密度提高是通过一个粉末压实机构来实现的。与现有技术相比，本专利技术的技术方案有以下优点变长线扫描的引入，使生产零部件的速度大大提高，同时降低了温度梯度，从而减小零件变形，提高了精度。压粉装置的引入，使选区烧结的零部件密度提高，从而增大强度，同时，也可改善表面粗糙程度。设计的装置综合了多种快速自动成型技术，实现了一机多用，因而大大扩宽了原料范围，包括气体、液体和固体粉末。该装置可用来加工塑料、石蜡、陶瓷、金属及它们的复合材料零部件。不但可以解决计算机辅助设计中“看得见，摸不着”的问题，还使得复杂零部件的一步成型，特殊零件的高质量、短周期、低费用的制造成为可能。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明图1.是变长线扫描快速自动成型系统原理框图。图2a-2c.是由CAD三维设计转变成线扫描数据的示意图。图3a和3b.为变长线扫描器，其中图3a用粘结剂线扫描，图3b用光源线扫描，图3c和图3d分别为粘结剂管的横截面和挡块与粘结剂管组装横截面。图4.球面柱镜线聚焦光源线扫描系统，光源可以是紫外光、红外光或白光。图5.变长线扫描法制造三维实体示意图。图6.变长线扫描快速自动成型装置实施例。图7.带压实装置的快速、均匀供料及变长线扫描系统。图8a-8c.变长线扫描选区烧结法和选区粘结法零件制造过程。图9a-9c.变长线扫描光敏液相法零件制造过程。尽管本专利技术的实现可以有多种形式的仪器设计，下面的例子给出一种实施例。需要指出的是，这种描述并不是打算将本专利技术限制在这个特殊形式上，相反地，本专利技术将覆盖所有的变换形式，所有受专利保护的内容。图1.是变长线扫描快速自动成型系统原理框图，该系统包括能量或粘结剂源(56)，变长线扫描器(57)、工型室(82)、原始材料供给(91)、成型气氛控制(87)、Z方向位移控制(99)，工作过程监视反馈系统(107)以及一台用于型体信息处理和控制成型系统的计算机(77)。计算机产生的型体信息用来控制变长线扫描系统的开关。变长线扫描系统包括变长线扫描器(57)和能量源或粘结剂源(56)。原料的供给(91)，工作气氛(87)和Z方向位移(99)也都是由计算机(77)来控制的。工作过程监视(107)包括各种参数(如温度，压力，气体成份等)的测量以及各层形貌的图象与设计层的图象的比较等。这种监视系统用以实现闭路控制。计算机采集的数据可以用来修正对能量源或粘结剂源(56)，变长线扫描器(57)，原料供给(91)，Z方向位移(99)以及工作气氛(87)的控制，从而实现智能化加工零件。某种程度上说，快速自动成型机是一个计算机输出设备，即“三维打印机”。输入的型体信息至少可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变长线扫描快速自动成型方法，其特征在于将机械零部件的三维型体信息在计算机中分成片，再将每一片以一定间距用线描述出来并转换成电信号去控制变长线扫描系统工作，变长线扫描光源或粘结剂源与原料相互作用，逐条线、逐个层地将零件制造出来。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宗贵升，
申请(专利权)人：宗贵升，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]