专利名称：双轴联动扫描式选择性激光烧结装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种利用激光进行选择性烧结固体粉末的快速原型制造装置。
选择性激光烧结(SLS-Selective Laser Sintering)设备的工作原理是根据CAD模型切片分层所获得的数据，采用激光有选择地分层烧结固体粉末(如砂、塑料、蜡、陶瓷、金属等)，使烧结成型的固化层逐渐增长，从而生成所需形状的零件。现有技术的选择性激光烧结设备中，通常采用动态聚焦镜(或Fθ镜)及振镜外光路系统，通过摆动X、Y方向折射镜来达到对整个加工平面范围的制件进行扫描和烧结。由于折射镜的位置固定不变，所以折射镜在摆动扫描烧结过程中，激光的焦距总在变化，从而导致激光光斑直径、激光功率密度也发生变化，加工范围越大，对制件的烧结质量和烧结精度影响也越大。此外，这种现有技术的选择性激光烧结设备的造价高，制造难度较大。
本实用新型涉及了一种聚焦镜与加工平面之间的高度不变，激光聚焦后的焦距、光斑直径、激光功率密度均恒定，可提高制件精度、降低成本的选择性激光烧结设备。
本实用新型通过以下技术措施实现其功能。它由机身、工作平台、铺粉机构、送料机构、制件存放机构、X和Y轴联动系统、激光器、外光路系统和计算机控制系统组成。机身2上设置有工作平台1，设置在工作平台1上的X轴传动机构12、Y轴传动机构14可采用滚珠丝杠传动(或同步皮带传动)实现双轴联动，控制安置在Y轴传动机构14上的聚焦镜13实现任意曲线运动，激光光束由计算机控制通过外光路折射镜传送到聚焦镜13后，在工作平台1上聚焦即可实现扫描烧结。
送料辊10设置在工作平台1上，与同步带15相结合，并由普通调速电机16和同步带15传动使其在工作平台1上滚动实现铺粉。送料机构和制件存放机构构成了双缸Z轴传动系统，它们结构一致，均由活塞3、3’、工作缸4或料缸11、导柱5、导套6、步进电机7、同步皮带8、丝杠副9所组成。工作缸4和料缸11口设置于工作平台1表面，在工作缸4和料缸11中均有活塞3、3’，活塞3、3’与丝杆副9相结合，导柱5经过导套6与活塞3、3’相结合，丝杆副9由步进电机7通过同步皮带8传动。
本实用新型所说的双轴联动扫描式选择性激光烧结装置工作过程如下如每层烧结的粉末厚度为ΔH2，则首先调整工作缸4中活塞3的上表面低于工作平台1上表面ΔH2，料缸11内的粉末高于工作平台1上表面ΔH1(一般ΔH1≥ΔH2)，然后，驱动送料辊10将粉末从料缸11推赶到工作缸4内，完成第一层铺粉动作后回到起始位置等待，根据CAD模型切片分层所获得的数据，计算机控制双轴联动，有选择型地进行激光扫描烧结固体粉末后，料缸11内的活塞3’上升ΔH1，工作缸4内活塞3下降ΔH2，如此完成一次分层铺粉烧结工作循环，不断地重复铺粉烧结即可生长出所需形状的零件。
本实用新型所说的双轴联动扫描式选择性激光烧结装置具有以下优点(1)由于聚焦镜与加工平面之间的高度不变，激光聚焦后的焦距、光斑直径、激光功率密度均恒定，有利于提高制件精度。
(2)加工范围大。对于采用Fθ镜聚焦折射系统，要增大加工范围就必须增大Fθ镜的尺寸，这将大大提高Fθ镜的造价和制造难度；而动态聚焦折射系统的光斑直径也会因加工范围大而改变，影响加工精度。本双轴联动激光扫描烧结装置只要增大XY轴的行程就很容易增大加工范围，并且不会降低制造精度。
(3)制造成本低。本系统采用伺服电机、滚珠丝杠传动结构实现双轴联动，其造价仅为动态聚焦折射系统的十分之一，比Fθ镜聚焦折射系统也便宜许多。
(4)双缸Z轴传动系统的料缸和工作缸均可为铝板折弯铆接方缸结构，重量轻、加工范围大、制造容易；活塞上下运动采用步进电机、同步带轮减速、双滚珠丝杠驱动结构，具有受力均匀、运动平稳、扭矩大、电机功率小等特点；导向采用导柱导套结构，导柱表面镀铬，导套采用含油自润滑轴承，工作可靠、导向精度高、磨损小。
附
图1双缸Z轴传动系统装置结构原理图附图2XY双轴联动聚焦驱动装置结构原理图以下结合实施例对本实用新型所说的双轴联动扫描式选择性激光烧结装置作进一步的说明。
该设备由机身、工作平台、送料机构、制件存放机构、激光烧结机构和计算机控制装置组成。在机身2的工作平台1上设置有X轴与Y轴方向运动的双联动的聚焦镜13驱动装置，所说的双联动聚焦镜13驱动装置可用滚珠丝杆传动机构实现，也可以用皮带传动机构实现，其驱动动力可以采用伺服电机，伺服电机安置在滚珠丝杆的端部；激光烧结机构中的聚焦镜12安置在Y轴传动机构14上。由计算机控制和发出的激光烧结信号通过外光路折射镜送至聚焦镜13，在工作平台1上聚焦。
在工作平台2上设置有送料辊7，在工作平台2下设置有双缸Z轴传动系统构成的送料机构和制件存放机构，所说的送料机构和制件存放机构的结构形式相似，由工作缸11、料缸4、活塞3、导杆5、导套6、丝杆副9和动力驱动机构所组成，导杆5与丝杆副9安置在活塞3的底部，并经过缸底的导套6和丝杆孔。
权利要求1.一种双轴联动扫描式选择性激光烧结装置，由机身、工作平台、铺粉机构、送料机构、制件存放机构、激光器、外光路系统和计算机控制系统组成，其特征在于，在工作平台(1)上设置有实现双轴联动的X轴传动机构(12)和Y轴传动机构(14)，聚焦镜(13)安置在Y轴传动机构(14)上；由调速电机(16)和同步带(15)传动的送料辊(10)设置在工作平台(1)上，并与同步带(15)相结合；由送料机构和制件存放机构构成了双缸Z轴传动系统，由活塞(3)、(3’)、工作缸(4)、料缸(11)、导柱(5)、导套(6)、丝杠副(9)和动力驱动机构所组成，在工作缸(4)和料缸(11)中设置有活塞(3)、(3’)，活塞(3)、(3’)与丝杆副(9)相结合，导柱(5)经过导套(6)与活塞(3)、(3’)相结合，丝杆副(9)与由步进电机(7)传动的同步皮带(8)相结合。
2.按照权利要求1所说的激光烧结装置，其特征在于，所说的X轴传动机构(12)和Y轴传动机构(14)采用滚珠丝杠传动。
3.按照权利要求1所说的激光烧结装置，其特征在于，所说的X轴传动机构(12)和Y轴传动机构(14)采用同步皮带传动。
专利摘要一种利用激光进行选择性烧结固体粉末的双轴联动扫描式选择性激光烧结装置。由工作平台、铺粉机构、XY轴联动系统、双缸Z轴传动系统、控制系统等组成。工作平台上设有实现双轴联动的XY轴传动机构,聚焦镜安置在Y轴传动机构上实现任意曲线运动,送料辊设在工作平台上;Z轴传动系统由活塞、工作缸、料缸、导柱、导套、丝杠副等组成。本装置具有激光聚焦的焦距、光斑、激光功率密度恒定,可提高制件精度;加工范围大,制造成本低等优点。
文档编号B22F3/105GK2372077SQ9923763
公开日2000年4月5日 申请日期1999年5月5日 优先权日1999年5月5日
发明者王从军, 黄树槐, 肖跃加, 韩明, 李季, 陈茂权, 陈绪兵, 杨荣柏 申请人:华中理工大学