一种均热防断层选择性激光烧结装置及其制造方法与流程

本发明涉及化工复合材料技术领域，尤其涉及一种均热防断层选择性激光烧结装置及其制造方法。

背景技术：

选择性激光烧结是sls法采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。在成型后的产品会存储时间过长后会因为内应力释放而变形，打印件表面质量通常一般。其特征是生产效率较高，运营成本较高，设备费用较贵。

现有技术中的3d选择性激光烧结其痛点在于：1、现有技术通常采用固定式热辐射源对待打印区域的粉料进行预热，由于距发热点距离不均，存在明显的受热不均匀、粉料预热均一性不好的问题，很大程度上影响了打印产品的性能和稳定性；2、在成型区不断随着打印过程下移时，由于是机械式的活塞升降，同时烧结区域热量分布不均衡，不可避免地会在移动中影响甚至撕裂未完全固化的烧结区域，导致烧结区域内应力集中甚至直接造成分层断裂。

因此，市面上急需一种3d打印时预热均匀、烧结成型性好、烧结成品性能均匀、烧结无断层、烧结成品结构稳定的均热防断层选择性激光烧结装置及其制造方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种3d打印时预热均匀、烧结成型性好、烧结成品性能均匀、烧结无断层、烧结成品结构稳定的均热防断层选择性激光烧结装置及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种均热防断层选择性激光烧结装置，由机座、激光扫描装置、打印工作腔、送料装置、成型腔组成，其中激光扫描装置通过激光通道及设置在激光通道下端的保护透光板与打印工作腔连通，使激光能透射到位于打印工作腔底部中心下方的成型腔上表面；该激光烧结装置通过调整激光扫描装置控制激光射出角度和位置将尼龙基粉末配合成型腔活塞组件的运动逐层打印为零件；打印工作腔右侧上端设置有保护气体入口，左侧下端设置有保护气体出口，底部两侧设置有与送料装置匹配的铺粉装置；送料装置由原料粉腔和送料活塞组成；打印工作腔内在不影响激光通道的区域、成型腔位置对应的正上方设置有均匀分布的预热装置，在机座内表面与成型腔对应位置固定有上表面与打印工作腔底面平齐的均热块，均热块不随成型腔活塞组件运动；在预热装置下方和成型腔位置上方的中间区域，还通过铰链悬吊有与成型腔面积相当且位置对应的太阳能超白压延玻璃制成的、厚度1mm-2mm的均热透光板，所述均热透光板上表面等距蚀刻有线条宽度180μm-195μm、线条高度5μm-7μm、线条间距5mm的多组圆形和不完整圆形凸纹构建成的光盘纹；

其中所述均热透光板的制造方法为：

s1：准备形状尺寸与成型腔上表面相当、厚度1mm-2mm的方形太阳能超白压延玻璃片；

s2：在太阳能超白压延玻璃片的四角钻出φ3mm-φ6mm的铰链孔，采用酚醛树脂热熔后在太阳能超白压延玻璃片的表面构画线条宽度180μm-195μm、线条间距5mm的多组圆形和不完整圆形图样，直至不完整圆形的边缘贴近铰链孔后停止构画；

s3：采用氢氟酸饰刻太阳能超白压延玻璃片，蚀刻深度5μm-7μm；

s4：去除酚醛树脂并抛光蚀刻表面，获得所需均热透光板。

上述的一种均热防断层选择性激光烧结装置中，均热块的材料为陶瓷、玻璃、金属中的任意一种。

上述的一种均热防断层选择性激光烧结装置中，均热块的材料为金属。

上述的一种均热防断层选择性激光烧结装置中，均热块的材料为硅系铝合金。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：1本发明不同于现有技术单纯通过采用固定式热辐射源对待打印区域的粉料进行预热，本发明在固定式热辐射源和待预热粉料之间悬挂了一片具备吸热及散光性能的均热透光板，一方面利用其作为太阳能超白压延玻璃高的吸热传热性能，使本来以多个特定点为热源的传热方式转为面化的热辐射传热方式，同时保证足够的透光性使激光仍能直射待烧结区域，另一方面通过构建特殊的表面微结构——光盘纹，使辐射传热更均匀地向下方散布，进一步提升粉料预热的均匀性，解决了现有技术由于距发热点距离不均，存在明显的受热不均匀、粉料预热均一性不好的痛点，在很大程度上改善了打印产品的性能和稳定性。2本发明还通过在成型区外设置用于固定成型区内粉料和均匀传导粉料热量的均热板，一方面降低了成型区在不断随着打印过程下移时造成的应力集中甚至直接造成分层断裂的问题，另一方面帮助不同区域的粉料受热均匀，无论是预区域的待打印粉料或是已烧结后下沉的余粉及余粉中未完全固化的零件，获得了成品零件烧结成品性能均匀、烧结无断层、烧结成品结构稳定的直接结果。因此，本发明具有3d打印时预热均匀、烧结成型性好、烧结成品性能均匀、烧结无断层、烧结成品结构稳定的特性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为均热透光板俯视图；

图3为采用本发明打印的成品a与普通装置打印成品b对比图；

图4为采用本发明装置打印的零件与余粉混合体从成型腔内脱出时的实品样貌示意图；

图5为采用普通装置打印的零件与余粉混合体从成型腔内脱出时的实品样貌示意图。

图中：保护气体出口1、铺粉装置2、打印工作腔3、原料粉腔4、送料活塞5、均热块6、均热透光板7、激光扫描装置8、保护透光板9、零件10、成型腔11、预热装置12、成型腔活塞组件13、保护气体入口14。

具体实施方式

实施例1：

一种如图1所示的均热防断层选择性激光烧结装置，由机座、激光扫描装置8、打印工作腔3、送料装置、成型腔11组成，其中激光扫描装置8通过激光通道及设置在激光通道下端的保护透光板9与打印工作腔3连通，使激光能透射到位于打印工作腔3底部中心下方的成型腔11上表面；该激光烧结装置通过调整激光扫描装置8控制激光射出角度和位置将尼龙基粉末配合成型腔活塞组件13的运动逐层打印为零件10；打印工作腔3右侧上端设置有保护气体入口14，左侧下端设置有保护气体出口1，底部两侧设置有与送料装置匹配的铺粉装置2；送料装置由原料粉腔4和送料活塞5组成；打印工作腔3内在不影响激光通道的区域、成型腔11位置对应的正上方设置有均匀分布的预热装置12，在机座内表面与成型腔11对应位置固定有上表面与打印工作腔3底面平齐的由zl102制成的均热块6，均热块6不随成型腔活塞组件13运动；在预热装置12下方和成型腔11位置上方的中间区域，还通过铰链悬吊有与成型腔11面积相当且位置对应的太阳能超白压延玻璃制成的、厚度1mm-2mm的均热透光板7，所述均热透光板7上表面等距蚀刻有如图2所示的线条宽度180μm-195μm、线条高度5μm-7μm、线条间距5mm的多组圆形和不完整圆形凸纹构建成的光盘纹；

其中所述均热透光板7的制造方法为：

s1：准备形状尺寸与成型腔11上表面相当、厚度1mm-2mm的方形太阳能超白压延玻璃片；

s2：在太阳能超白压延玻璃片的四角钻出φ3mm-φ6mm的铰链孔，采用酚醛树脂热熔后在太阳能超白压延玻璃片的表面构画线条宽度180μm-195μm、线条间距5mm的多组圆形和不完整圆形图样，直至不完整圆形的边缘贴近铰链孔后停止构画；

s3：采用氢氟酸饰刻太阳能超白压延玻璃片，蚀刻深度5μm-7μm；

s4：去除酚醛树脂并抛光蚀刻表面，获得所需均热透光板7。

通过本实施例打印的产品，其打印零件与余粉混合体从成型腔内脱出时的实品样貌如图4所示，将其中的零件剥出后零件呈现的状态为图3中的a零件；与之对应的是，采用同一基础打印设备、同样打印程序、未设置均热块6和均热透光板7的打印产品，其打印零件与余粉混合体从成型腔内脱出时的实品样貌如图5所示，将其中的零件剥出后零件呈现的状态为图3中的b零件，很明显，通过本实例打印出的产品其表面光结度、整体结合情况、打印尺寸精度和成品稳定性均优于通过常规技术打印成型的产品。

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

均热块6由氮化铝陶瓷制成

相较于实施例1，均热块固型能力不变，但均热能力变差，以纯pa12为基础材料，通过本实施例打印的产品，其平均延伸率低于实施例1打印产品1.6%。

实施例3：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

均热块6由钢化玻璃制成

相较于实施例1，均热块固型能力增强，但均热能力变差，以纯pa12为基础材料，通过本实施例打印的产品，其尺寸精度提升0.1%（如10mm的设计尺寸，实施例1打印出来是10.03mm，本实施例为10.02，当然，该数据仅作粗略类比，不能精确到所有尺寸一一对比，但整体趋势仍有具有统计意义的体现），平均延伸率低于实施例1打印产品2.2%。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。