專利名稱：變長線掃描快速自動成型方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一個變長線掃描快速自動成型方法和裝置。屬于逐層材料添加法制造功能零部件領(lǐng)域。這個方法和裝置將計算機(jī)輔助設(shè)計的三維零部件用可變長度的線掃描法，通過逐層材料添加一步制造出來。光源與起始的光敏或熱敏材料相互作用，或是粘結(jié)劑作用于粉末，逐層固化并各層連接而制得三維固態(tài)零部件。這個方法的本質(zhì)是一種積分法制造三維實體。這個方法的核心是線掃描束長度可從點(diǎn)到任意長度連續(xù)動態(tài)可調(diào)。而這個方法的特點(diǎn)是原料的多樣性。
傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法可以歸納為材料去除法。在這些加工過程中，復(fù)雜或簡單的零件是由整體原料“減”出來的。去除法的例子包括銑、車、鉆、磨、切等。盡管這些方法在加工一些零件時很有用，它們存在很多問題。首先，這些傳統(tǒng)的材料去除法會產(chǎn)生大量的廢料，并且需要很有經(jīng)驗的工人去操作。所用的工具，如車刀、鉆頭等，既貴又不耐用。工具的磨損問題，不僅帶來換工具的費(fèi)用問題，還有一個精度問題。工具的磨損引起加工精度下降，是這些加工方法的真正問題，因為這些方法中精度通常是由螺距的精度控制的。其次，這些傳統(tǒng)的加工方法很難或不可能用于制造不規(guī)則外形并帶復(fù)雜內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)的零部件。遇上這類零部件，只能將其分成幾個部分加工，然后用螺釘、焊接或其它方法將這幾個部分組裝起來。
一個解決生產(chǎn)復(fù)雜不規(guī)則形狀零件的方法是鑄造法。但是鑄模的制造仍然是個問題。一般這類鑄模的制造是用手工進(jìn)行的。手工模具的精度差不說，生產(chǎn)周期也很長。一個復(fù)雜的木模，通常要花幾個月去做。若發(fā)現(xiàn)有設(shè)計問題返工的話，又要幾個月，這使得產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期大大加長，成本也隨之增高，很多企業(yè)因此難以及時更新產(chǎn)品，從而失去市場競爭力。
近幾個發(fā)展起來的材料添加法制造零部件，試圖從根本上解決上述問題，受到工業(yè)界的普遍關(guān)注。這些添加法有的正處于開發(fā)之中，有的已經(jīng)商品化。這些方法在一定程度上解決了傳統(tǒng)方法中的上述幾個問題，但本身也存在一些問題。到目前為止發(fā)展起來的十多種快速成型技術(shù)中，大多數(shù)采用逐層材料添加。而每一層的固化多用點(diǎn)掃描“寫”法，點(diǎn)掃描包括點(diǎn)聚焦激光掃描，如美國專利#4，575，330，#4，863，538，#5，169，579。在這三個專利中，原料分別為光敏液體高分子材料、粉末和氣體，通過激光誘導(dǎo)固化，激光加熱燒結(jié)以及激光誘導(dǎo)氣相沉積來實現(xiàn)選區(qū)固化。掃描的激光光束將每層逐點(diǎn)“寫”出來。選區(qū)粘結(jié)法(美國專利#5，204，055)是不用激光而逐點(diǎn)“寫”的方法。這個方法以粉末和粘結(jié)劑為原料，在鋪平的粉末表面上選擇地施加粘結(jié)劑從而達(dá)到逐層制造出三維實體的目的。對于小零件，這些逐點(diǎn)寫法還說得過去，生產(chǎn)大零件時，就會有生產(chǎn)速度的問題。就象用筆寫滿一頁紙不算難，要粉刷一面墻就有問題了。這時人們往往用板刷，甚至用墻紙，而不會用筆去寫。
點(diǎn)掃描方法還有一個溫度梯度大的問題。已固化部分在掃描點(diǎn)熱源的作用下，產(chǎn)生很大的溫度梯度，從而導(dǎo)致殘余應(yīng)力，引起零件變形。各種成型技術(shù)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)，如光敏液相法有個材料品種單調(diào)，即只能做光敏高分子材料的問題，還有一個遇上制造有懸空結(jié)構(gòu)的零件需先做支架的問題。選區(qū)激光燒結(jié)法所用材料多樣，可以是塑料、陶瓷、金屬或它們的復(fù)合材料，但未經(jīng)后處理的零件表面粗糙、密度低是個問題。工程技術(shù)人員期望能根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選用不同的成型技術(shù)。
本發(fā)明的目的之一就是提供一種方法和裝置，用于快而高質(zhì)量地材料添加法制造三維實體產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的之一就是提供一種方法和裝置，綜合多種成型技術(shù)于一體，一機(jī)多用。
本發(fā)明的目的之三就是要擴(kuò)充光敏材料的范圍，使液相法也可以做陶瓷或金屬材料;提高選區(qū)粉末燒結(jié)法中的原料密度，從而提高成品的密度和減輕表面粗糙度。
本發(fā)明的目的是通過以下方法實現(xiàn)的將計算機(jī)輔助設(shè)計的三維零部件用一切片程序分成片，再將每片以一定的間距用線描述出來。片間距和線間距是可調(diào)的加工參數(shù)。將這些各片層中線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號去控制變長線掃描系統(tǒng)工作，變長線掃描光源或粘結(jié)劑與起始材料相互作用，逐條線、逐個層地將設(shè)計的零件制造出來。
本發(fā)明的目的是通過下述裝置實現(xiàn)的在工作室的一個平板上加上一層均勻厚度的原料，光源或粘結(jié)劑在計算機(jī)的控制下，以一定的速度和線間距掃過之后，三維零件的第一個面就造出來了。將工作室的平板下降一定距離，相當(dāng)于第二層的厚度，再加上第二層原料，光源或粘結(jié)劑按照計算機(jī)中第二層的數(shù)據(jù)，將第二層掃描出來并連結(jié)在第一層上，如此逐層添加，就能制造出三維零件。原始材料可以是光敏或熱敏的，也可以是光敏材料和熱敏材料的混合。這個方法可以用來加工塑料、石蠟、金屬、陶瓷及它們的復(fù)合材料。若用粉末作原料，原料密度提高是通過一個粉末壓實機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案有以下優(yōu)點(diǎn)變長線掃描的引入，使生產(chǎn)零部件的速度大大提高，同時降低了溫度梯度，從而減小零件變形，提高了精度。壓粉裝置的引入，使選區(qū)燒結(jié)的零部件密度提高，從而增大強(qiáng)度，同時，也可改善表面粗糙程度。設(shè)計的裝置綜合了多種快速自動成型技術(shù)，實現(xiàn)了一機(jī)多用，因而大大擴(kuò)寬了原料范圍，包括氣體、液體和固體粉末。該裝置可用來加工塑料、石蠟、陶瓷、金屬及它們的復(fù)合材料零部件。不但可以解決計算機(jī)輔助設(shè)計中“看得見，摸不著”的問題，還使得復(fù)雜零部件的一步成型，特殊零件的高質(zhì)量、短周期、低費(fèi)用的制造成為可能。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1.是變長線掃描快速自動成型系統(tǒng)原理框圖。
圖2a-2c.是由CAD三維設(shè)計轉(zhuǎn)變成線掃描數(shù)據(jù)的示意圖。
圖3a和3b.為變長線掃描器，其中圖3a用粘結(jié)劑線掃描，圖3b用光源線掃描，圖3c和圖3d分別為粘結(jié)劑管的橫截面和擋塊與粘結(jié)劑管組裝橫截面。
圖4.球面柱鏡線聚焦光源線掃描系統(tǒng)，光源可以是紫外光、紅外光或白光。
圖5.變長線掃描法制造三維實體示意圖。
圖6.變長線掃描快速自動成型裝置實施例。
圖7.帶壓實裝置的快速、均勻供料及變長線掃描系統(tǒng)。
圖8a-8c.變長線掃描選區(qū)燒結(jié)法和選區(qū)粘結(jié)法零件制造過程。
圖9a-9c.變長線掃描光敏液相法零件制造過程。
盡管本發(fā)明的實現(xiàn)可以有多種形式的儀器設(shè)計，下面的例子給出一種實施例。需要指出的是，這種描述并不是打算將本發(fā)明限制在這個特殊形式上，相反地，本發(fā)明將覆蓋所有的變換形式，所有受專利保護(hù)的內(nèi)容。
圖1.是變長線掃描快速自動成型系統(tǒng)原理框圖，該系統(tǒng)包括能量或粘結(jié)劑源(56)，變長線掃描器(57)、工型室(82)、原始材料供給(91)、成型氣氛控制(87)、Z方向位移控制(99)，工作過程監(jiān)視反饋系統(tǒng)(107)以及一臺用于型體信息處理和控制成型系統(tǒng)的計算機(jī)(77)。計算機(jī)產(chǎn)生的型體信息用來控制變長線掃描系統(tǒng)的開關(guān)。變長線掃描系統(tǒng)包括變長線掃描器(57)和能量源或粘結(jié)劑源(56)。原料的供給(91)，工作氣氛(87)和Z方向位移(99)也都是由計算機(jī)(77)來控制的。工作過程監(jiān)視(107)包括各種參數(shù)(如溫度，壓力，氣體成份等)的測量以及各層形貌的圖象與設(shè)計層的圖象的比較等。這種監(jiān)視系統(tǒng)用以實現(xiàn)閉路控制。計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)可以用來修正對能量源或粘結(jié)劑源(56)，變長線掃描器(57)，原料供給(91)，Z方向位移(99)以及工作氣氛(87)的控制，從而實現(xiàn)智能化加工零件。
某種程度上說，快速自動成型機(jī)是一個計算機(jī)輸出設(shè)備，即“三維打印機(jī)”。輸入的型體信息至少可以有三種形式(一)計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)的三維實體文件;(二)由三維數(shù)字化儀掃描所得的仿真零件文件;或(三)由數(shù)學(xué)運(yùn)算而得的數(shù)學(xué)模型。無論以何種方式得到的三維型體信息，都需要經(jīng)過預(yù)處理，才能用于成型機(jī)。如圖2所示，三維實體(1)先經(jīng)過切片(Slicing)處理，切成一系列的一定厚度的片層(2)，然后將這些片層逐層以一定間距的線(3)表示出來。這些線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)就是線掃描系統(tǒng)的控制信號。
變長線掃描器(57)可以有多種設(shè)計。即可使用能量源或粘結(jié)劑源(56)。圖3給出了兩個例子。圖3a是變長線粘結(jié)劑束掃描器。線粘結(jié)劑束是由一個帶一定寬度和長度狹縫(12)的供粘結(jié)劑管(4)來實現(xiàn)的，這個管與一粘結(jié)劑源(5)相連，由泵來實現(xiàn)勻速供給粘結(jié)劑。狹縫的寬度與成型加工時的分辨率有關(guān)，其長度可根據(jù)設(shè)計的最大加工零件的尺寸來定。粘結(jié)劑的變長是由兩塊可沿粘結(jié)劑管長度方向往復(fù)運(yùn)動的擋塊(6，7)來實現(xiàn)的。圖3c和圖3d分別為粘結(jié)劑管(4)的橫截面和擋塊(7)與粘結(jié)劑管(4)組裝橫截面。擋塊所到之處，粘結(jié)劑被擋住。兩個擋塊在管中心相遇時，無粘結(jié)劑輸出，相應(yīng)于變長線掃描器關(guān)閉的狀態(tài)。這兩個擋塊分別由兩個馬達(dá)(8，9)驅(qū)動并由計算機(jī)(77)根據(jù)上述的座標(biāo)數(shù)據(jù)來控制。粘結(jié)劑管和擋塊及其驅(qū)動馬達(dá)都裝在一個支撐架(10)上，這個支撐架由另一個馬達(dá)(11)驅(qū)動，可沿粘結(jié)劑管的徑向往復(fù)運(yùn)動。同樣，這個運(yùn)動也是由計算機(jī)(77)根據(jù)上述座標(biāo)數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。另一種線掃描器如圖3b所示，是一種變長線光源掃描器，由一塊有狹縫(19)的板(13)和兩塊擋光板(14，15)組成。板上帶有電機(jī)(16)，驅(qū)動板沿平面上的一個軸向往復(fù)運(yùn)動。兩個擋光板上也分別裝有電機(jī)(17，18)，驅(qū)動擋光板沿垂直于板運(yùn)動方向的軸方向移動。板和擋板的移動都是由計算機(jī)(77)控制的，控制信號就是所要制造零件的型體信號。光源在狹縫(10)上方一定距離，板將其與原料分隔。光源可以是紅外線、紫外線或白光。
上述變長線掃描器的支撐架或板靠近原料的一面可以裝加熱器來預(yù)熱原料。
為增加光源強(qiáng)度，提高效率，光源可以是線聚焦的，如圖4所示。一個直光管在凹球面柱鏡(22)的聚焦下成為線聚焦光源(23)。光源置于變長線掃描器(57)之上，線聚焦光(23)穿過變長線掃描器的狹縫(19)，其線長度受變長線掃描器調(diào)節(jié)。
如果線光源以及變長線掃描器的最大掃描范圍大于要制做零件的最大尺寸，一步掃描就可以制得零件的一層，如圖5所示。變長掃描器(57)沿著圖中箭頭所指的方向移動，并連續(xù)改變線掃描長度(58)，就將原料(59)固化成設(shè)計的形狀(1)。
激光源也可以聚焦成線光源，但對大零件來說，要將激光聚成很長的一定強(qiáng)度的線光源是不容易做到且需要很大功率的激光器。在這種情況下，可以采用多束激光并用的方法，也可以采取分段掃描來實現(xiàn)大零件的制造。
圖6是變長線掃描快速自動成型裝置實施例設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。為描述方便起見，控制柜(478)和成型柜(477)中的許多細(xì)節(jié)均未畫出。控制柜中包括計算機(jī)，變長線掃描器控制部分，原料供給控制系統(tǒng)，Z方向位移控制系統(tǒng)，工作氣氛控制系統(tǒng)，還有成型機(jī)工作狀態(tài)指示等。成型柜中包括工作室(82)，變長線掃描系統(tǒng)，粘結(jié)劑供給泵等。工作室有一個觀察窗(500)。工作室內(nèi)有三個“活塞”筒(101，102，103)，中間的是零件加工筒(102)，兩邊的是原料供給筒(101，103)?；钊矡o上蓋，原料表面與線掃描能量束或粘結(jié)劑束垂直。三個馬達(dá)(121，122，123)分別驅(qū)動三個活塞上下移動，位移的控制是由計算機(jī)(77)來完成的。其中零件加工筒(102)中的活塞位移精度直接影響加工零件精度。
工作室中至少還應(yīng)包括變長線掃描器導(dǎo)軌、原料上表面環(huán)境溫度測量裝置、用于氣氛控制的氣體進(jìn)口和出口，這種進(jìn)口和出口由計算機(jī)通過一附屬的真空系統(tǒng)來實現(xiàn)工作室的真空及保護(hù)氣體或反應(yīng)氣體的控制。
變長線掃描系統(tǒng)(56，57)和三個“活塞”筒的相對位置如圖7所示。原料鋪平是由反向旋轉(zhuǎn)的滾子(133，134)來實現(xiàn)的。若是粉末原料，還需壓實板(131，132)來增加粉末的密度。鋪平滾(133，134)、壓實板(131，132)與變長線掃描系統(tǒng)(56，57)成一組，可使進(jìn)料，選擇固化同時進(jìn)行，從而提高成型速度。
如果是粉末原料，成型機(jī)的工作過程如圖8a-8c所示。在圖8a中，變長線掃描系統(tǒng)(56，57)處于起始位置，兩個原料筒(101，103)填滿粉末(137)，中間的零件加工筒(102)也被鋪上一層均勻的粉末，這些都是在預(yù)鋪粉時完成的。加工開始，變長線掃描系統(tǒng)(56，57)、滾子(133，134)和壓板(131，132)一起右移，同時左原料筒(101)中的活塞上移一定距離，使一定厚度的粉末被推出參照平面(777)，這個厚度一般在100-500微米左右。零件加工筒(102)中的活塞下移一定距離，使其中的粉末表面處于加工平面(778)上，加工平面是指線掃描的設(shè)定光聚焦或噴射粘結(jié)劑面，加工平面與參照面之間的距離，應(yīng)等于圖2b中的切片層距，一般為100微米左右。
如圖8b所示，滾子(133)在向右移的同時，反向旋轉(zhuǎn)，將粉末(137)均勻地沿途鋪平。當(dāng)變長線掃描器(57)的狹縫達(dá)到所定義的零件層(779)的最左邊沿時，變長線掃描即開始，或是用光子加熱使粉末選區(qū)燒結(jié)或是以粘結(jié)劑選區(qū)粘結(jié)。這樣鋪粉在后，掃描在前，一層固化后，下一層的粉也鋪好了。變長線掃描系統(tǒng)(56，57)達(dá)到了右端起始位置，如圖8c所示。這時工作室(102)的活塞或者下移一步，使粉末表面回到加工表面，或者先上移一步使粉末表面頂上壓板(132)，以使壓實，然后再回到加工表面。上升的距離由壓實的程度來定。而右邊的原料筒(103)中的活塞則上移一定距離，使一定厚度的粉末(100-500μm)左右被推出參考表面。變長線掃描系統(tǒng)(56，57)左移，右邊的滾子(134)反轉(zhuǎn)將粉末沿途鋪平。變長線掃描器的狹縫達(dá)到所定義的新的一層零件層的最右邊沿時變長掃描開始工作，選區(qū)燒結(jié)或粘結(jié)使當(dāng)前層固化并連結(jié)到已固化的前一層上。當(dāng)變長線掃描系統(tǒng)移動到左端起始位置時，又可以開始下一層的鋪粉掃描。如此反復(fù)，直到零件的最后一層。將所有未被燒結(jié)或粘結(jié)的粉末去掉就可以得到一個三維的實體零件。視零件的用途可以進(jìn)行不同的后期處理。包括打磨、拋光、滲透、和涂層等。粘結(jié)的實體通常要先進(jìn)行常規(guī)燒結(jié)，以提高強(qiáng)度。
左右兩個原料筒中的粉末可以是同種的，也可以是不同種的，這樣加工出的零件可以是均勻材料，也可以是層狀復(fù)合材料組成的。由于即使兩筒都采用同一種粉末，該粉末也可以是復(fù)合粉末，即有多種材料組成，這是實現(xiàn)復(fù)合材料零件的方法之一。方法之二可以是通過后處理來實現(xiàn)復(fù)合材料零件。即通過材料滲透，來實現(xiàn)這一點(diǎn)。
粉末燒結(jié)也可以是在反應(yīng)氣氛下進(jìn)行，如Si粉在氮?dú)庵袩Y(jié)可以生成Si3N4陶瓷材料。又如Al粉在空氣中燒結(jié)可以生成Al2O3。這種燒結(jié)通常叫反應(yīng)燒結(jié)。
若要用氣體作原料，變長線掃描系統(tǒng)(56，57)僅在零件加工筒(102)上方工作，加工筒中的活塞上裝有一塊平整的板，氣相在受熱或受光化學(xué)誘導(dǎo)時易于在其上表面形核生長。這塊平板的表面起初處于加工表面上，然后活塞在加工過程中下移，下移的距離與零件片層間距有關(guān)。一次下移與另一次下移的時間間隔與氣相沉積的速度和每層的厚度相關(guān)。
如果使用液體作原料，其工作過程如圖9a-9c所示。圖9a表示起始狀態(tài)，變長線掃描系統(tǒng)在一邊，比如說左邊，三個筒中的液面都在參考面(777)上。這種情況下，參考面和加工面一致。加工開始時掃描系統(tǒng)(56，57)右移，當(dāng)變長線掃描器的狹縫遇到所定義的零件層的最左邊沿時，變長線掃描器就開始工作，選區(qū)光敏固化使當(dāng)前層固化(圖9b)。當(dāng)掃描系統(tǒng)達(dá)到右邊起始位置時，加工筒(102)中的活塞下降一定距離。而左右兩個原料筒(101，103)中的活塞各上升一定距離，使兩個筒中被上頂?shù)脑?333)足以填平加工筒中下降的部分。這時掃描系統(tǒng)開始向左移，滾子(133，134)可幫助把粘滯系數(shù)較大的液體鋪平。當(dāng)變長線掃描器的狹縫遇到所定義的零件層的最右邊時，變長掃描又開始。固化當(dāng)前層并將其連結(jié)到前一層上。這樣如此反復(fù)，三維零件就造出來了。液體原料可以是光敏高分子材料，用來制造塑料零件。也可以是熱敏聚合物來制造金屬或陶瓷零件。例如用Polycarbosilane(聚碳硅烷)就可以制得Sic零件。
以上描述可以看到，同一臺機(jī)器可以用氣體、固體粉末、液體或它們的混合物作原料，實現(xiàn)一機(jī)多用。
上述各成型過程控制可以是開路的，即計算機(jī)(77)只發(fā)執(zhí)行指令無反饋信息。也可以是閉路的，即計算機(jī)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)(107)反回的信息對下一步的指令實行修正。比如可以將每層的表面形貌用攝像機(jī)攝入計算機(jī)，與設(shè)計形貌作比較，若在誤差范圍內(nèi)兩者相同，就繼續(xù)執(zhí)行下層原始指令，若有超出誤差范圍的差別，就修正指令。例如動態(tài)調(diào)節(jié)光強(qiáng)度或粘結(jié)劑流量，調(diào)節(jié)溫度，壓力，氣體以及進(jìn)料量等來較正誤差。以此來實現(xiàn)成型的智能化。
權(quán)利要求
1.一種變長線掃描快速自動成型方法，其特征在于將機(jī)械零部件的三維型體信息在計算機(jī)中分成片，再將每一片以一定間距用線描述出來并轉(zhuǎn)換成電信號去控制變長線掃描系統(tǒng)工作，變長線掃描光源或粘結(jié)劑源與原料相互作用，逐條線、逐個層地將零件制造出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于電信號控制成型過程可以是閉路的或開路的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于變長線掃描系統(tǒng)的掃描線長從點(diǎn)到任意長度連續(xù)動態(tài)可調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于變長線掃描系統(tǒng)的線束可以是聚焦光源、散光源或粘結(jié)劑線束，光源可以是紫外光、紅外光或白光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于原料多樣性，包括氣體、液體、固體粉末或它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于液體原料可以是光敏高分子材料，也可以是熱敏材料，如Polycarbosilane(聚碳硅烷)。
7.一種變長線掃描快速自動成型裝置，其特征在于包括三維型體信息處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)用于選擇固化原料的能量源或粘結(jié)劑源變長線掃描系統(tǒng)工作室原料表面相對工作室平面上升和下降控制系統(tǒng)進(jìn)料系統(tǒng)工作過程監(jiān)視系統(tǒng)輔助裝置
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于有一個密封的工作室，工作室內(nèi)的溫度和氣體成分是可以控制的，工作室包括觀察窗。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于一變長線掃描系統(tǒng)置于工作室內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于上述變長線掃描系統(tǒng)有一光源，并有兩塊擋光板和狹縫，能作平面變長線光束掃描。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于上述變長線掃描系統(tǒng)有一粘結(jié)劑源，并有兩個擋塊和帶狹縫的管，能作平面變長粘結(jié)劑束掃描。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于工作室中有兩個可以反向旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速可調(diào)的滾子，用于輔平原料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于在工作室內(nèi)與上述滾子相連有兩塊壓板，用于粉末壓實，增加密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于上述壓板靠原料的一面裝有加熱器，可以將原料表面預(yù)加熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于上述變長線掃描系統(tǒng)、滾子和壓板成為一組，架于工作室中一導(dǎo)軌上，進(jìn)料和掃描可同時進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于工作室的底部三個活塞筒，活塞的上下移動由計算機(jī)控制;中間活塞筒為加工筒，邊上兩個為原料供給筒。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置來生產(chǎn)氣相沉積零件的步驟，其特征在于在加工筒中的活塞上放上一平板，氣相在受熱或受光化學(xué)誘導(dǎo)在板上表面形核并生長，選區(qū)沉積開始時，這塊板的上表面處于加工表面，加工過程中活塞下移，下移的距離與零件的片層間距相同，下移的頻率與氣相沉積速度和每層厚度相關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置來生產(chǎn)光敏液體固化零件的步驟其特征在于起始狀態(tài)，變長線掃描系統(tǒng)在一邊，如左邊，三個筒中的液面都在加工面上;加工開始，變長線掃描系統(tǒng)的狹縫右移到所定義的零件層的最左邊沿時，變長線掃描開始，選區(qū)光敏固化使當(dāng)前層固化;當(dāng)掃描器到達(dá)右邊起始位置時，加工筒中的活塞下降一片層間距，而左右兩個原料筒中的活塞各上升一定距離，使兩個筒中被上頂?shù)脑献阋蕴钇郊庸ね仓邢陆档牟糠郑@時變長線掃描系統(tǒng)開始向左移，滾子可幫助把粘滯系數(shù)較大的液體鋪平，當(dāng)變長線掃描系統(tǒng)的狹縫遇到所定義的零件層的最右邊時，變長掃描又開始，固化當(dāng)前層并將其連結(jié)到前一層上;這樣如此反復(fù)，三維零件就制造出來了。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置來生產(chǎn)粉末固化零件的步驟，其特征在于先預(yù)鋪粉，變長線掃描系統(tǒng)處于起始位置，如左邊，兩個原料筒填滿粉末，中間的零件加工筒中也鋪上一層均勻的粉末;加工開始，變長線掃描系統(tǒng)、滾子、和壓板一起向右移，同時左原料筒中的活塞上移一定距離，使一定厚度的粉末被推出參照平面，這個厚度一般在100-500微米左右，零件加工筒中的活塞下移一片層距;滾子在向右移的同時，反向旋轉(zhuǎn)，將粉末均勻的沿途鋪平;當(dāng)變長線掃描系統(tǒng)的狹縫達(dá)到所定義的零件層實體的最左邊沿時，變長掃描即開始，或是用光子加熱使粉末選區(qū)燒結(jié)或是以粘結(jié)劑選區(qū)粘結(jié);這樣鋪粉在后，掃描在前，一層固化后，下一層的粉也鋪好了;變長線掃描系統(tǒng)達(dá)到了右端起始位置時，工作室的活塞或者下移一步，使粉末表面回到加工表面，或者先上移一步使粉末表面頂上壓板，以使壓實，然后再回到加工表面，上升的距離由壓實的程度來定;而右邊的原料筒中的活塞則上移一定距離，使一定厚度的粉末(100-500μm左右)被推出參考表面;變長線掃描系統(tǒng)左移，右邊的滾子反轉(zhuǎn)將粉末沿途鋪平;變長線掃描系統(tǒng)的狹縫達(dá)到所定義的新的一層零件層的最右邊沿時變長掃描開始，選區(qū)燒結(jié)或粘結(jié)使當(dāng)前層固化并連結(jié)到已固化的前一層上;當(dāng)變長線掃描系統(tǒng)移動到左端起始位置時，又可以開始下一層的鋪粉掃描;如此反復(fù)，直到零件的最后一層;將所有末被燒結(jié)或粘結(jié)的粉末去掉就可以得到一個三維的實體零件，視零件的用途可以進(jìn)行后期處理;粘結(jié)的實體通常要先進(jìn)行常規(guī)燒結(jié)，以提高強(qiáng)度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的步驟，其特征在于兩個原料筒分裝不同的原料，來造層狀復(fù)合材料零件。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的步驟，其特征在于粉末在反應(yīng)氣氛中燒結(jié)，生成不同于原料的反應(yīng)物零件。
全文摘要
一種變長線掃描快速自動成型方法和裝置。這種制造方法和裝置將計算機(jī)中儲存的任意機(jī)械零部件的三維型體信息通過材料添加法逐層選區(qū)粘結(jié)或固化原料直接制造出來，無需特殊工具或人工干涉。該裝置包括變長線掃描系統(tǒng)、計算機(jī)型體信息處理和精密自動控制系統(tǒng)、能量源和粘結(jié)劑源、工作室和進(jìn)料系統(tǒng)、工作過程監(jiān)視反饋系統(tǒng)及輔助裝置。該裝置可用于直接生產(chǎn)模型、模具及其它功能零部件。解決了同類裝置生產(chǎn)速度慢、所用原料有局限性等問題，并能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號B23P23/00GK1100020SQ9410649
公開日1995年3月15日 申請日期1994年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月24日
發(fā)明者宗貴升 申請人:宗貴升