專利名稱：粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械結構創新領域，具體涉及一種實現常溫下粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構。
背景技術：
SLS技術(SLS:Selective Laser Sintering,粉末材料選擇性激光燒結)是一種快速成型工藝，將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的C02激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分連接；當一層截面燒結完后，鋪上新的一層粉末材料，選擇地燒結下層截面。總而言之，SLS技術是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件。其整個工藝過程包括CAD模型的建立及數據處理、鋪粉、燒結以及后處理等。現有的SLS燒結成型設備因為需要預熱和降溫，一般體積龐大。譬如，DTM公司的Sinterstation2500機型，加工尺寸是350_X 250_X 500mm,整臺設備大小約2500mmX IOOCtamX 2000mm。后來推出的 Sinterstation2500Plus 機型雖然縮小了 計算機存放的部分，但成型部分依然占據空間2000mmX IOOOmmX2500mm。國內華中科技大學研發出的HRPS — III A機型，加工尺寸是400mmX400mmX450mm,整臺設備大小也接近3000mmX1500mmX2500mm。另一方面，設于SLS燒結成型設備的成型工作臺處需要制成密封的工作倉，設備制造成本比較高。

發明內容
本發明的目的在于降低SLS設備的制造成本和操作時的環境要求，它提供了一種緊湊、剛性良好、造型穩定的機械結構，有利于成型技術的精確實施。進一步地，本發明解決了降低SLS燒結成型設備成本高、體積大的問題。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構，包括剛性支撐架、設于該剛性支撐架上部的激光及光路導引系統和電路系統、設于該激光及光路導引系統和電路系統下方的激光燒結成型區、設于該激光燒結成型區下方的粉箱和豎直驅動裝置和外殼。所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。進一步，所述激光燒結成型區包括開放式的成型工作區、設于該成型工作區內的成型平臺、設于該成型工作區內的粉兜和與該粉兜連接的水平驅動裝置；所述激光及光路導引系統和電路系統把激光束聚集于成型平臺；水平驅動裝置驅動粉兜掃過成型平臺上方(鋪粉)；豎直驅動裝置和成型平臺的底部連接，驅動成型平臺沿著豎直方向精細精確移動。進一步，所述剛性支撐架上部放置了激光發生裝置及光路導引系統、電氣及控制電路。此安排使設備光學及電路部分緊湊在一起，方便組裝和設備調試，也節省了設備的體積。
進一步，所述設備外殼正面留有觀察窗，通過該觀察窗可以直接觀看到成型的過程。進一步，所述設備外殼背面設有用于手動控制所述粉兜和成型平臺位置的后控制面板。進一步，所述激光燒結成型區還包括用于吸取所述成型工作區內粉塵的吸煙機。進一步，還包括帶有顯示屏的控制計算機、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要帶控制設備的電氣開關，其和所述激光及光路導引系統和電路系統位于剛性支撐架上部；計算機位于剛性支撐架的右中部；所述成型工作區位于剛性支撐架中部；豎直驅動裝置位于剛性支撐架的下部；吸煙機位于剛性支撐架的右下部。進一步，包括通用串行總線USB設備接入口、鍵盤和用于承托鍵盤的旋轉支架；旋轉支架和所述剛性支撐架活動軸連接，平時收起旋轉支架，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內部，使用時旋轉支架旋轉90°從而將鍵盤露出。進一步，所述剛性支撐架的背面還設有后門。進一步，所述剛性支撐架的底部設有腳輪和用于定位的支撐腳。與現有技術相比，本發明的有益效果如下:本發明采用以上結構，采用空心不銹鋼方管焊接而成的框架，使得設備整體結構緊湊、剛性良好、造型穩定，能有效地、精細地實現SLS技術。而且，該設備對環境的要求(溫度:0° C35° C，濕度:10%—95%)和成型過程中的工作條件，相對同類型SLS技術大大降低。該機械結構的設計使實現SLS技術的設備體積縮小了至少30%，重量更輕，從而降低了制造成本。并且，設備也更方便維護和操作。


圖1是本發明粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構實施例的立體示意圖一，圖中旋轉支架收起，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內；圖2是圖1所示實施例的的立體示意圖二，圖中旋轉支架旋轉展開，從而將鍵盤露出；圖3是圖1所示實施例的內部示意圖；圖4是圖1所示實施例的背面示意圖；圖5是圖1所示實施例的底面示意6是圖1中前控制面板的放大正視示意圖；圖中，1-剛性支撐架；101_觀察窗；102_后門；103_剛性支撐架上部；104_剛性支撐架中部；105_剛性支撐架下部；106_腳輪；107_支撐腳；108_換氣孔；109_框架；2-激光及光路導引系統和電路系統；21_激光源；22_擴束鏡；23_掃描振鏡裝置；24_平場聚焦透鏡；3_光燒結成型室；31_成型工作區；32_成型平臺；33_粉兜；34_吸煙機；4-粉箱；5-豎直驅動裝置；61_電源；62_計算機；621-顯示屏；63_前控制面板；631_急停開關；632_總電源開關；633_計算機電源開關；634_掃描振鏡裝置開關；635_激光及光路導引系統和電路系統電源開關；636-電壓表；637-電流表；64_后控制面板；7_USB設備接入口 ；8-鍵盤；9_旋轉支架。
具體實施例方式如圖1至圖6所示實施例粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構，包括剛性支撐架1、設于剛性支撐架I的控制系統、設于剛性支撐架I的激光及光路導引系統和電路系統2、設于該激光及光路導引系統和電路系統2下方的激光燒結成型區3、設于該激光燒結成型區3下方的粉箱4和豎直驅動裝置5，激光及光路導引系統和電路系統2、激光燒結成型區3和豎直驅動裝置5分別連接控制系統；激光燒結成型區3包括呈密閉結構的成型工作區31、設于該成型工作區31內的三維構件的成型平臺32、設于該成型工作區31內的粉兜33、與該粉兜連接的水平驅動裝置(未示出)和用于吸取成型工作區31內粉塵的吸煙機34，激光及光路導引系統和電路系統2和成型平臺32配合；水平驅動裝置驅動粉兜33沿著成型平臺32位移；豎直驅動裝置5和成型平臺32的底部連接，從而實現驅動成型平臺32沿著豎直方向位移。整個機械結構都由空心不銹鋼方管焊接而成，這使得設備剛性良好、造型穩定，也使得零部件的位置更確定，設備批量生產、組裝、調試、運行、維護時更少出現偏差和失誤。激光及光路導引系統和電路系統2包括激光源21、與該激光源21配合的擴束鏡22、與該擴束鏡22配合的掃描振鏡裝置23和與該掃描振鏡裝置23連接的平場聚焦透鏡
24;平場聚焦透鏡24設于成型平臺32上方，二者距離為透鏡24焦距。控制系統包括控制電路(未示出)、電源61、設有顯示屏621的計算機62和前控制面板63。前控制面板63包括急停開關631、總電源開關632、計算機電源開關633、掃描振鏡裝置開關634、激光及光路導引系統和電路系統電源開關635、監測用的電壓表636和電流表637。本實施例還包括設于顯示屏621下方位置處的USB設備接入口 7、設于USB設備接入口 7下方的鍵盤8和用于承托鍵盤8的旋轉支架9 ;旋轉支架9和剛性支撐架I活動軸連接，平時收起旋轉支架9，從而將鍵盤8藏在剛性支撐架I內部，旋轉支架9和剛性支撐架I的外表面融為一體；使用時旋轉支架9旋轉90度從而將鍵盤8露出。鍵盤8和計算機62用無線通信的方式連接。在成型平臺32的上方設有CXD (未示出)，該CXD和計算機62無線通信連接，從而把實時的成型狀況以圖像形式發送到計算機62。在成型平臺32的上方，可選擇性地安裝照明光源(例如LED)，以便更好地觀察成型過程。剛性支撐架I的正面設有觀察窗101，該觀察窗101位于和成型平臺32相配合的位置處；剛性支撐架I的背面設有用于控制粉兜33和成型平臺32位置的后控制面板64，剛性支撐架I的背面還設有后門102。打開后門102可以很方便地進行手動加粉、成型構件的脫盤、觀察成型平臺32的位置、清潔設備內部等操作。在激光成型過程中，后門102關閉，可以保證不會讓閑雜人員無意接觸激光而受到傷害。后控制面板64為控制系統的一部分。剛性支撐架I的外殼可標有公司名稱、設備型號等信息。本實施例中，剛性支撐架I包括剛性支撐架上部103、剛性支撐架中部104和剛性支撐架下部105;控制電路、電源61、前控制面板63和激光及光路導引系統和電路系統位于剛性支撐架上部103，計算機62位于剛性支撐架中部104 ;成型工作區31位于剛性支撐架中部104，吸煙機34位于成型工作區31外且設于剛性支撐架下部105。后控制面板64位于剛性支撐架上部103的背面，后門102位于剛性支撐架下部105的背面。剛性支撐架I的背面還可設有換氣孔108。本實施例尺寸可為:長1560mmX寬592mmX高1595mm，但不局限于此尺寸。剛性支撐架I的底部設有4個腳輪106和用于定位的6個支撐腳107。需要固定設備時，調節支撐腳107的長度即可。當需要移動設備時，把支撐腳107縮短至離開地面(這時設備由腳輪106支撐)，推動設備移動即可。本實施例粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構的其它結構參見現有技術。作為對本實施例的進一步說明，現說明其工作原理:激光經激光及光路導引系統和電路系統2的光路導引系統調制后，從剛性支撐架上部103出射下來，會聚到成型平臺32上；粉覽33會在每一次構件層面掃描燒結完后左右來回移動一次,密實地鋪上一層新粉；設于成型平臺32底部左、右兩端的粉箱4承接漏泄的粉材以便循環利用；剛性支撐架下部的豎直驅動裝置5驅動成型平臺32在豎直方向移動，使每一層新的粉材始終在會聚的激光束作用下被燒結。作為對本實施例的進一步說明，現說明其操作步驟:a、把stl”格式的三維模型文件輸入電腦，點擊“打開”，選擇該stl”文件；在“層高”對話框中設定層厚(譬如0.15mm);點擊“分層”，等軟件自動把三維模型構成一組截面圖(即“.pit”格式的文件)；b、利用我們特別設計的利用粉兜33將粉末材料均勻密實地鋪在成型平臺32上，使計算機62預設定的參數；按下前控制面板63上的掃描振鏡裝置開關634和激光及光路導引系統和電路系統電源開關635按鈕，啟動掃描振鏡裝置23和激光源21 ;點擊計算機顯示屏上的“成型”按鈕，激光脈沖開始輸出；經過激光及光路導引系統和電路系統2的光路導引系統，激光近垂直會聚在成型平臺32上；控制系統控制激光按照當前層的截面圖在粉層上掃描；設定好合適的激光功率、掃描密度、激光移動速度、掃描方式等，即可直接使粉材(即粉末材料)熔融，并與下面已成型的部分粘接。激光掃過去后，材料迅速冷卻固化，成型部分還受到周圍粉材的支撐，所以變得非常牢固。C、當一層截面燒結完后，豎直驅動裝置5控制成型平臺32精確地再下降一層的厚度，粉兜33移動，重新鋪粉，重新燒結，直至設備自動完成整個三維模型的疊層打印。d、利用后控制面板64把成型平臺32復位(即上升為初始位置)，掃去成型平臺32周圍的粉材(例如回收再利用)，小心取下三維實體，用壓縮空氣除去殘留粉材，用磨盤和砂紙加工表面，則一個三維模型即告完成；還可根據需要還進一步磨光上漆等。本發明并不局限于上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型。
權利要求
1.粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構，其特征在于:包括剛性支撐架、設于該剛性支撐架上部的激光及光路導引系統和電路系統、設于該激光及光路導引系統和電路系統下方的激光燒結成型區、設于該激光燒結成型區下方的粉箱和豎直驅動裝置和外殼。所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。
2.如權利要求1所述的機械結構，其特征在于:所述激光燒結成型區包括開放式的成型工作區、設于該成型工作區內的成型平臺、設于該成型工作區內的粉兜和與該粉兜連接的水平驅動裝置；所述激光及光路導引系統和電路系統把激光束聚集于成型平臺；水平驅動裝置驅動粉兜掃過成型平臺上方(鋪粉)；豎直驅動裝置和成型平臺的底部連接，驅動成型平臺沿著豎直方向精細精確移動。
3.如權利要求2所述的機械結構，其特征在于:所述剛性支撐架上部放置了激光發生裝置及光路導引系統、電氣及控制電路。
4.如權利要求2所述的機械結構，其特征在于:所述設備外殼正面留有觀察窗，通過該觀察窗可以直接觀看到成型的過程。
5.如權利要求2所述的機械結構，其特征在于:所述設備外殼背面設有用于手動控制所述粉兜和成型平臺位置的后控制面板。
6.如權利要求2所述的機械結構，其特征在于:所述激光燒結成型區還包括用于吸取所述成型工作區內粉塵的吸煙機。
7.如權利要求1所述的機械結構，其特征在于:還包括帶有顯示屏的控制計算機、前控制面板和后控制面板；所述前控制面板主要帶控制設備的電氣開關，其和所述激光及光路導引系統和電路系統位于剛性支撐架上部；計算機位于剛性支撐架的右中部；所述成型工作區位于剛性支撐架中部；豎直驅動裝置位于剛性支撐架的下部；吸煙機位于剛性支撐架的右下部。
8.如權利要求7所述的機械結構，其特征在于:包括通用串行總線USB設備接入口、鍵盤和用于承托鍵盤的旋轉支架；旋轉支架和所述剛性支撐架活動軸連接，平時收起旋轉支架，從而將鍵盤藏在剛性支撐架內部，使用時旋轉支架旋轉90°從而將鍵盤露出。
9.如權利要求6所述的機械結構，其特征在于:所述剛性支撐架的背面還設有后門。
10.如權利要求1所述的機械結構，其特征在于:所述剛性支撐架的底部設有腳輪和用于定位的支撐腳。
全文摘要
本發明公開了粉末材料選擇性激光燒結成型設備的機械結構，包括剛性支撐架、設于該剛性支撐架上部的激光及光路導引系統和電路系統、設于該激光及光路導引系統和電路系統下方的激光燒結成型區、設于該激光燒結成型區下方的粉箱和豎直驅動裝置和外殼。所述剛性支撐架全部由空心不銹鋼方管焊接而成的。本發明采用以上結構，能有效地、精細地實現SLS技術；而且，該設備對環境的要求(溫度0°C---35°C，濕度10%--95%)和成型過程中的工作條件，相對同類型SLS技術大大降低。該機械結構的設計使實現SLS技術的設備體積縮小了至少30％，重量更輕，從而降低了制造成本。并且，設備也更方便維護和操作。
文檔編號B22F3/105GK103100714SQ20131007337
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者余振新 申請人:余振新