[实用新型]超声聚焦三维快速成型装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种快速成型技术，也称为快速原型（Rapid prototyping，RP）技术，特别涉及一种超声聚焦三维快速成型装置。

背景技术

快速成型技术，也称为快速原型（Rapid prototyping，RP）技术，是20世纪70年代末到80年代初产生的一种新型制造技术，它基于“离散/堆积”增材制造原理，和常规的去材制造不同，采用逐层累加制造的方法完成任意复杂零部件或实体的制作，是先进制造技术的重要组成部分。

RP是基于离散/堆积成形的数字化制造技术，它集成了激光、计算机、数控、精密伺服驱动、新材料等各种高新技术。通过离散，将复杂的三维形体进行降维处理；通过堆积使二维层片结合成复杂的三维实体。其基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型），然后将CAD模型转化为STL文件格式，用分层软件将计算机三维实体模型在高度方向离散为一系列具有一定厚度、一定形状的薄片，最后在计算机控制下有选择的固化或粘结某一区域的材料，从而形成零件实体的一个层面，并逐渐堆积生成对应原型。

目前快速原型技术的工艺方法已经有几十种，并且新工艺、新方法还在不断出现，按成型核心工具不同，RP系统可以分为两大类：基于激光技术（光固化立体造型SLA，分层实体制造LOM，选择性激光烧结SLS）和基于微滴技术（熔融沉积制造FDM，三维印刷3DP，实体磨削固化SGC、多项喷射沉积MJD等）的RP技术，但商品化较好的主要还是SLA，LOM，SLS，FDM，下面仅就他们的研究现状做一下介绍：

（1）光固化立体造型（SLA）以光敏树脂为原料，在加工过程中，工作台表面浸在液体的光敏树脂中，一定功率的光照到光敏树脂表面，通过光聚合反应导致固化，一层固化完成后，工作台下降一定高度，重新覆盖一薄层树脂材料，光照固化新层。如此反复，直到零件生成。SLA是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的一种RP技术，其成型工艺稳定，成型精度可达0.1 mm，表面质量较好，可直接制造精细零件和塑料件，制件为透明体。但其自身也存在局限性：SLA设备昂贵，光敏树脂价高，并且通常用的树脂都是热固性的光敏树脂，不能多次加热融化。

（2）分层实体制造（LOM）采用薄片材料如纸、金属箔、塑料薄膜等，由计算机控制光束，按模型每层的内外轮廓线切割薄层材料，得到该层的平面形状，并逐层堆放成零件原型，在堆放时，层与层制件以粘结剂粘牢，因此成型件无内应力，无变形，成型速度快，不需支撑，制件精度高。但LOM不能直接制作塑料制品，原型的抗拉强度和弹性也不够理想，成型后的原型件应尽快做防潮处理。LOM法适用于制作结构简单的中大型原型，特别适合于直接制作砂型铸造模。

（3）选择性激光烧结（SLS）选用各种粉末材作为烧结材料，通过激光的选择性扫描使粉末表面局部或部分融化，融化的液体在冷却凝固过程中使粉末颗粒相互连接，从而完成单一层面的加工，烧完一层，基体下移一个厚度，新铺一层粉末进行新层烧结，此过程反复进行直至生成三维实体，完成后去掉未烧结的粉末，即得到成型件。SLS成型材料品种多，用料节省，成型件性能分布广泛。SLS的缺点是：制品易变形，需预热和冷却，成型过程有毒气体和粉尘，污染环境。

（4）熔融沉积制造（FDM）采用热熔喷头，使半流动状态的材料流体按模型分层数据控制的路径挤压出来，并在指定的位置沉积、凝固成型，这样逐层沉积、凝固后形成整个原型，该方法加工没有粉末，总体误差约为0.毫米。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种超声聚焦三维快速成型装置。

本实用新型是由超声波发生器、云台、滑台、转台、水槽、树脂容器和计算机控制系统组成，超声波发生器和树脂容器均置于水槽中，超声波发射器安装在云台上，云台安装在滑台上，滑台安装在转台上；通过云台的转动、滑台的移动和转台的转动，超声波发生器聚焦点可以照射到树脂容器内的任何位置；计算机控制系统通过读取三维模型的数据，转换成聚焦点的控制数据，控制超声波发生器逐点逐行扫描。

人们通常用凸透镜将太阳光聚焦到纸等易燃物上时可使之燃烧。超声聚焦原理也是利用超声波的可聚焦性及穿透性、指向性等特性，在聚焦点产生高温效应。

所述的超声波发生器采用常用的压电陶瓷制备，单体压电陶瓷一般制成凹球面，并由多个单体压电陶瓷组成凹球面，使每个单体发出的超声波共聚焦于一点。超声波发生器的功率，可以根据容器的几何尺寸，单体压电陶瓷的数量，以及所需聚焦点的温度来决定。一般单体换能器功率在几十到几百瓦之间。