[发明专利]一种光引发快速增材制造设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种光引发快速增材制造设备及方法。

背景技术

增材制造技术，又叫做快速成型或者3D打印，经过几十年的发展，已经逐渐从制造展示件向功能件过渡，特别是用于小批量定制型的工业生产，如何提高增材制造的成型速度一直是工业和学术界探讨的热门课题。

美国专利US5121329公开了一种装有可移动的喷头的3D打印设备，该喷头将高分子材料熔化从头部挤出细丝，并沿着“X”、“Y”和“Z”轴以预定图案运动，将挤出的熔化塑料细丝堆积到基底构件上来产生三维物体。该装置特点是结构简单，成本低，不过由于用单根细丝构造三维物体，它的成型速度较慢。

美国专利US5204055公开了一种制造部件的方法，通过在成型平台上方铺设成型粉末，然后将粘合剂材料沉积到粉末材料层的选定区域，使所要成型的粉末粘合固化，并且逐层重复该过程直到完成三维物体的整个成型过程。这种方法提高了成型速度，但是将粘合剂材料沉积到粉末材料层的过程通常采用喷墨打印的方式，每一层还是需要喷墨打印头多遍扫描完成，而且经该成型粉末加粘合剂方法制备的成型件呈多孔结构，强度较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光引发快速增材制造设备及方法，以克服目前技术中存在的上述问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种光引发快速增材制造设备，包括粉床系统、引发光投影系统和热辐射照射系统；

所述粉床系统包括粉末成型腔，所述粉末成型腔的上端呈开口设置，所述粉末成型腔内设有粉末成型平台，所述粉末成型平台的下端设有粉床升降子系统；

所述引发光投影系统包括设于粉末成型平台上面的引发光投影装置和与所述引发光投影装置相连的计算机系统；

所述热辐射照射系统包括设于粉末成型平台上面的热辐射源。

进一步的，所述粉床系统还包括粉末储藏室，所述粉末储藏室的上端也呈开口设置，所述粉末储藏室内设有粉末推送装置，所述粉末储藏室的上端开口处设有粉末铺设装置，所述粉末储藏室的上端开口与所述粉末成型腔的上端开口位于同一平面，且通过一位于所述同一平面内的过渡板相连。

进一步的，所述粉床系统还包括粉末预热装置。

进一步的，所述引发光投影装置的引发光为紫外线，所述热辐射源为红外线发射装置。

一种增材制造的方法，包括以下步骤：

1)铺设一层含有光致变色材料的原始成型粉末，作为初始工作层；

2)利用引发光按照该层成型形状照射所述初始工作层，所述初始工作层被引发光照射部分的原始成型粉末对热辐射的吸收率发生了改变；

3)利用热辐射光照射所述初始工作层，所述初始工作层被引发光照射部分的原始成型粉末的温度升高发生烧结，形成所述初始工作层的成型部分；

4)在当前工作层的上方铺设另一层含有光致变色材料的原始成型粉末，作为新的工作层；

5)利用引发光按照该层成型形状照射所述新的工作层，所述新的工作层被引发光照射部分的原始成型粉末对热辐射的吸收率发生了改变；

6)利用热辐射光照射所述新的工作层，所述新的工作层被引发光照射部分的原始成型粉末的温度升高发生烧结，形成所述新的工作层的成型部分，并且使所述新的工作层的成型部分与前一工作层的成型部分发生烧结；

7)重复步骤4)至步骤6)直至完成整个成型过程。

进一步的，所述引发光为紫外线。

进一步的，所述热辐射光为红外线。

进一步的，步骤1)之前对所述原始成型粉末进行预热。

进一步的，实时监测所述初始工作层和新的工作层各部分的温度，当所述初始工作层或新的工作层上出现温度超过设定的温度范围的部位时，调整引发光在所述初始工作层或新的工作层上投影强度的分布。

本发明所述光致变色材料是指在一定的波长和强度的引发光照射作用下分子结构会发生变化，从而导致其光谱吸收特性，进而改变其呈现的颜色的材料。通常这种光吸收频谱变化是可逆的，而本发明所述光致变色材料泛指在引发光照射作用下光吸收频谱改变的材料，特别是对热辐射光吸收频谱改变的材料，不要求光吸收频谱变化可逆。

本发明所述烧结是指原始成型粉末的温度升高导致粉末全部或者部分熔化并结合在一起的过程。