[发明专利]激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置及方法

说明书

本发明涉及一种激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置及方法，装置包括计算机、激光烧结装置、静电纺丝装置以及并排设置的供粉缸和成型缸，在供粉缸和成型缸上分别设有铺粉器和混粉器，激光烧结装置和静电纺丝装置设置在成型缸的上方，可用于对成型缸内非金属粉末材料进行照射烧结和向成型缸内粉末材料沉积电纺纤维。本发明可以将电纺纤维材料与非金属粉末材料进行均匀混合，保证经过烧结之后的三维实体成型件内部及表面组织拥有优良的一致均匀性，从而制备出强度性能良好的非金属实体，有效解决了以往选择性激光烧结非金属实体强度低、无法直接使用的问题。

技术领域

本发明属于快速成型制造设备技术领域，具体涉及一种激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置及方法。

背景技术

自从Formhals等在1934年利用电纺技术实现纳米纤维纺布的构建后，静电纺丝技术就为大家所熟知。这一技术的核心是使带电流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质。当给注射器针尖和收集板之间加上静电高压时，电场力克服针尖液滴的表面张力，高速射流被拉伸，然后形成泰勒锥，静电力使射流分岔，变成极细的丝状纤维。最后溶剂挥发，收集板收集到无序的无纺布式纳米级纤维。

快速成型技术(Rapid Prototyping,简称RP)是一项集激光、材料、信息及控制等于一体的高新制造技术，其突出优点就是不需要任何工装夹具便能根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，是制造领域中的一次重大技术突破，与并行工程一起被列为当代两项最重要的制造技术。其中，选择性激光烧结(selectinglaser sintering,SLS)利用粉末材料在激光照射作用下烧结的原理，由计算机控制层叠堆积成型。其一般的制作步骤是首先铺一层粉末状材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘结，接着不断重复上述的铺粉、烧结的过程，直至完成整个模型成型。该工艺材料适用面广，不仅能制造塑料实体，还能制造陶瓷、石蜡等材料的实体。该技术的优点为：可采用多种材料、制造工艺简单、无需支撑结构、材料利用率高。但是该方法制造出来的实体的强度和硬度与锻件相比都有很大的差异，很难作为功能件直接使用。

发明内容

本发明的目的在于对现有SLS增材制造技术存在的非金属成型件强度差不能作为功能件使用等问题加以解决，提供一种激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置，同时提供一种利用该装置进行激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型方法，采用本发明所述的快速成型装置及方法可以将电纺材料及非金属粉末材料进行均匀的混合，保证经过烧结之后的三维实体产品内部及表面的组织结构拥有较好的一致均匀性，从而能够制备出强度较好的非金属实体。

为实现上述发明目的而采用的技术方案如下所述。

一种激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置，包括计算机以及由计算机控制的工作缸、激光烧结装置、静电纺丝装置，所述的工作缸由按左右并排设置的供粉缸和成型缸组成，在两缸内均设有升降活动底板，供粉缸内盛有非金属粉末材料，在供粉缸的上沿一侧设有可沿工作缸面做平向往复运动的铺粉器，在成型缸的上沿设有可沿成型缸面做平向往复运动的混粉器，激光烧结装置和静电纺丝装置设置在成型缸的上方，其中所述的激光烧结装置包括用于对成型缸内粉末材料进行照射烧结的激光器和扫描系统，所述的静电纺丝装置包括由计算机控制的高压电源和内装电纺溶液的溶液料筒，溶液料筒的下端出口通过调节阀连装有一个喷射电纺溶液的针头，高压电源的正极以及负极分别与针头以及成型缸相连接。

上述激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型装置中，混粉器可以在计算机的控制之下往返于成型缸上沿的两侧之间，实现电纺纤维的破碎以及与非金属粉末材料的混合。

采用上述快速成型装置的激光烧结与静电纺丝相结合的快速成型方法包括以下步骤：

[1]、在计算机中绘制三维实体模型；

[2]、利用分层软件对三维实体模型进行分层处理，获得分层截面信息；