[发明专利]一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法

说明书

本发明涉及一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架，刚性框架上设有成形槽，成形槽内设有升降平台，升降平台顶部设有边缘与成形槽内壁滑动密封配合的成形基板，升降平台可驱动成形基板在成形槽内上下移动并定位；刚性框架上设有直线模组，直线模组移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件，直线模组可驱动上述组件在成形槽开口上方平移。本发明的靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法，采用定向能精确照射液体/粉末材料界面的待固化区域，采用诱导剂约束定向能在待固化区域的能量行为，不仅固化成形效果好，而且材料利用率高、能量利用率高，可在多种类型的三维打印机中推广应用。

技术领域

本发明涉及一种三维打印领域，尤其是一种靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法。

背景技术

先进制造技术的快速发展，正在推动基于定向能扫描装置的三维打印装备向传统制造领域全面渗透。根据成形方法的不同，三维打印装备主要分为：熔融沉积成形(FDM)、聚合物喷射成形(PolyJet)、激光立体光固化成形(SLA)、激光选区熔融成形(SLM)、激光选区烧结成形(SLS)、电子束直接成形(EBDM)等类型，它们普遍具有相似的“逐层堆积”立体成形过程，即通过熔融挤出头、微喷嘴阵列定向沉积方式，或通过激光、电子束定向扫描液体/粉末界面方式，生成平面形状精确可控的片状固化物，并通过片状固化物逐层堆积与层间粘合机制实现三维立体成形。其中，激光能量形态的定向能扫描装置以其速度快、成形分辨率高等固有特性，使得SLA、SLS、SLM等三维打印装备的应用优势越来越凸显，并已在个性化穿戴、医疗、航空航天等领域得到了批量应用。

蓬勃发展的行业应用亦对三维打印机的实用性提出了更严苛要求，尤其是使用成本方面仍需大幅优化；其原因很大程度上源于现有SLA、SLS、SLM三维打印机，其生成片状固化物的过程唯一依赖于激光束对材料界面定向扫描，以实现区域选择固化；然而激光束照射到液体/粉末界面时，激光能量对材料界面的作用机制却包含吸收、反射、传导扩散等多种过程。材料界面对激光能量的吸收效应被直接用于激光束照射区域的固化成形，而反射与向非扫描区域的传导扩散效应则严重干扰了片状固化物的生成过程；其中材料界面对入射激光束的反射直接削弱了激光能量利用率，使得三维打印机实际所用激光器的功率与成本大幅增加，同时也限制了对特定波长激光高反射率的材料的应用；而激光能量向光斑照射(非扫描)区域外部传导扩散，不仅会降低三维打印精度及表面质量，还会降低对未成形区域液体/粉末材料的回收利用率。这意味着：虽然激光束作为定向能发射方式之一，其自身对材料界面具有优秀的区域选择能力，但其照射到液体/粉末材料界面的非单纯吸收能量机制却大幅削弱了三维打印机的综合性能。这使得优化定向能对液体/粉末材料界面的能量效率及约束性能，更精准、高效的生成片状固化物迫在眉睫。目前，在增材制造领域，针对进一步提升定向能扫描装置三维打印性能的迫切需求，尚缺少一种方案合理、材料适应性好、能量利用率高，并且能将固化反应有效约束在定向能扫描区域的三维成形方法。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种方案合理、材料适应性好、能量利用率高，并且能将固化反应有效约束在定向能扫描区域的靶向诱导与定向能复合三维成形装置及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种靶向诱导与定向能复合三维成形装置，包括刚性框架，刚性框架上设有成形槽，成形槽内设有升降平台，升降平台顶部设有边缘与成形槽内壁滑动密封配合的成形基板，升降平台可驱动成形基板在成形槽内上下移动并定位；刚性框架上设有直线模组，直线模组移动平台上依次设有液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件，直线模组可驱动上述组件在成形槽开口上方平移。

直线模组移动期间，所述液体/粉末铺敷组件可将内部储藏的液体/粉末材料铺敷在成形基板上，所述诱导剂喷射组件可对成形基板指定区域喷射诱导剂，所述定向能扫描组件可对成形基板指定区域实施定向能量照射；所述成形控制器与所述升降平台、直线模组、液体/粉末铺敷组件、诱导剂喷射组件、定向能扫描组件电连接。