[发明专利]快速成形系统和方法

说明书

本发明涉及快速成形系统和快速成形方法，特别是涉及将计算机的三维模型制作成产品样品的快速成形系统和方法。

在传统的制作产品样品的方法中，需采用多种机械加工机床，以及相应的工具和模具，既费时，成本又高，周期往往很长，已不能适应当今新产品市场竞争的要求。

近年来出现了快速成形技术，这种技术只要求设计者首先在计算机上构成产品的三维模型，用切片软件得到产品的一系列不同高度处的截面的轮廓曲线，然后以快速成形机自动形成每一截面的轮廓，并将各截面逐一叠加，组合成产品样品，从而能够在短时间内在一台机器上制造出高精度的产品样品。

典型的快速成形系统的一种是美国Helisys公司制造的Lamina-ted Object Manufacturing(LOM)。该系统用CO₂激光束对背面涂有热融胶的纸进行逐层粘合和切割，以形成样品各层的轮廓，它适合于制作各种中、大型的纸质样品。然而该系统存在以下缺陷：

(1)由于采用现有的自动绘图仪驱动激光切割头，因而切割速度慢，精度不够高，使用寿命短；

(2)由于采用热压辊对纸进行加热，两者为线接触，导热效果差，限制了样品层间的粘合速度；

(3)原材料-纸的背面仅涂有一层胶体，样品切割成形后表面不易抛光，切口面易残留胶体，废料难于剔除；

(4)未配置激光束切口宽度自动补偿系统，难于获得高精度的成形样品。

本发明的主要目的是克服以上缺点，提供一种快速成形系统，使其能对具有高温融化胶及添加物的纸进行高效加热、粘合和高度精密切割，以便快速构成尺寸精度高、硬度高、表面光洁、能耐高温的样品。

本发明的另一目的是提供一种提高成形速度和精度的快速成形方法。

为达到以上目的，本发明提供一种快速成形系统，包括：一个送进机构、一个热压装置、一个激光切割装置和一个工作台；所述的送进机构用来将一成形用原材料可控制地送至所述的工作台上面，该热压装置具有一热压辊及其驱动机构，用来对该原材料热压粘结，该激光切割装置具有一激光切割头和该切割头的驱动机构，用来按预先设计的一轮廓线对上述粘结的原材料进行切割；其中，所述的热压装置设有一与所述的热压辊平行延伸并可以向该原材料喷热风的热风管，以与所述热压辊配合实现快速热压。

最好是所述热风管包括：一管体，与所述热压辊并排设置，并且具有一沿其纵向下方设置的喷风口和一进风口；和一热源件，用来使从上述喷风口喷出的风成为热风。

热源件为一平行设置于所述管体下方对应于喷风口的加热管。

所述的喷风口最好是均匀分布的多个小孔。

最好是所述的切割头的驱动机构包括分别用来驱动切割头的横向和纵向运动的一伺服电机、一由该伺服电机带动的滚珠丝杠及两根直线滚珠导轨；所述的热压辊驱动机构包括一步进电机和一由该步进电机驱动的齿形皮带，而上述切割头的两根横向的直线滚珠导轨也用作该热压辊的导向，从而将切割头的横向运动导向与热压辊的运动导向组合在一起；并且激光切割头和热压辊均以双点支承。

最好是所述的送进机构具有送料夹紧辊和收料夹紧辊，并且分别置于工作台的上方的相对两侧，使成形用原材料能够充分张紧。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制作产品样品的快速成形方法，其包括以下步骤：

(a)提供一薄层的成形用原材料；

(b)将该成形用原材料热压粘结；

(c)将该薄层的成形用原材料沿对应于该层的一预设的轮廓线以一激光切割头进行切割；以及

(d)重复以上步骤，直至成形出所需的样品；

其中，在切割步骤(c)之前，判定待切割的轮廓线是外轮廓线还是内轮廓线，然后对切口宽度予以补偿。

判定内外轮廓线可以这样实现：自每一截面的外缘向内芯进行搜索，并依次记录所越过的封闭轮廓线的序号，其中奇数号对应的轮廓线为外轮廓线，偶数号对应的轮廓线为内轮廓线。

对切口宽度予以补偿的方式可以为：当判定为外轮廓线时，将激光束向外偏移1/2切口宽度，当判定为内轮廓线时，将激光束向内偏移1/2切口宽度。

对切口宽度予以补偿的方式还可以为：将外轮廓线向外扩1/2切口宽度，将内轮廓线向内缩1/2切口宽度。