[發(fā)明專利]一種應(yīng)用光纖耦合輸出激光的3D打印高分子材料系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410181616.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103978686A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林學(xué)春;陳寒;張志研;趙樹森;于海娟;符文鑫;馬永梅;孫文華;徐堅;董金勇;李春成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所;中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

1.一種應(yīng)用光纖耦合輸出激光的3D打印高分子材料系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：參數(shù)控制模塊、控制系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)；參數(shù)控制模塊計算得到不同種類高分子材料的加工參數(shù)，該參數(shù)包括激光功率和激光掃描速度；然后將該激光功率和激光掃描速度信號傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括兩個控制模塊：激光功率控制器和掃描速度控制器，二者分別接收對應(yīng)的參數(shù)信號；激光功率控制器根據(jù)從參數(shù)控制模塊接收到的激光功率信號向激光系統(tǒng)傳輸功率控制信號；掃描速度控制器根據(jù)從參數(shù)控制模塊接收到的掃描速度信號向掃描系統(tǒng)傳輸掃描速度控制信號；激光系統(tǒng)中的激光器驅(qū)動電源接收功率控制信號，調(diào)節(jié)其輸出電流，用以控制激光系統(tǒng)中的脈沖激光器的輸出功率；脈沖激光器的激光經(jīng)過激光系統(tǒng)中的光纖耦合輸出模塊輸出；掃描系統(tǒng)中的支架驅(qū)動系統(tǒng)接收掃描速度控制信號，調(diào)節(jié)裝有激光振鏡的支架中心軸的旋轉(zhuǎn)速度，用以控制激光掃描速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)控制模塊計算得到該材料的加工參數(shù)的方法為：該參數(shù)控制模塊中事先輸入各類高分子材料的物理特性參數(shù)，物理特性參數(shù)包括比熱容、比重、所需預(yù)熱溫度、需達(dá)到的加工溫度；并在參數(shù)控制模塊設(shè)置一定的激光功率及激光掃描速度，參數(shù)控制模塊基于光纖耦合輸出光斑的直徑及鋪粉厚度計算得到單位體積粉末在一次掃描下所吸收的能量，該吸收能量依賴于激光功率與激光掃描速度；然后根據(jù)比熱容、預(yù)熱溫度及需達(dá)到的加工溫度計算得到單位體積粉末所需的熔融能量；若該所需的熔融能量與前面計算得到的一次掃描過程能吸收的能量存在差異，則參數(shù)控制模塊自動修正激光功率及激光掃描速度，再重復(fù)以上計算過程，直到二者能量相當(dāng)，進(jìn)而得到最佳的加工參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中的脈沖激光器可以為光纖激光器或固體激光器，其功率在1-100W之間連續(xù)可調(diào)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)所使用的高分子材料包括尼龍6(PA6)、尼龍66(PA66)、尼龍12(PA12)、聚笨乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰亞胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PPO)、聚乳酸(PLA)、聚醚醚酮(PEEK)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于耦合的光纖為傳能石英光纖，其包括HCS(Hard?Clad?Silica)石英包層光纖、PCS(Plastic?Clad?Silica)塑料包層光纖、PCS-TECS(Technology?Clad?Silica)技術(shù)增強(qiáng)型包層光纖。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中激光系統(tǒng)中的激光經(jīng)過光纖耦合輸出，光纖與激光器的耦合方式為直接耦合、單透鏡耦合、三透鏡耦合；光纖頭可處理為鏟形、半球形、錐形。