[發(fā)明專(zhuān)利]激光束以阿基米德螺線方式掃描的3D打印工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410550549.8
• 申請(qǐng)日: 2014-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104325641A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康子純
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 康子純
• 主分類(lèi)號(hào): B29C67/00
• 分類(lèi)號(hào): B29C67/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.激光束以阿基米德螺線方式掃描3D打印工藝，包括：激光器與光路系統(tǒng)，轉(zhuǎn)盤(pán)與激光盤(pán)和導(dǎo)軌導(dǎo)架系統(tǒng)，主軸電機(jī)與導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；

所述激光器與光路系統(tǒng)，其特征是，若整機(jī)采用單個(gè)激光器，方案有三，方案一，激光器以偏心方式安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上，激光器的激光束引入轉(zhuǎn)盤(pán)光路系統(tǒng)，經(jīng)轉(zhuǎn)盤(pán)上的固定反射鏡反射，進(jìn)入導(dǎo)軌上可平移的導(dǎo)架上的反射鏡，再經(jīng)反射和透鏡聚集于3D打印機(jī)的工作平面上；在計(jì)算機(jī)控制下，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)和激光盤(pán)以局部恒角速度PCAV方式轉(zhuǎn)動(dòng)，(即掃描轉(zhuǎn)盤(pán)中心內(nèi)緣時(shí)作恒線速度CLV轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描轉(zhuǎn)盤(pán)中心外緣時(shí)做恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng))，同時(shí)，在計(jì)算機(jī)控制下，裝于導(dǎo)軌導(dǎo)架上的反射鏡和透鏡聚焦系統(tǒng)，由伺服電機(jī)和傳動(dòng)齒輪與蝸桿驅(qū)動(dòng)，沿導(dǎo)軌從轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣作等速平移；方案二，激光器和透鏡聚焦系統(tǒng)直接裝在導(dǎo)軌導(dǎo)架上，在計(jì)算機(jī)控制下，該激光器和透鏡聚焦系統(tǒng)由伺服電機(jī)和齒輪蝸桿驅(qū)動(dòng)，從轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣作等速平移；轉(zhuǎn)盤(pán)由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在計(jì)算機(jī)控制下，以局部恒角速度PCAV方式轉(zhuǎn)動(dòng)；方案三，激光器獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)分離設(shè)置，固定置于轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))之上，該激光器的激光束沿轉(zhuǎn)盤(pán)上的光路系統(tǒng)，經(jīng)固定反射鏡進(jìn)入導(dǎo)軌導(dǎo)架上的反射鏡，再經(jīng)透鏡聚集于3D打印機(jī)的工作平面上；在計(jì)算機(jī)控制下，伺服電機(jī)和齒輪蝸桿驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)架上的反射鏡和透鏡聚焦系統(tǒng)從轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣作等速平移，同時(shí)，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)作局部恒角速度PCAV轉(zhuǎn)動(dòng)。若整機(jī)采用多個(gè)激光器，方案有二，方案一，多個(gè)激光器連成直線以偏心方式安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上，諸激光器的激光束經(jīng)轉(zhuǎn)盤(pán)上的固定反射鏡反射，依序進(jìn)入等距設(shè)置、高度遞增的導(dǎo)軌導(dǎo)架上的多個(gè)反射鏡，再經(jīng)各反射鏡的透鏡聚焦于3D打印機(jī)的工作平面上；在計(jì)算機(jī)控制下，裝于導(dǎo)軌導(dǎo)架上的諸反射鏡和透鏡聚焦系統(tǒng)，由伺服電機(jī)和齒輪蝸桿驅(qū)動(dòng)，沿導(dǎo)軌從轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣作等速平移；同時(shí)，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)作恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；方案二，多個(gè)激光器及各自聚焦透鏡等距安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)軌導(dǎo)架上，在計(jì)算機(jī)控制下，伺服電機(jī)和齒輪蝸桿驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌導(dǎo)架帶著其上等距安裝的激光器及各自透鏡聚焦系統(tǒng)沿轉(zhuǎn)盤(pán)中心的(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣做等速平移；同時(shí)，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)作恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述轉(zhuǎn)盤(pán)與激光盤(pán)和導(dǎo)軌導(dǎo)架系統(tǒng)，其特征是，轉(zhuǎn)盤(pán)由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)與激光盤(pán)連成一體；轉(zhuǎn)盤(pán)上裝有固定反射鏡，并開(kāi)有細(xì)長(zhǎng)激光束掃描窗口，供激光器的激光束在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)架沿導(dǎo)軌自轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣等速平移時(shí)作無(wú)遺漏無(wú)重復(fù)阿基米德螺線掃描；轉(zhuǎn)盤(pán)細(xì)長(zhǎng)激光束掃描窗口上方設(shè)置導(dǎo)軌導(dǎo)架，導(dǎo)架上裝有反射鏡與透鏡聚焦系統(tǒng)，或裝有激光器與透鏡聚焦系統(tǒng)；轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝驅(qū)動(dòng)導(dǎo)架平移的伺服電機(jī)和齒輪與蝸桿；轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)計(jì)輕巧、堅(jiān)固、強(qiáng)度大，防止轉(zhuǎn)盤(pán)快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)其上導(dǎo)軌導(dǎo)架上的反射鏡、激光器及透鏡聚焦系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大振動(dòng)，影響激光束以阿基米德螺線掃描的精確性和穩(wěn)定性；

所述主軸電機(jī)與導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)系統(tǒng)，其特征是，在計(jì)算機(jī)控制下，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)在整機(jī)采用單個(gè)激光器時(shí)，做局部恒角速度PCAV轉(zhuǎn)動(dòng)，在整機(jī)采用多個(gè)激光器時(shí)，做恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)控制下，導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)與齒輪蝸桿，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)架沿導(dǎo)軌自轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣做等速平移；轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和導(dǎo)架的等速平移，使激光束得以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的阿基米德螺線無(wú)遺漏無(wú)重復(fù)掃描；

所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是，計(jì)算機(jī)控制主軸電機(jī)，在整機(jī)采用單個(gè)激光器時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)做局部恒角速度PCAV轉(zhuǎn)動(dòng)；在整機(jī)采用多個(gè)激光器時(shí)，做恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)和齒輪蝸桿，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)架沿導(dǎo)軌自轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)外緣做等速平移；同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制激光束沿導(dǎo)軌作阿基米德螺線掃描時(shí)，依工件數(shù)字模型的阿基米德螺線柱面切片數(shù)據(jù)，指令相關(guān)激光器取脈沖、連續(xù)、空缺工作模式，在工作平面上作無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)阿基米德螺線掃描，為此，在整機(jī)采用多個(gè)激光器時(shí)，設(shè)置各相應(yīng)掃描段的起始點(diǎn)、終結(jié)點(diǎn)的起始符、終結(jié)符，便于計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)阿基米德螺線掃描做嚴(yán)密監(jiān)控和校正，達(dá)到該切片的完整、無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)阿基米德螺線掃描；當(dāng)依據(jù)工件數(shù)字模型的阿基米德螺線柱面數(shù)據(jù)一個(gè)切片全部掃描完畢，計(jì)算機(jī)控制導(dǎo)軌導(dǎo)架伺服電機(jī)和齒輪蝸桿驅(qū)動(dòng)導(dǎo)架向轉(zhuǎn)盤(pán)中心(0點(diǎn))平移“歸零”，為下一個(gè)阿基米德螺線柱面切片的掃描作好準(zhǔn)備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光束以阿基米德螺線方式掃描的3D打印工藝，其特征是，可選計(jì)算機(jī)通過(guò)RF射頻和芯片控制轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)所裝激光器和導(dǎo)軌導(dǎo)架所裝激光器的掃描，以及控制導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)的動(dòng)作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光束以阿基米德螺線方式掃描的3D打印工藝，其特征是，可選用整機(jī)處密封真空狀況進(jìn)行本發(fā)明3D打印。轉(zhuǎn)盤(pán)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)影響到3D打印機(jī)工作面的打印材質(zhì)的水平穩(wěn)定狀態(tài)，更可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明高速高質(zhì)量3D打印。