[發明專利]一種納米級零部件激光燒結成型方法及裝置

有效

• 申請號: 201410720715.4
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104385605A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 湯勇;張仕偉;曾健;李文博;陳燦
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B22F3/105
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：包括混合進樣系統(1)、空氣動力學透鏡(2)、共焦激光器組(3)和工作臺(4)；

所述混合進樣系統(1)連接空氣動力學透鏡(2)，空氣動力學透鏡(2)位于工作臺(4)上方；

所述混合進樣系統(1)包括一個緩沖腔(1-6)，該緩沖腔(1-6)腔體的內側壁由上至下逐漸收縮，或者緩沖腔(1-6)的內側壁與內底壁之間弧形過渡；

所述共焦激光器組(3)位于空氣動力學透鏡(2)與工作臺(4)之間。

2.根據權利要求1所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：所述混合進樣系統(1)還包括依次連接的進樣機構、用于形成氣溶膠流的混合腔(1-5)；

所述進樣機構分為兩個出口并聯的支路，該兩個支路中均包括依次連接的氣源(1-1)和流量控制閥(1-2)；

該兩個支路，其中一個支路的流量控制閥(1-2)與混合腔(1-5)之間設置粉末儲存腔(1-4)，在另外一個支路的流量控制閥(1-2)與混合腔(1-5)之間設置流量計(1-3)。

3.根據權利要求2所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：所述進樣機構兩個支路的出口并聯后連接混合腔(1-5)，混合腔(1-5)再通過管路連接緩沖腔(1-6)。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：所述緩沖腔(1-6)設置在空氣動力學透鏡(2)的上端部。

5.根據權利要求4所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：所述空氣動力學透鏡(2)包括柱形腔體(2-1)和設置在柱形腔體(2-1)下端部的噴嘴(2-3)；

在柱形腔體(2-1)內設置透鏡組(2-2)，該透鏡組(2-2)由多個相互間隔、沿柱形腔體(2-1)軸向排列并固定在柱形腔體(2-1)內的透鏡構成。

6.根據權利要求5所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：所述透鏡組(2-2)的每個透鏡上均開有匯聚孔，各匯聚孔的軸線與噴嘴(2-3)的軸線同軸。

7.根據權利要求5所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：柱形腔體(2-1)與水平面垂直；所述工作臺(4)為活動平臺，能在X、Y或Z軸方向運動。

8.根據權利要求5所述的納米級零部件激光燒結成型裝置，其特征在于：每個透鏡上的匯聚孔的孔徑各不相同或者相同。

9.一種納米級零部件的激光燒結成型方法，其特征在于采用權利要求1至8中任一項所述納米級零部件激光燒結成型裝置燒結，燒結步驟如下：

首先將納米顆粒粉末置于粉末儲存腔1-4，該粉末經氣體攜帶到混合腔1-5，并與另一支路氣體充分混合；所得氣溶膠流進入緩沖腔1-6，氣體與納米顆粒粉末進一步混合，壓力和流速降低，得到雷諾數為200-700的流體；流體進一步以層流形式進入由多個相互間隔、沿柱形腔體2-1軸向排列并固定在柱形腔體2-1內的透鏡，經過每個透鏡上的匯聚孔并聚焦后，以單顆粒流形式由噴嘴(2-3)噴出；該單顆粒被工作臺4上涂有真空脂的燒結基體接收，并被共焦激光器組3的激光器融化；通過工作臺4在X、Y方向的移動，即可獲得二維圖樣；通過在Z軸方向移動，即可逐層堆疊獲得三維零部件。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，具體步驟如下：

1)啟動兩個支路的氣源1-1，將氣源(1-1)流量范圍調節至2-20L/min，對應進入空氣動力學透鏡(2)的氣溶膠流雷諾數范圍為200-1000；

2)進入兩個支路的氣體攜帶粉末儲存腔(1-4)中的納米顆粒粉末，通過管路進入混合腔(1-5)內充分混合，并形成納米顆粒氣溶膠后再進入緩沖腔(1-6)；

3)氣溶膠在緩沖腔(1-6)中緩沖，并進一步混合均勻，此時流速和壓力下降；

4)接著，氣溶膠流在緩沖腔(1-6)內緩沖后進入空氣動力學透鏡(2)，氣溶膠流進入空氣動力學透鏡(2)前形成雷諾數為200-1000的層流流體；

5)氣溶膠流體依次經過柱形腔體(2-1)的透鏡上的匯聚孔；不同粒徑范圍的納米顆粒由其中一級匯聚孔匯聚，經匯聚后的顆粒流保持沿柱形腔體(2-1)的軸線方向流動，并經噴嘴(2-3)噴出，仍保持軸線方向；

6)熔化后的納米顆粒流熔覆于燒結基板(4-1)上，凝固后與基板粘結；

7)二維圖樣的形成：調節工作臺(4)在X、Y平面上移動，接收后續的納米顆粒，納米顆粒熔覆、凝固后形成二維圖樣；

8)三維零件模型的形成：工作臺(4)在Z軸上移動，后續納米顆粒熔覆于步驟7中二維圖樣上，逐層堆疊，得到三維零件模型；從而完成納米級零部件的激光燒結成型。