[發明專利]一種靶向誘導與定向能復合三維成形裝置及方法

在審

• 申請號: 201911306323.2
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110901063A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 俞紅祥;應華;龐偉;王康恒
• 申請（專利權）人: 杭州德迪智能科技有限公司
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/10;B29C64/205;B29C64/264;B29C64/268;B29C64/30;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 浙江一墨律師事務所 33252
• 代理人: 魯秦;黃娟

本發明涉及一種靶向誘導與定向能復合三維成形裝置，包括剛性框架，剛性框架上設有成形槽，成形槽內設有升降平臺，升降平臺頂部設有邊緣與成形槽內壁滑動密封配合的成形基板，升降平臺可驅動成形基板在成形槽內上下移動并定位；剛性框架上設有直線模組，直線模組移動平臺上依次設有液體/粉末鋪敷組件、誘導劑噴射組件、定向能掃描組件，直線模組可驅動上述組件在成形槽開口上方平移。本發明的靶向誘導與定向能復合三維成形裝置及方法，采用定向能精確照射液體/粉末材料界面的待固化區域，采用誘導劑約束定向能在待固化區域的能量行為，不僅固化成形效果好，而且材料利用率高、能量利用率高，可在多種類型的三維打印機中推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種三維打印領域，尤其是一種靶向誘導與定向能復合三維成形裝置及方法。

背景技術

先進制造技術的快速發展，正在推動基于定向能掃描裝置的三維打印裝備向傳統制造領域全面滲透。根據成形方法的不同，三維打印裝備主要分為：熔融沉積成形(FDM)、聚合物噴射成形(PolyJet)、激光立體光固化成形(SLA)、激光選區熔融成形(SLM)、激光選區燒結成形(SLS)、電子束直接成形(EBDM)等類型，它們普遍具有相似的“逐層堆積”立體成形過程，即通過熔融擠出頭、微噴嘴陣列定向沉積方式，或通過激光、電子束定向掃描液體/粉末界面方式，生成平面形狀精確可控的片狀固化物，并通過片狀固化物逐層堆積與層間粘合機制實現三維立體成形。其中，激光能量形態的定向能掃描裝置以其速度快、成形分辨率高等固有特性，使得SLA、SLS、SLM等三維打印裝備的應用優勢越來越凸顯，并已在個性化穿戴、醫療、航空航天等領域得到了批量應用。

蓬勃發展的行業應用亦對三維打印機的實用性提出了更嚴苛要求，尤其是使用成本方面仍需大幅優化；其原因很大程度上源于現有SLA、SLS、SLM三維打印機，其生成片狀固化物的過程唯一依賴于激光束對材料界面定向掃描，以實現區域選擇固化；然而激光束照射到液體/粉末界面時，激光能量對材料界面的作用機制卻包含吸收、反射、傳導擴散等多種過程。材料界面對激光能量的吸收效應被直接用于激光束照射區域的固化成形，而反射與向非掃描區域的傳導擴散效應則嚴重干擾了片狀固化物的生成過程；其中材料界面對入射激光束的反射直接削弱了激光能量利用率，使得三維打印機實際所用激光器的功率與成本大幅增加，同時也限制了對特定波長激光高反射率的材料的應用；而激光能量向光斑照射(非掃描)區域外部傳導擴散，不僅會降低三維打印精度及表面質量，還會降低對未成形區域液體/粉末材料的回收利用率。這意味著：雖然激光束作為定向能發射方式之一，其自身對材料界面具有優秀的區域選擇能力，但其照射到液體/粉末材料界面的非單純吸收能量機制卻大幅削弱了三維打印機的綜合性能。這使得優化定向能對液體/粉末材料界面的能量效率及約束性能，更精準、高效的生成片狀固化物迫在眉睫。目前，在增材制造領域，針對進一步提升定向能掃描裝置三維打印性能的迫切需求，尚缺少一種方案合理、材料適應性好、能量利用率高，并且能將固化反應有效約束在定向能掃描區域的三維成形方法。

發明內容

本發明要解決上述現有技術的缺點，提供一種方案合理、材料適應性好、能量利用率高，并且能將固化反應有效約束在定向能掃描區域的靶向誘導與定向能復合三維成形裝置及方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案：這種靶向誘導與定向能復合三維成形裝置，包括剛性框架，剛性框架上設有成形槽，成形槽內設有升降平臺，升降平臺頂部設有邊緣與成形槽內壁滑動密封配合的成形基板，升降平臺可驅動成形基板在成形槽內上下移動并定位；剛性框架上設有直線模組，直線模組移動平臺上依次設有液體/粉末鋪敷組件、誘導劑噴射組件、定向能掃描組件，直線模組可驅動上述組件在成形槽開口上方平移。

直線模組移動期間，所述液體/粉末鋪敷組件可將內部儲藏的液體/粉末材料鋪敷在成形基板上，所述誘導劑噴射組件可對成形基板指定區域噴射誘導劑，所述定向能掃描組件可對成形基板指定區域實施定向能量照射；所述成形控制器與所述升降平臺、直線模組、液體/粉末鋪敷組件、誘導劑噴射組件、定向能掃描組件電連接。