选择性激光烧结熔融用及其防尘机构技术研究

选择性激光烧结熔融用及其防尘机构技术研究

王菲

湖南华曙高科技有限责任公司

摘要：本文介绍了一种新型导轨高于某高度的保护结构。根据对工作腔内风场的测算和分析，在平流层风场中空间内，空气洁净程度较高，对精密部件的污染影响小，所以将腔体内导轨提到平流风场层安装。从而达到有效保护精密部件的精度和耐用度的目的。

关键词：选择性激光烧结熔；防尘；精密仪器

引言

选择性激光烧结是SLS法采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。

1.背景技术

选择性激光烧结工艺的基本过程是：设备准备，腔体各门关闭，设备工作缸到位，工作缸上顶至工作腔下底板，工作腔体形成一个密封的腔体，充惰性气体，风场开启，为激光熔融烧结环境做准备。上送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉和刮刀机构将一层粉末材料平铺在成型缸烧结基板上表面，加热装置将粉末加热至设定的温度，振镜系统控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉和刮刀机构又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。

在上述技术中，进行烧结的环境是一个密闭的充满惰性气体的工作腔。此腔体因为成型基板的面积比较大腔体体积也比较大，腔体上方安装有扫描振镜系统以及上送粉系统部件，腔体内安装有铺粉装置以及刮刀装置还有各种防护。激光烧结熔融设备的工作都必须在一个密闭的腔体中进行，这是对烧结环境的保护，也是对工作环境的保护。加上烧结面上方必要的有吹风吸风的动作保证烧结杂质不落在烧结面上，风场必定带动粉尘微粒的活动。在腔体中进行精密运动的部件是暴露在粉尘环境中的，让导轨远离粉尘环境是有效的保护措施。

2.专利技术分析

2.1原理及示意图

经过研究发现精确的理论计算和实际数据测试分析，发现在腔体中对流风场的上方一定距离外，就是平流风场，平流风场中，粉尘扬起或运动可能性小。此一段空间内，环境相对较好，如果加上隔离的防护，导轨的使用寿命和精度可较长时间保持。这个距离就是高于基板65mm以上。导轨安装高于烧结基板面以上65mm的空间上，安装方式可能是倒装，也可以是正装。

图一 为本发明的一种导轨高于某高度的保护结构（一）简化示意图；

图一

图二 为本发明的一种导轨高于某高度的保护结构（二）简化示意图；

图二

图二 为本发明的一种导轨高于某高度的保护结构（三）简化示意图

图三

图中标记说明：

1.1腔体框架、1.2底板、1.3导轨、1.4导轨与铺粉装置连接板（1）、1.5延长风口、1.6腔体风口、1.7铺粉装置、1.8另一侧风口、1.9基板位置、1.10溢粉口位置、2.1导轨与铺粉装置连接板（2）、2.2腔体顶板、3.1导轨与铺粉装置连接板（3）。

2.2具体实施方式

如图所示，1.1是制造激光熔融工作环境工作腔体框架，1.2是工作底板，底板工作腔体装在底板上。框架上1.6和1.8是对流风口，工作时，一个风口送风一个风口吸风形成一个对流风场，把烧结时形成的烟雾杂质吹走，保证工件烧结面的干净，得到优秀的打印效果。1.3就是本发明中的导轨，一般是两条导轨，分别布置在腔体的两侧。导轨的作用是通过电机，减速机，同步带轮等传动机构，带动铺粉装置包含刮刀的运动。图中1.7就是铺粉刮刀装置，此部分的运动与导轨密切相关。铺粉是将1.9基板位置都均匀铺满粉末，多余的粉末从1.10溢粉口推落掉进溢粉箱。

如图一所示，当导轨按正常安装方式从基板向上安装时，将导轨抬高到原理基板面65mm以上位置时，导轨的安装筋板会挡住对流风口。这是，需要将风口延伸，就出现了图一中1.5所示的延长风口。此时导轨1.3与铺粉装置1.7的连接可采用如图一所示的1.4导轨与铺粉装置连接板（1）方式。

如图二所示，导轨可以倒装，比如倒装在腔体顶板2.2上。倒装是滑块在下方，此时，工作腔对流风口不受阻挡，可直接由风口吹向烧结基板上方。导轨滑块与铺粉装置1.7的连接可采用图二所示2.1导轨与铺粉装置连接板（2）和图三所示3.1导轨与铺粉装置连接板（3）的连接方式。

3.专利的应用前景

选择性激光烧结技术在烧结零件中应用比较广泛，有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等优势，所以本专利有着较为良好的应用前景，本专利的前景优势主要体现在以下几个方面。

3.1防尘效果好

本专利相比起其他的选择性激光烧结（SLS）技术，最大的优势就是防尘方面的优势，因为空气的运动，在对流风场中，粉尘受到对流风的影响，运动加剧，并且飞扬的高度和数量都较多。因为选择性激光烧结技术都是对粉尘进行作业，在工作的时候难免会因为空气流通而带动粉尘运动，粉尘运动就有可能会进入到激光设备和仪器中。因为选择性激光烧结技术所使用的激光设备都是精度很高的精密仪器，并且功率要求大，线路内部电流大，而使用的材料粉尘又很多为金属粉尘， 如果粉尘进入到一起中，尤其是进入到仪器的线路中，极易引起线路短路，轻则损坏仪器，重则引发触电和火灾事故，所以在选择性激光烧结技术中，仪器设备的防尘是一个重要的内容。传统的选择性激光烧结技术，对于防尘的处理并不是很到位，只能够在一定程度上防尘，因为机械设备仍旧处于对流风场中，所以效果并不显著，而本专利技术将仪器安装放置在平流风场中，平流 风场没有激烈的空气运动，所以粉尘的运动也相对较弱，而且平流风场的位置也相对较高金属粉尘本身的重力作用下，比较难达到这个高度，所以本专利对仪器的防尘效果非常好。仪器防尘效果好，对于精密仪器的保护效果也就更好，所以能有效提高仪器的精度和耐用度。在实际的选择性激光烧结技术中，精密部件的损坏在很大程度上都是因为进入粉尘，导致通道堵塞或者线路短路，所以防尘对于提高精密部件的使用寿命也具有积极作用。

3.2提高零件精度

在选择性激光烧结技术制作零件的过程中，由于粉尘需要靠人工刮平，所以难免会存在部分的误差，而在烧结时，由于温度的升高，一些粉尘熔融凝结在一起，也会导致周边粉尘的分布出现变化，进而影响到零件的烧结精度，而这种影响可以通过本专利得到一定程度的解决。因为激光发热会导致空气热运动加剧，从而使得对流风场风力加大，引起更多的粉尘运动，进而影响到零件表面的粉尘分布，本专利将激光烧结设备升高到平流风场中，就有效地降低了对流风场中的风力强度，减少粉尘运动，所以能够间接提高零件的制作精度。

4.结语

本文介绍了一项选择性激光烧结熔融用及其除尘机构技术，针对现有的选择性激光烧结技术进行了一定的优化提升，将精密设备部分架设在平流风场中，避免了对流风场中的粉尘运动对精密仪器造成损坏，以达到提高精密仪器使用寿命和精度的目的。本专利技术最大的优势在于防尘方面能够显著减少粉尘进入精密仪器的数量，其次就是对于烧结零件的精度也能够起到较好的提升作用，所以本专利技术具有较为广阔的应用前景，能够有效地提高精密仪器精度和耐用度。

参考文献

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