激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3d打印工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3D打印工藝，包括：激光器與光路系統(tǒng)，轉(zhuǎn)盤(pán)與導(dǎo)軌導(dǎo)架系統(tǒng)，主軸電機(jī)與導(dǎo)架平移伺服電機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。激光器裝于轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上或裝于轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)架上，或獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)分離安裝，激光束經(jīng)轉(zhuǎn)盤(pán)光路系統(tǒng)的固定反射鏡與導(dǎo)架上的反射鏡和透鏡，或?qū)Ъ苌系募す馄骷す馐?jīng)透鏡，聚焦于打印機(jī)的工作平面上；在轉(zhuǎn)盤(pán)由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)作局部恒角速度或恒角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)架由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)做等速平移時(shí)，完成激光束對(duì)SLA、SLS、SLM和LOM打印工作面的無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)阿基米德螺線(xiàn)掃描，逐層加工，最后得到工件實(shí)體。本發(fā)明可無(wú)畸變、高質(zhì)量掃描超大幅工作面，加工超大型工件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，質(zhì)量?jī)?yōu)異。尤適用于航天、航空、電力、海洋，建筑等大型復(fù)雜工件的打印。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3D打印工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前使用激光束打印的幾種主流的3D打印工藝，如SLA、SLS、SLM、LOM等，無(wú)論是采用物鏡前掃描方式還是物鏡后掃描方式，在進(jìn)行小幅工作面的掃描時(shí)，都能獲得高精度的掃描效果，工作面上的掃描點(diǎn)的光班較小且大小一致，或離焦誤差較小處在聚焦深度之內(nèi)；然而，在進(jìn)行大幅工作面的掃描時(shí)，若采用物鏡前掃描方式，則由于具較大工作面積的扁平場(chǎng)鏡(F-Theta透鏡)制作成本高，且焦距較長(zhǎng)，應(yīng)用困難，焦平面上光班變大，工作面上掃描圖形畸變變大，影響掃描效果；若采用物鏡后掃描方式，則由于大幅工作面上離焦誤差在工作面邊緣處太大，光班發(fā)生嚴(yán)重畸變；既便采用動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)(可移動(dòng)聚焦鏡和靜止物鏡組成)，增加光路長(zhǎng)度，減小偏轉(zhuǎn)角，縮小光班畸變，但這樣一來(lái)，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)幾何尺寸加大，也給應(yīng)用造成困難。所以，基于上述原因，在大幅工作面上打印大尺寸工件，目前的幾種采用激光束和X軸Y軸振鏡偏轉(zhuǎn)掃描的SLA、SLS、SLM和L0M，都受到嚴(yán)重限制。
[0003]為了克服上述在大幅工作面上打印大尺寸工件的幾種主流激光打印工藝SLA、SLS、SLM和LOM等存在的嚴(yán)重缺陷，本發(fā)明提出“激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3D打印工藝?！?br>
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]為了克服目前幾種主要的使用激光束掃描的3D打印工藝SLA、SLS、SLM和LOM等在大幅工作面上加工大尺寸工件所遇到的普通難題，本發(fā)明提出激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3D打印工藝構(gòu)想。
[0005]本發(fā)明的基本工作原理是:
[0006]本發(fā)明以轉(zhuǎn)盤(pán)上組裝的激光器的激光束，或獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)的外設(shè)激光器通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)光路系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)盤(pán)的激光束，在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)和導(dǎo)軌導(dǎo)架平移的復(fù)合運(yùn)動(dòng)下，以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描，取代目前SLA、SLS、SLM和LOM等工藝的X-Y振鏡掃描方式，來(lái)完成SLA、SLS、SLM和LOM等的平面3D打印工作。組裝在轉(zhuǎn)盤(pán)上的激光器可以是單個(gè)也可以是多個(gè)，視所要求的打印速度而定。獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)的外設(shè)激光器只能設(shè)置一個(gè)，視所要求的激光器的功率和高速打印速度而定。從康子純所提“園柱面疊層相加3D打印工藝”(申請(qǐng)?zhí)?01410310814.5)和“通用3D打印機(jī)床加工一體機(jī)”(申請(qǐng)?zhí)?01410359912.8)發(fā)明專(zhuān)利文件可知，阿基米德螺線(xiàn)掃描和X-Y軸掃描本質(zhì)上是一樣的，只是所用坐標(biāo)系和掃描軌跡線(xiàn)不同而已。單個(gè)激光器激光束的掃描以局部恒角速度PCAV(即內(nèi)圈以恒線(xiàn)速度CLV，外轉(zhuǎn)以恒角速度CAV)作阿基米德螺線(xiàn)整線(xiàn)掃描；多個(gè)激光器激光束則始終以恒角速度CAV作阿基米德螺線(xiàn)的分段線(xiàn)掃描。兩者都追求快速精確掃描；在大幅工作面上做大尺度掃描，光斑不發(fā)生任何畸變。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，省卻SLA、SLS、SLM和LOM等工藝的復(fù)雜X-Y振鏡和昂貴透鏡系統(tǒng)，大幅降低成本，縮小整機(jī)相對(duì)尺寸，保證打印質(zhì)量。且可造出目前的SLA、SLS、SLM和LOM工藝無(wú)法制造的超大尺寸掃描工作面的同類(lèi)3D打印機(jī)，獲得超大工件的精細(xì)SLA、SLS、SLM和LOM加工，因而具有諸多優(yōu)越性。
[0007]本發(fā)明“激光束以阿基米德螺線(xiàn)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)；
[0008]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(xiàn)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(O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(O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(O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(O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(xiàn)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(O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(O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)。
[0009]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(O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(xiàn)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(xiàn)掃描的精確性和穩(wěn)定性。
[0010]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(O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(xiàn)無(wú)遺漏無(wú)重復(fù)掃描。
[0011]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(O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(xiàn)掃描時(shí)，依工件數(shù)字模型的阿基米德螺線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)掃描；當(dāng)依據(jù)工件數(shù)字模型的阿基米德螺線(xiàn)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(O點(diǎn))平移“歸零”，為下一個(gè)阿基米德螺線(xiàn)柱面切片的掃描作好準(zhǔn)備。
[0012]計(jì)算機(jī)可通過(guò)RF射頻和芯片控制本發(fā)明轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上激光器或轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)架上的激光器的掃描與導(dǎo)軌導(dǎo)架平移伺服電機(jī)的動(dòng)作。
[0013]如果本發(fā)明整機(jī)處于真空狀況，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。
[0014]本發(fā)明“激光束以阿基米德螺線(xiàn)方式掃描的3D打印工藝”敘述完畢。
[0015]本發(fā)明可高質(zhì)量完成對(duì)大幅超大幅工作面的SLA、SLS、SLM和LOM的阿基米德螺線(xiàn)掃描，大幅降低該類(lèi)打印機(jī)成本，減小打印機(jī)相對(duì)尺寸，提高打印質(zhì)量，完成目前該類(lèi)打印機(jī)無(wú)法勝任的超大幅工作面掃描和超大型復(fù)雜工件加工，特別適用于航天、航空、海洋、電力對(duì)超大尺寸復(fù)雜工件的金屬打印，如航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)，大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、定子，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子，大型船艦的超大型螺旋槳，也適用于超大尺寸建筑模型打印，等等，其意義顯而易見(jiàn)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
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[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]圖1、多個(gè)激光器安裝于轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上的本發(fā)明工作原理示意圖；
[0018]圖2、采用多個(gè)激光器的本發(fā)明轉(zhuǎn)盤(pán)示意圖。
[0019]圖3、多個(gè)激光器安裝于轉(zhuǎn)盤(pán)的導(dǎo)軌導(dǎo)架上的本發(fā)明工作原理示意圖。
[0020]圖4、單個(gè)激光器獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)分離設(shè)置的本發(fā)明工作原理示意圖；
【具體實(shí)施方式】
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[0021]實(shí)施例1:整機(jī)采用3個(gè)激光器裝于轉(zhuǎn)盤(pán)的激光盤(pán)上的本發(fā)明；
[0022]實(shí)施例2:整機(jī)采用3個(gè)激光器裝于轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)軌導(dǎo)架上的本發(fā)明；
[0023]實(shí)施例3:整機(jī)采用單個(gè)激光器獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)分離設(shè)置的本發(fā)明；
[0024]實(shí)施例1:
[0025]整機(jī)采用3個(gè)激光器(I)裝于轉(zhuǎn)盤(pán)⑷的激光盤(pán)(5)上的阿基米德線(xiàn)掃描3D打印工藝(圖1)，包括:激光器⑴與光路系統(tǒng)(2、3)，轉(zhuǎn)盤(pán)(4)與導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)系統(tǒng)，主軸電機(jī)(7)與導(dǎo)架平移伺服電機(jī)(10、12)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)⑶控制系統(tǒng)。所述激光器(I)與光路系統(tǒng)(2、3)，其特征是，三個(gè)激光器(I)排成直線(xiàn)偏心安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(4)的激光盤(pán)(5)上，其激光束(I)再偏心引入轉(zhuǎn)盤(pán)(4)上的光路系統(tǒng)(2、3)，激光束經(jīng)轉(zhuǎn)盤(pán)(4)上的固定反射鏡(2)反射，依序進(jìn)入導(dǎo)軌(I)上可平移的導(dǎo)架(13)上的三個(gè)反射鏡(3)，再經(jīng)各反射鏡(3)反射和透鏡聚焦于3D打印機(jī)的工作平面(9)上；以偏心方式組裝3個(gè)激光器(I)的激光盤(pán)(5)，與轉(zhuǎn)盤(pán)(4)連成一體，與主軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)(4)保持相同角速度的轉(zhuǎn)動(dòng)；等距裝于導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)上的3個(gè)反射鏡(3)和透鏡聚焦系統(tǒng)，由伺服電機(jī)(10)和傳動(dòng)齒輪蝸桿(12)驅(qū)動(dòng)，沿導(dǎo)軌(11)從轉(zhuǎn)盤(pán)(4)中心(O點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)(4)外緣作等速平移；轉(zhuǎn)盤(pán)(4)由主軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)，在計(jì)算機(jī)(8)控制下，以恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；所述轉(zhuǎn)盤(pán)(4)與導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)系統(tǒng)，其特征是，轉(zhuǎn)盤(pán)⑷由主軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)⑷上裝有固定反射鏡(2)并開(kāi)有細(xì)長(zhǎng)激光束掃描窗口(6)，供來(lái)自激光器(I)的激光束在轉(zhuǎn)盤(pán)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿導(dǎo)軌(11)自轉(zhuǎn)盤(pán)(4)中心(O點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)(4)外緣等速平移作無(wú)遺漏無(wú)重復(fù)阿基米德螺線(xiàn)掃描；轉(zhuǎn)盤(pán)細(xì)長(zhǎng)激光束掃描窗口(6)上方設(shè)置導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)，等距設(shè)置在導(dǎo)架上的三個(gè)激光束反射鏡(3)與聚焦透鏡系統(tǒng)，其設(shè)置高度自轉(zhuǎn)盤(pán)(4)中心(O點(diǎn))向轉(zhuǎn)盤(pán)(4)外緣遞增；轉(zhuǎn)盤(pán)(4)與激光盤(pán)(5)連成一體，由主軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)，做相同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)
(4)設(shè)計(jì)成十字園環(huán)形狀以減輕重量，增大剛度，減少振動(dòng)。所述計(jì)算機(jī)(8)控制系統(tǒng)，其特征是，依據(jù)欲加工工件數(shù)字模型的切片阿基米德螺線(xiàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制主軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(4)與激光盤(pán)(4)、激光盤(pán)(5)作相同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并在整個(gè)切片打印過(guò)程中維持恒角速度CAV轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制伺服電機(jī)(10)與齒輪蝸桿(12)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)做自轉(zhuǎn)盤(pán)(4)中心(O點(diǎn))至轉(zhuǎn)盤(pán)(4)外緣的等速平移；同時(shí)，在轉(zhuǎn)盤(pán)(4)激光盤(pán)(5)做恒角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)架做等速平移時(shí)，依據(jù)欲加工工件數(shù)字模型切片的阿基米德螺線(xiàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)(8)控制激光盤(pán)(5)的三個(gè)激光器(I)做分3段的阿基米德螺線(xiàn)準(zhǔn)確、無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)掃描，為此設(shè)置阿基米德螺線(xiàn)三個(gè)分段各自的起始、終止符，便于監(jiān)控和校正；激光器掃描取脈沖、連續(xù)、空缺方式，依切片阿基米德螺線(xiàn)數(shù)據(jù)而定。
[0026]整機(jī)可取密封真空狀態(tài)，以保證高速打印質(zhì)量。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例1，敘述完畢。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]整機(jī)采用3個(gè)激光器⑴裝于轉(zhuǎn)盤(pán)⑷導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)上的本發(fā)明(圖3)，其特征是，3個(gè)激光器(I)及各自聚焦透鏡等距安裝在導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)上，在轉(zhuǎn)盤(pán)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)架(13)平移時(shí)，3個(gè)激光器(I)的激光束經(jīng)各自透鏡聚焦于3D打印機(jī)工作平臺(tái)(9)上，分3段做阿若米德螺線(xiàn)無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)掃描，完成工件切片打印，余與實(shí)施例1相同，不做贅述。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]整機(jī)采用單個(gè)激光器(I)獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)(4)分離設(shè)置的本發(fā)明(圖4)，其特征是，單個(gè)激光器⑴獨(dú)立于轉(zhuǎn)盤(pán)⑷分離設(shè)置，固定于轉(zhuǎn)盤(pán)⑷中心線(xiàn)上方，激光器⑴的激光束垂直引入轉(zhuǎn)盤(pán)⑷上的光路系統(tǒng)(2、3)，經(jīng)固定反射鏡⑵反射進(jìn)入導(dǎo)軌(11)導(dǎo)架(13)上安裝的反射鏡(3)，再經(jīng)透鏡聚焦于3D打印機(jī)工作平面(9)上；在計(jì)算機(jī)控制下，轉(zhuǎn)盤(pán)
(4)做局部恒角速度PCAV轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)架(13)做等速平移，實(shí)現(xiàn)切片的阿基米德螺線(xiàn)無(wú)遺漏、無(wú)重復(fù)掃描，完成工件切片打?。患す馄?I)的功率大小可任選。余與實(shí)施例1的工作原理相同，不做贅述。
[0032]三個(gè)實(shí)施例敘述完畢。
【權(quán)利要求】
1.激光束以阿基米德螺線(xiàn)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(xiàn)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(O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(O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(O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(O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)米用多個(gè)激光器，方案有二，方案一，多個(gè)激光器連成直線(xiàn)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(O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(O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(O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(xiàn)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(xiàn)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(O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(xiàn)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(O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(xiàn)掃描時(shí)，依工件數(shù)字模型的阿基米德螺線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)掃描；當(dāng)依據(jù)工件數(shù)字模型的阿基米德螺線(xiàn)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(O點(diǎn))平移“歸零”，為下一個(gè)阿基米德螺線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104325641SQ201410550549
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】康子純 申請(qǐng)人:康子純