[发明专利]利用太阳能的三维打印线聚光光源和打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术和快速原型制造（RPM）技术领域，特别是涉及一种利用太阳能的聚光能量和电致变色原理对颗粒物料进行选择性烧结打印的光源和打印方法。

背景技术

在当前工业设计和制造领域，快速原型制造是指由产品数字化模型直接驱动成形设备，以快速制造任意三维物理实体的相关技术的总称。它通过正向设计或逆向测绘，在计算机中建立产品的三维数字模型，根据具体要求，将模型离散为一系列有序的单元；通常，是在Z方向上按一定厚度进行离散分层，将原来的三维模型变成一系列的二维层片；根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，生成数控代码；选择合适的材料及成形工艺，利用快速成形机，将材料按照指定的路径逐层堆积并连接起来，得到产品的三维物理实体。快速原型制造将复杂的三维加工转变为一系列二维层片的加工，使得成形过程的实现与待成形实体的形状与结构的复杂程度无关，实现了降维制造，大大降低了加工难度。

快速原型制造与传统切削加工、模具成形有着本质的区别。在理论层面，快速原型制造技术可以加工出任意复杂形状的零部件，它开辟了不用刀具、模具而制造产品原型和产品的新途径，使设计师可以直观体会设计感觉，快速检查、验证所设计产品的结构、外形和性能，创造了产品开发的全新模式和全新境界，并具有潜在的巨大经济效益。

快速原型制造的成形过程对能源具有较高的要求，能源的选用还与所使用的原材料性能有关。总体上，目前有两类能源形式：一类是基于激光能量的固化切割或熔的方法，另一类是基于非激光能量的堆积成形方法。激光具有能量集中、易于控制、光斑小、波长恒定等特点，是目前常用的快速原型制造技术的能源。

但是，激光能源的缺点是成本较高，尤其是在加工体积较大、数量较多且不能为传统加工方法实现的模型时。而驱动激光正常工作的能源通常来自于化石能源。

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的化石能源，缓解日益严峻的资源短缺问题，而且还可以减少碳排放污染，应对气候变化，保护人类赖以生存的生态环境。

电致变色是指材料的光学属性，如反射率、透过率、吸收率等，在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色材料分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料的典型代表是三氧化钨，目前，以WO₃为功能材料的电致变色器件已经产业化。而有机电致变色材料主要有聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。以紫罗精类为功能材料的电致变色材料已经得到实际应用。

发明内容

为了克服快速原型制造技术中利用激光能源成本高昂的缺点，本发明提供一种利用太阳能的三维打印线聚光光源，能够在对颗粒物料进行选择性烧结的过程中，采用太阳能，而不采用化石能源驱动；能够对太阳能的利用时间更长，聚光利用方式更加合理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种利用太阳能的三维打印线聚光光源，包括：烧结面、工作平台、经向直线轨道、经向平移支架、纬向直线轨道、聚光器、水平经向反射镜、水平纬向反射镜、抛物柱面反射镜、遮光器；烧结面是由颗粒较小的物料组成的水平面；工作平台上表面为水平面，经向直线轨道固定在工作平台上表面，朝向为南北方向；经向平移支架安装在经向直线轨道上，能够沿南北方向水平平移运动；纬向直线轨道和水平纬向反射镜固定安装在经向平移支架上；抛物柱面反射镜和遮光器的位置较近、距离固定且固定在一起，能够沿纬向直线轨道在经向平移支架上进行水平平移运动；遮光器位于水平纬向反射镜和抛物柱面反射镜之间；水平经向反射镜、水平纬向反射镜为平面反射镜。

聚光器为平行光聚光器，输出光线与输入光线传播方向相同且平行， SO″为聚光器的中心轴线，O″点位于聚光区域一侧。