[发明专利]复杂形状几何体的覆膜粉体激光选区失效整体成型方法有效
申请号: | 200710010885.3 | 申请日: | 2007-04-04 |
公开(公告)号: | CN101049652A | 公开(公告)日: | 2007-10-10 |
发明(设计)人: | 姚山;叶昌科;叶嘉楠 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | B23K26/00 | 分类号: | B23K26/00;B29C67/00;B22F3/105;G05B15/02;G06F17/50 |
代理公司: | 大连理工大学专利中心 | 代理人: | 侯明远;李宝元 |
地址: | 116024辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 复杂 形状 几何体 覆膜粉体 激光 选区 失效 整体 成型 方法 | ||
技术领域
本发明属于激光加工快速成型技术领域,涉及将计算机三维模型制作成零件,特别涉及复杂形状几何体的覆膜粉体激光选区失效整体成型的方法。
背景技术
激光快速成型技术是20世纪八十年代中后期发展成熟起来并开始商品化的一种高新制造技术。激光快速成型技术能很快地将产品零件的计算机辅助设计模型(CAD模型)转换为物理模型、零件原型或零件。激光快速成型由CAD模型直接驱动,只需改变CAD模型,就可获得相应的物理实体,大大缩短了从概念模型设计到生产出产品或样品的生产周期。
目前典型的已商品化的激光快速成型方法主要有以下三种:
(1)薄形材料选择性切割LOM(Laminating Object Manufacturing)。该方法最早由成立于1985年的美国Helisys公司获得专利。LOM方法主要以薄膜为材料,激光沿着所需二维轮廓进行切割,将切割后所得薄膜层叠起来,即得到成型件。
(2)选择性激光烧结SLS(Selected Laser Sintering),又称激光选区烧结。该方法由美国德州大学奥斯汀分校于1989年研制成功,并将此SLS专利转让给美国的DTM公司,从此SLS工艺得到了迅速发展。该工艺采用具有烧结性能的粉末材料,由计算机对三维CAD模型进行分层,得到一系列截面信息,激光光束根据每一层的截面信息对该层粉末材料进行选择性面域扫描,烧结出二维截面,相邻的两层截面之间烧结相连,如此循环,即可得到与CAD模型形状一致的三维实体。
(3)光固化成型SL(Stereo Lithography)方法,又称立体光刻、光成型等,是美国的C.Hull于1986年研制成功的一种快速成型方法,获美国专利。1988年美国3D Systems公司推出第一台商用样机SLA—1。SL方法艺的设备装置跟SLS类似,省略了铺粉工序,多了支撑机构。SL技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应,相对分子质量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。
(4)基于覆膜粉末材料轮廓线扫描的激光快速成型方法,又称激光轮廓烧结法、轮廓失效法。是由申请人于2005年提出的一种新的快速成型方法。该方法的原理是根据CAD的分层轮廓线,用激光烧结每层覆膜粉末轮廓,形成整体的失效轮廓,在整体加热覆膜粉末固化以后再根据失效轮廓把模型分离开来,完成CAD实体的快速成型。
以上四种典型的激光快速成型方法各有其优点,但是,以上四种方法都存在一些不足:
LOM方法除加工轮廓信息外,还需对轮廓外的“废料”部分需要用激光进行网格划分以便于去除。这种方法材料浪费比较大,材料选择范围比较窄,一般只能采用纸张等连续的薄型材料,不能用覆膜粉末等粉体材料,而且每层厚度不可调整,这是其本身工艺所决定的。
SLS方法由于其需要对每一个层面的面域进行激光扫描,使得成型时间较长,而且激光烧结件普遍存在致密度低、强度低、尺寸精度差及表面光洁度低等不足。
SL方法需要进行每一个截面的面域扫描,并且需要考虑添加支撑,所以成型工艺较复杂,成型时间较长,而且材料选择面较窄。
轮廓失效法由于是形成了整体的失效轮廓,所以对于复杂的CAD模型,在目标件与周围废料分离的时候会发生困难,容易发生部分区域的干涉,复杂形状几何体细节处脱模时易损坏,尤其对于具有多面凹凸的模型会由于相互干涉产生无法脱开的问题,这样就造成成型件外形简单,复杂模型难以制造等问题。
发明内容
本发明提供了将计算机三维模型直接制作成三维实体零件,是一种基于三维实体分割技术复杂形状几何体的覆膜粉体快速整体成型方法;保留了SLS方法的优点,克服了SLS成型体强度低、LOM法无法加工粉体材料、轮廓失效法难以制造复杂零件的不足。
本发明的技术方案,特征步骤如下:
步骤一
在计算机上完成待成形零件的三维实体造型和砂箱的实体造型,并通过CAD软件系统的集成运算功能,在砂箱实体模型上减去待成形零件,生成砂型三维几何模型,此时在计算机系统中同时存在零件和砂型两个实体模型,这两个实体的并集就是整个砂箱;
步骤二
根据最终的成形需要和目的,在步骤一的两个实体模型中选择一个作为快速整体成形的目标实体,另一个定义为待破碎体;
步骤三
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