[发明专利]一种应用皮秒激光精确控温3D打印高分子材料系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光3D打印领域，具体涉及一种应用皮秒激光器3D打印高分子材料系统。

背景技术

3D打印技术是激光快速成型的一种新技术，是激光应用的一次飞跃，甚至被誉为第三次工业革命。激光3D打印采用光固化快速成型技术，将液体或者粉末材料快速打印成原先设计好的实物。它集成了激光、机械、控制系统。目前可以用作激光3D打印的材料已经覆盖了高分子、金属粉末、陶瓷及其复合材料。由于高分子材料与金属和陶瓷材料相比，其表面能较低，熔融粘度高，具有较低的成形温度，所需的激光功率低，也不会出现在金属粉末打印过程中出现的“球化”效应。因此高分子材料在SLS(SLS:Selective Laser Sintering选择性激光烧结)领域应用的最为广泛。

但是高分子材料对温度响应灵敏，且大部分的高分子材料的可加工温度在200-300℃之间，加工的温度区间窄。有的高分子材料的加工温度区间与高分子材料本身的分解温度接近，如PP(聚丙烯)的可加工温度区域为200-300℃，但是其分解温度为310℃，两者温区非常接近，且高分子材料的导热系数低，在实际加工中容易导致加工效果不均匀，易出现翘曲现象。而且激光在快速成型的过程中也快速输给了高分子材料一定的能量，导致实际的高分子材料在3D打印过程中，因为温度控制精度不够而导致3D打印效果不好，或者出现制件翘曲，因为翘曲是高分子材料选择性激光3D打印过程中普遍存在的破坏性现象。因此能够对高分子材料3D打印提供精确的温度控制意义重大。

发明内容

为了解决背景技术中高分子材料由于对温度响应灵敏，在3D打印中由于温控不好造成翘曲和分解现象。本发明提供一种皮秒激光3D打印高分子材料系统，其可以自身根据实际的打印操作来实时进行修正和调整工作温度，做到精确控制高分子材料的工作的温度。该系统包括：送料器、激光系统、控制系统、第一红外测温仪和第二红外测温仪。通过实际对预热实际输出温度数据和实时3D打印作业区域的温度测定，将实际测得的温度与设置的预热温度进行对比，存在误差较大时给出反馈。根据反馈的温差可以改变预热温度调节或者改变皮秒激光器的输出功率进行调节，将3D打印区域的温度与材料的最佳打印温度匹配。实现对3D打印材料的打印区域温度进行精确控制，以防止3D打印不均匀和材料的翘曲现象出现。其方案具体为：

该系统为一种应用皮秒激光精确控温3D打印高分子材料系统，该系统包括：激光系统、送料器、控制系统、第一红外测温仪和第二红外测温仪；各组成部分连接如下：

第一红外测温仪连接控制系统中的第一温度采集，用于监测送料器输出材料的预热温度；

第二红外测温仪连接控制系统中的第二温度采集，用于监测皮秒激光3D打印作业区的实时温度；

送料器连接控制系统中的送料控制器，用于对所要加工的物料进行预热和输送；

激光系统连接控制系统中的激光控制器，其包括皮秒激光器和振镜，皮秒激光器的作用是根据激光控制器输出的指令输出相应指标的激光来实施3D打印作业，振镜的作用是根据激光控制器输出的打印要求指令来改变皮秒激光器输出的激光光束位置，以实施快速3D打印作业；

控制系统是实施皮秒激光精确控温3D打印的核心部分，包括第一温度采集、第二温度采集、激光控制器、送料控制器、校准器和反馈及报错装置。

用皮秒激光3D打印工作，通过校准、反馈、激光功率控制来补偿与3D打印作业实时温度的温差，该温差可精确控制在±0.5℃以内。

所述皮秒激光器可以为光纤激光器或固体激光器，其输出平均功率为1～100W之间连续可调，输出光束聚焦的最小光斑直径小于400μm，重复频率在1～800MHz之间，脉冲宽度在1～500ps之间，波长在266～2000nm之间，通过控制系统中的激光控制器对其功率进行调节；所述的振镜为高速振镜，运转速度可以达到1m/s，也通过控制系统中的激光控制器对其进行控制。

所述的第一红外测温仪和第二红外测温仪的误差为±1℃。