УСТАНОВКА ПО СЕЛЕКТИВНОМУ ЛАЗЕРНОМУ СПЕКАНИЮ

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам, применяемым для изготовления объемных изделий из порошковых материалов, и может быть использовано в технологии создания биосовместимых имплантатов для замены и регенерации костных тканей.
Известно устройство для послойного получения трехмерных объектов, реализующие лазерные методы спекания порошковых материалов, предполагающие использование трехкоординатного сканирования лазерного луча и сложные раздельные системы послойной подачи и механического разравнивания порошка (Кузнецов В. Системы быстрого изготовления прототипов и их расширения. CAD/CAM/CAE Observer. 2003. №4 (13). С.2-7.). Основным недостатком известного устройства является то, что из-за высокой температуры порошковые частицы практически полностью расплавляются, что не позволяет получить изделий с заданной пористостью.
Известна установка по селективному лазерному спеканию (E.N.Antonov, V.N.Bagratashvili, S.M.Howdle et al. Fabrication of Polymer Scaffolds for Tissue Engineering Using Surface Selective Laser Sintering // Laser Physics, 2006. V.16. N.5. Р.774-787), состоящая из волоконного лазера, микроскопа с объективом, видеокамеры, инфракрасного регистратора, технологической платформы, способной перемещаться по двум взаимно перпендикулярным направлениям. В известной установке использовался волоконный лазер ЛС-0.97 (ИРЭ Полюс, Россия) с длиной волны 970 нм. К недостатком данной установки следует отнести то, что она не позволяла получать объемные объекты и покрытия в автоматическом режиме.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является установка порошковой лазерной стереолитографии (Заявка ФРГ №10053742, МПК7 B22F 3/105, В29С 47/04, В22С 7/00, опубл. 29.05.2002 (прототип), включающая лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, бункер с системой подачи, систему нанесения и блок управления. Известная установка работает следующим образом. Предварительно бункер с системой подачи наполняют порошком. Блок управления дает команду на бункер с системой подачи, откуда в систему нанесения поступает определенное количество порошка. По команде с системы управления система нанесения наносит тонкий слой порошка на технологическую платформу или на закрепленный на ней каркас, и платформа с помощью элемента привода устанавливается по вертикали так, чтобы фокус оптической системы расположился в нанесенном слое. Затем блок управления включает лазер и управляет перемещением оптической системы в горизонтальных направлениях с помощью элементов привода так, что по заданной в блоке управления программе формируется конфигурация первого слоя. Далее процесс повторяется, и формируются второй и последующие слои. В качестве лазерного устройства в известной установке используется непрерывный лазер с излучением в инфракрасном диапазоне длин волн.
Известная установка, обладая возможностью получения изделий с заданной пористостью, не позволяет получать трехмерные объекты и покрытия с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, что значительно ограничивает области ее применения. Это связано с тем, что излучение используемого лазерного устройства не визуализируется, поскольку оно находится в инфракрасном диапазоне длин волн. Поэтому каркас со сложной геометрической формой поверхности трудно установить на технологической платформе точно в заданном месте.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании установки по селективному лазерному спеканию, которая позволяет получать трехмерные объекты и покрытия с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности.
Технический результат достигается установкой по селективному лазерному спеканию, включающей лазерное устройство с оптической системой, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода, технологическую платформу, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода, бункер с системой подачи, систему нанесения, излучатель видимого диапазона, плоскопараллельную пластину и блок управления.
Техническим результатом от применения заявляемого изобретения является возможность получения трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности.
На фиг.1 схематически изображена предложенная установка по селективному лазерному спеканию. Она состоит из лазерного устройства 1 с оптической системой 2, горизонтальное перемещение которой по двум взаимно перпендикулярным направлениям обеспечивают элементы привода 3, технологической платформы 4, вертикальное перемещение которой обеспечивает элемент привода 5, бункера с системой подачи 6, системы нанесения 7, блока управления 8, излучателя видимого диапазона 9, плоскопараллельной пластины 10.
Установка по селективному лазерному спеканию работает следующим образом. Предварительно бункер с системой подачи 6 наполняют порошком. При необходимости на технологическую платформу 4, используя световое пятно излучателя видимого диапазона 9, точно в заданном месте устанавливается каркас. Блок управления 8 дает команду на бункер с системой подачи 6, откуда определенное количество порошка поступает в систему нанесения 7. По команде с блока управления 8 система нанесения 7 наносит тонкий слой порошка на поверхность технологической платформы 4 или на закрепленный на ней каркас и технологическая платформа 4 с помощью элемента привода 5 устанавливается так, чтобы фокус оптической системы 2 расположился в нанесенном слое. Затем блок управления 8 включает лазерное устройство 1 и управляет перемещением оптической системы 2 в горизонтальных направлениях с помощью элементов привода 3 и технологической платформы 4 в вертикальном направлении с помощью элементов привода 5 так, что по заданной в блоке управления 8 программе формируется конфигурация первого слоя. Далее процесс повторяется, и при этом формируются второй и последующие слои.
При конструировании установки по селективному лазерному спеканию излучатель видимого диапазона и плоскопараллельную пластину устанавливают так, чтобы совместить пучки излучений излучателя видимого диапазона и лазерного устройства. В результате этого световое пятно излучателя видимого диапазона на поверхности технологической платформы или каркаса точно указывает место фокусировки инфракрасного излучения лазерного устройства.
Достижение заявленного технического результата, а именно, создание установки по селективному лазерному спеканию, обеспечивающей получение трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности, происходит за счет добавления излучателя видимого диапазона и плоскопараллельной пластины, что позволяет устанавливать каркас на технологической платформе по световому пятну точно в заданном месте.
В качестве излучателя видимого диапазона может быть использован гелий-неоновый лазер, излучающий в красном диапазоне длин волн, или стандартные излучатели на лазерных диодах, излучающие в видимом диапазоне длин волн. В качестве плоскопараллельной пластины может быть использована, например, плоскопараллельная пластина из кварцевого стекла. Авторами была изготовлена и испытана установка по селективному лазерному спеканию с применением плоскопараллельной пластины из кварцевого стекла и гелий-неонового лазера с длиной волны 633 нм.
Таким образом, созданная установка по селективному лазерному спеканию позволила достичь заявленного технического результата, а именно, обеспечить получение трехмерных объектов и покрытий с использованием заранее изготовленного каркаса со сложной геометрической формой поверхности.