帶有雷射加熱的3D印表機的製作方法

2023-06-04 13:23:47 2

本發明涉及一種帶有雷射加熱的3D印表機，屬於增材製造領域。

背景技術：

3D列印技術近來得到人們廣泛認知和快速發展，其中粉末選區雷射燒結技術是目前發展最快、最具活力的成型技術，目前粉末選區雷射燒結技術可供列印的材料有PS粉、尼龍、樹脂砂、各種金屬粉、陶瓷粉、各種包覆複合粉等等。在加工過程中，為了減少加工過程中熱應力和熱變形，減少或消除開裂，為了使製件獲得所需的組織和性能，需要對所鋪粉末進行加熱，通常加熱方式有：通過工作檯面上方加熱裝置加熱，通過基板加熱，但加熱溫度一般均較低，在200℃內，我們在先前專利CN105880591A中介紹了一種用雷射預熱金屬粉末的方法及裝置可以加熱到很高，該種方法如採用單臺雷射器單臺掃描振鏡，需掃描兩次，加工工藝時間要加長，如若採用兩臺雷射器兩臺掃描振鏡，則設備成本增加很多，如若提高在不加長工藝時間的情況下實現雷射加熱，提高生產效率，降低設備成本，對一些易開裂的新材料(如陶瓷材料)開發，將產生深遠影響。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種帶有雷射加熱的3D印表機，該3D印表機在加工處可由雷射實現逐層加熱，並且是同時加熱同時加工，以期大幅降低製件熱應力和熱變形，減少或消除開裂，降低粉末間氣體殘留，從而達到提高製件精度、表面質量和機械性能的目的。

本發明的上述目的是這樣實現的：提供一種帶有雷射加熱的3D印表機，它包括機架1、成型缸2、供料系統13、鋪粉裝置11、落料裝置6、雷射掃描系統、工作檯面上方加熱裝置18或基板加熱裝置4，其特徵在於：所述的雷射掃描系統中有兩雷射束，一束為加工雷射束a，一束為加熱雷射束b，加工雷射束a和加熱雷射束b經合束鏡15匯合，一起射入掃描振鏡10入光孔，並均聚焦於工作檯粉表面，由掃描振鏡實現在製件截面處粉末加熱及燒結加工。

所述的加工雷射束a聚焦於工作檯粉表面的雷射光斑直徑細小，加熱雷射束b聚焦於工作檯粉表面的雷射光斑直徑粗大。

所述的加工雷射束a由一臺雷射器8a發射，加熱雷射束b由另一臺雷射器8b發射，兩雷射器發射的雷射均經各自擴束鏡擴束後射向合束鏡15，且射向合束鏡15的兩束雷射光斑直徑大小不同。

所述的加工雷射束a和加熱雷射束b由同一臺雷射器產生，該雷射器發射的雷射射入分光鏡16，分為兩束雷射，其中一束雷射經擴束鏡9a擴束後射向合束鏡15，另一束雷射經反射鏡17a和反射鏡17b、擴束鏡9b擴束後也射向合束鏡15，兩束雷射經合束鏡15匯合，並一起射入掃描振鏡10入光孔，其中射向合束鏡15的兩束雷射光斑直徑大小不同。

所述的雷射加熱溫度的調節控制是通過控制雷射器輸出功率大小、通過控制加熱雷射束聚焦在工作檯粉表面的雷射光斑直徑大小、通過控制掃描振鏡掃描速度大小來實現的。

本發明的帶有雷射加熱的3D印表機，具有如下有益的效果：

該帶有雷射加熱的3D印表機，可實現逐層在雷射加工處的局部高溫加熱，且是同時加熱同時加工，不但大幅降低製件熱應力和熱變形，消除開裂，降低粉末間氣體殘留，控制材料的組織結構和性能，也大幅提高生產效率，從而達到提高製件精度，提高製件表面質量，提高製件材料機械性能的目的。

下面結合附圖和實施例對本發明的帶有雷射加熱的3D印表機作進一步說明。

附圖說明

圖1為帶有工作檯面上方加熱裝置和基板加熱的3D印表機實施例示意圖；

圖2為帶有兩臺雷射器一臺掃描振鏡的3D印表機實施例光路示意圖；

圖3為帶有一臺雷射器一臺掃描振鏡的3D印表機實施例光路示意圖；

其中：

1-機架； 2-成型缸； 3-成型缸活塞； 4-基板加熱裝置；

5-基板； 6-落料裝置； 7-加工製件； 8a-雷射器a；

9a-擴束鏡a； 10-掃描振鏡； 8b-雷射器b； 9b-擴束鏡b；

11-鋪粉裝置； 12-工作檯面； 13-供料裝置； 15-合束鏡；

16-分光鏡； 17a-反射鏡a； 17b-第二反射鏡b；

18-工作檯面上方加熱裝置； a-雷射束a； b-雷射束b；

具體實施方式

參照圖1所示，帶有工作檯面上方加熱裝置的3D印表機是現有加工PS粉、樹脂砂、尼龍等材料的3D印表機，帶有基板加熱的3D印表機是現有加工鋁合金、鈦合金等金屬粉末材料的3D印表機。

參照圖2所示，該實施例為兩臺雷射器產生兩束雷射，加工雷射束a由一臺雷射器8a發射，加熱雷射束b由另一臺雷射器8b發射，兩雷射器發射的雷射均經各自擴束鏡擴束後射向合束鏡15，經合束鏡15匯合，一起射入掃描振鏡10入光孔，這兩束雷射在工作檯面聚焦為兩直徑不同光斑，加熱雷射束聚焦光斑直徑較大，加工雷射束聚焦光斑直徑細小，在掃描振鏡沿製件截面輪廓掃描填充加工的同時，聚焦的加熱雷射也同時對加工處粉末材料進行加熱，加熱溫度的調節可通過調節控制兩臺雷射器輸出功率、加熱雷射束光斑直徑及掃描速度來實現。

參照圖3所示，該實施例為一臺雷射器產生的雷射，通過分光鏡16，分為兩束雷射，其中一束雷射經擴束鏡9a擴束後射向合束鏡15，另一束雷射經反射鏡17a和反射鏡17b、擴束鏡9b擴束後也射向合束鏡15，兩束雷射經合束鏡15匯合，並一起射入掃描振鏡10入光孔，兩束雷射在工作檯面聚焦為兩直徑不同光斑，加熱雷射束聚焦光斑直徑較大，加工雷射束聚焦光斑直徑細小，在掃描振鏡沿製件截面輪廓掃描填充加工的同時，聚焦的加熱雷射也同時對加工處粉末材料進行加熱，實現同時加熱同時加工。

以上所述的僅是本發明的優選實施例。應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理和核心思想的前提下，還可以作出若干變形和改進，也視為屬於本發明的保護範圍。