CN112757436A - 基于激光烧结的挤出式3d打印喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,包括送料斗、激光烧结组件和支撑及工作台组件;送料斗中设有供料腔体以及在入口处设有盖合的密封盖,供料腔体由外部壳体和内部壳体组成;激光烧结组件放置在送料斗上,激光光路穿过挤出口对浆体材料直接烧结;支撑及工作台组件包括用于夹持送料斗的夹具、固定支承夹具的支撑架以及工作台组成,工作台位于挤出口的正下方。本发明在送料斗中设置供料腔体,搭配激光烧结组件实现零部件的一体化成型;通过控制加热组件的温度提高浆体材料挤出的均匀性;利用敷设在平台上的磁感线圈促使金属颗粒紧密连接,提高样件的加工质量,实现稳定可靠的挤出式3D打印喷头,具有广泛的实用性及普适性。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工喷头领域,尤其涉及一种基于激光烧结的挤出式3D打印喷头。
背景技术
增材制造是近年来产生并迅速发展起来的一种特种加工技术。与传统机械加工方法相比,该技术以其可以实现零件的快速制造及自由成型,被越来越广泛地应用到各个领域。
挤出式增材制造技术是经由喷嘴挤出材料至工作台上的一种工艺。操作人员在压力的帮助下推动推杆将管内材料慢慢挤出至工作台上,通过控制喷头的压力、浆料的粘度等工艺参数实现对浆体挤出速度的控制,并在此基础上控制平移台的移动速度,实现浆料在工作台上的增材制造加工。同时,利用激光器实现对浆体材料的实时烧结。
挤出式增材制造技术具有广阔的应用前景,由于该技术产生的较晚,尚未完全成熟,还需进一步的研究分析和优化。该工艺的应用在目前市面上主要是用于陶瓷材料的加工,但由于加工精度不足、烧结强度不足等问题严重限制了其向需求更大的方向,如微电子、微电池等领域的应用。
发明内容
发明目的:本发明目的是为了解决现有技术加工精度低、装置构造复杂、加工材料的体积及精度难以控制的问题,提供一种基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,实现打印喷头与激光烧结一体化成型,提高打印精度及拓宽应用范围。
技术方案:本发明提供一种基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,包括送料斗、激光烧结组件和支撑及工作台组件;送料斗中设有供料腔体以及在入口处设有盖合的密封盖,供料腔体由外部壳体和内部壳体组成,浆体材料从外部壳体和内部壳体之间倒入;激光烧结组件放置在送料斗上,激光光路穿过挤出口对浆体材料直接烧结;支撑及工作台组件包括用于夹持送料斗的夹具、固定支承夹具的支撑架以及工作台组成,工作台位于挤出口的正下方。
进一步地,挤出口为圆弧状向内喷射结构。
进一步地,外部壳体外侧套有加热组件用于加热供料腔体内的浆体材料。
进一步地,挤出口大小可调。
进一步地,激光烧结组件中的小型激光器放置于激光器垫块之上,小型激光器的出光口对应放置于激光器垫块上开出的圆孔内,激光器垫块固定架设在密封盖上。
进一步地,工作台敷设有磁感线圈,磁感线圈用于固定所要打印浆体材料中金属颗粒的位置。
进一步地,夹具内壁处设有吸震材料用于稳固送料斗。
进一步地,工作台采用三维移动平台,包括Z方向移动控制器、Y方向移动控制器以及X方向移动控制器;三个方向的控制器采用迭代学习控制算法智能控制。
工作原理:浆体材料从供料腔体外壳和内壁之间倒入,在供料腔体的外壳处添加了加热组件能够使得浆体材料顺利喷出;为了防止材料受热氧化、受污染或溢出,在供料腔体顶部设置了密封盖,供料腔体下方的挤出口采用圆弧状向内喷射结构,促进材料被激光有效地烧结,挤出口中间的空隙主要是为了让激光进行直接烧结使用;激光烧结组件包括激光器以及支撑模块,其中激光器放置于支撑模块上,支撑模块放置于封盖之上,为了保证光路的通畅,在出光口处的支撑模块部位进行开孔;支撑及工作台组件,主要包括夹具、支撑架以及工作台,夹具主要是起到固定送料斗的作用,位于送料斗的上半部分,支撑架主要起到支撑作用,连接夹具,工作台在挤出口下方,但为了保证加工精度,挤出口和工作台之间的距离需要根据材料的性质进行调整。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著的优点:在送料斗中设置供料腔体,搭配激光烧结组件实现零部件的一体化成型;该结构通过控制加热组件的温度,调节送料斗整体温度,提高浆体材料挤出的均匀性并对挤出速度进行控制;通过改变激光功率实现对不同材料,不同流出速度的烧结功率进行调控;通过控制工作台三维运动,实现材料在不同位置的增材制造加工并防止拉丝现象;采用激光实时烧结,提高浆料打印样件整体加工强度,拓宽其应用范围;利用敷设在平台上的磁感线圈促使金属颗粒紧密连接,提高样件的加工质量。
附图说明
图1为本发明的正视图;
图2为本发明的立体图;
图3为本发明的供料装置结构示意图1;
图4为本发明的供料装置结构示意图2;
图5为本发明的供料装置加热组件示意图;
图6为本发明的供料腔部位放大示意图;
图7为本发明的小型激光器示意图;
图8为本发明的激光器垫块示意图;
图9为本发明的支撑及工作台组件示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1至图2所示为本发明整体示意图,包括送料斗100、激光烧结组件200以及支撑及工作台组件300。激光烧结组件200放置在送料斗100上,支撑及工作台组件主要分为支撑和工作台两个作用,支撑部位可以根据实际加工量进行调整,工作台303位于挤出口104的正下方。
如图3所示,送料斗100由封盖101、供料腔体102、加热组件103以及挤出口104组成。封盖101提供密封以及支撑作用,供料腔体102主要起到送料的作用,加热组件103主要起到加热被加工浆体,加速其流动的作用,挤出口104主要起到缩小挤出浆料尺寸,提高加工精度的作用。
加热组件103根据所加工的材料性质不同,选择不同加热组件温度、数量及位置,保证浆体材料流出的流畅性。
封盖101的类型包括两种:密封型封盖及非密封型封盖。密封型封盖主要为了加工那些易受氧化材料,防止浆体在加工过程中出现氧化,影响加工性能。非密封型封盖主要为了加工大型样件,方便在加工过程中实时进行供料,简单材料的供给过程。
如图4所示,挤出口104的大小可以调控,挤出口104为了保证浆体的挤出流畅性,需要保证加工浆体的粉末尺寸相对统一,防止出现堵塞;一般来说根据所加工材料的粘度、粒径等性质进行调节,保证该喷头结构的适用范围广泛。
如图5所示,加热组件103套设在供料腔体的外部,通过控制实际加热温度,加热位置以及加热数量控制整个供料腔体内部的材料的温度。由于加工材料为浆体,所以通过加热的方式可以有效增加浆体材料的流动性,提高挤出材料的流畅度,从而保证整体加工精度。
如图6所示,供料腔体102为两层结构,由外部壳体102-1以及内部壳体102-2组成。外部壳体102-1主要起到固定、密封、加热作用,内部壳体102-2的存在主要为了让内部形成一个密闭的环路,促使浆体材料按照想要的位置102-3进行流动。在送料斗100内部需要放置光学透镜,使得光路在工作台上聚焦,让浆体材料可以直接被激光烧结。
如图7和图8所示,激光烧结组件200中的小型激光器201放置于激光器垫块202之上,其中小型激光器201的出光口放置于激光器垫块202上开出的圆孔内,其中激光光路可以穿过挤出口104实现浆体材料的直接烧结。
如图9所示,支撑及工作台组件300由夹具301、支撑架302以及工作台303组成。夹具301的实际夹紧位置以及数量根据填料重量调整及增减,防止喷头下滑、转动等影响实际加工精度。
夹具301在爪处添加加薄海绵等吸震材料进行固定,防止由于加工导致的震颤,同时为了进一步固定喷头,可以在支撑架的多个位置设置多个夹具对喷头进行固定。
工作台303采用三维移动平台,其中包括Z方向移动控制器、Y方向移动控制器以及X方向移动控制器。三个方向的控制器全部都采用迭代学习控制算法进行智能控制,补偿由于浆体粘性、粒径等差异带来的打印精度不足。
Claims (8)
1.一种基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,包括送料斗(100)、激光烧结组件(200)和支撑及工作台组件(300);所述送料斗(100)中设有供料腔体(102)以及在入口处设有盖合的密封盖(101),所述供料腔体(102)由外部壳体(102-1)和内部壳体(102-2)组成,浆体材料从外部壳体(102-1)和内部壳体(102-2)之间倒入;所述激光烧结组件(200)放置在送料斗(100)上,激光光路穿过挤出口(104)对浆体材料直接烧结;所述支撑及工作台组件(300)包括用于夹持送料斗(100)的夹具(301)、固定支承夹具(301)的支撑架(302)以及工作台(303)组成,所述工作台(303)位于挤出口(104)的正下方。
2.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述挤出口(104)为圆弧状向内喷射结构。
3.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述外部壳体(102-1)外侧套有加热组件(103)用于加热供料腔体(102)内的浆体材料。
4.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述挤出口(104)大小可调。
5.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述激光烧结组件(200)中的小型激光器(201)放置于激光器垫块(202)之上,所述小型激光器(201)的出光口对应放置于激光器垫块(202)上开出的圆孔内,所述激光器垫块(202)固定架设在密封盖(101)上。
6.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述工作台(303)敷设有磁感线圈,所述磁感线圈(302)用于固定所要打印浆体材料中金属颗粒的位置。
7.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述夹具(301)内壁处设有吸震材料用于稳固送料斗(100)。
8.根据权利要求1所述的基于激光烧结的挤出式3D打印喷头,其特征在于,所述工作台(303)采用三维移动平台,包括Z方向移动控制器、Y方向移动控制器以及X方向移动控制器;所述三个方向的控制器采用迭代学习控制算法进行智能控制。
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