CN206551490U - 带有激光加热的3d打印机 - Google Patents

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李全贵
普雄鹰
袁晓鑫
王林
马桂殿
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Beijing Sandi Polytron Technologies Inc
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BEIJING LONGYUAN AUTOMATIC MOLDING SYSTEM Co Ltd
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

提供一种带有激光加热的3D打印机，其特征在于激光扫描***中有两激光束，一束为加工激光束a，一束为加热激光束b，加工激光束a和加热激光束b经合束镜15汇合，一起射入扫描振镜10入光孔，并均聚焦于工作台粉表面，由扫描振镜实现在制件截面处粉末加热及烧结加工，可实现逐层在激光加工处的局部高温加热，且是同时加热同时加工，不但大幅降低了制件热应力和热变形，也消除了制件开裂，降低了粉末间气体残留，达到提高制件精度，提高制件表面质量，提高制件材料机械性能的目的。

Description

带有激光加热的3D打印机
技术领域
本发明涉及一种带有激光加热的3D打印机，属于增材制造领域。
背景技术
3D打印技术近来得到人们广泛认知和快速发展，其中粉末选区激光烧结技术是目前发展最快、最具活力的成型技术，目前粉末选区激光烧结技术可供打印的材料有PS粉、尼龙、树脂砂、各种金属粉、陶瓷粉、各种包覆复合粉等等。在加工过程中，为了减少加工过程中热应力和热变形，减少或消除开裂，为了使制件获得所需的组织和性能，需要对所铺粉末进行加热，通常加热方式有：通过工作台面上方加热装置加热，通过基板加热，但加热温度一般均较低，在200℃内，我们在先前专利CN105880591A中介绍了一种用激光预热金属粉末的方法及装置可以加热到很高，该种方法如采用单台激光器单台扫描振镜，需扫描两次，加工工艺时间要加长，如若采用两台激光器两台扫描振镜，则设备成本增加很多，如若提高在不加长工艺时间的情况下实现激光加热，提高生产效率，降低设备成本，对一些易开裂的新材料(如陶瓷材料)开发，将产生深远影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有激光加热的3D打印机，该3D打印机在加工处可由激光实现逐层加热，并且是同时加热同时加工，以期大幅降低制件热应力和热变形，减少或消除开裂，降低粉末间气体残留，从而达到提高制件精度、表面质量和机械性能的目的。
本发明的上述目的是这样实现的：提供一种带有激光加热的3D打印机，它包括机架 1、成型缸2、供料***13、铺粉装置11、落料装置6、激光扫描***、工作台面上方加热装置18或基板加热装置4，其特征在于：所述的激光扫描***中有两激光束，一束为加工激光束a，一束为加热激光束b，加工激光束a和加热激光束b经合束镜15汇合，一起射入扫描振镜10入光孔，并均聚焦于工作台粉表面，由扫描振镜实现在制件截面处粉末加热及烧结加工。
所述的加工激光束a聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径细小，加热激光束b聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径粗大。
所述的加工激光束a由第一激光器8a发射，加热激光束b由第二激光器8b发射，两激光器发射的激光均经各自扩束镜扩束后射向合束镜15，且射向合束镜15的两束激光光斑直径大小不同。
所述的加工激光束a和加热激光束b由同一台激光器产生，该激光器发射的激光射入分光镜16，分为两束激光，其中一束激光经第一扩束镜9a扩束后射向合束镜15，另一束激光经第一反射镜17a和第二反射镜17b、第二扩束镜9b扩束后也射向合束镜15，两束激光经合束镜15汇合，并一起射入扫描振镜10入光孔，其中射向合束镜15的两束激光光斑直径大小不同。
所述的激光加热温度的调节控制是通过控制激光器输出功率大小、通过控制加热激光束聚焦在工作台粉表面的激光光斑直径大小、通过控制扫描振镜扫描速度大小来实现的。
本发明的带有激光加热的3D打印机，具有如下有益的效果：
该带有激光加热的3D打印机，可实现逐层在激光加工处的局部高温加热，且是同时加热同时加工，不但大幅降低制件热应力和热变形，消除开裂，降低粉末间气体残留，控制材料的组织结构和性能，也大幅提高生产效率，从而达到提高制件精度，提高制件表面质量，提高制件材料机械性能的目的。
下面结合附图和实施例对本发明的带有激光加热的3D打印机作进一步说明。
附图说明
图1为带有工作台面上方加热装置和基板加热的3D打印机实施例示意图；
图2为带有两台激光器一台扫描振镜的3D打印机实施例光路示意图；
图3为带有一台激光器一台扫描振镜的3D打印机实施例光路示意图；
其中：
1-机架； 2-成型缸； 3-成型缸活塞； 4-基板加热装置；
5-基板； 6-落料装置； 7-加工制件； 8a-第一激光器a；
9a-第一扩束镜a； 10-扫描振镜； 8b-第二激光器b； 9b-第二扩束镜b；
11-铺粉装置； 12-工作台面； 13-供料装置； 15-合束镜；
16-分光镜； 17a-第一反射镜a； 17b-第二反射镜b；
18-工作台面上方加热装置； a-激光束a； b-激光束b；
具体实施方式
参照图1所示，带有工作台面上方加热装置的3D打印机是现有加工PS粉、树脂砂、尼龙等材料的3D打印机，带有基板加热的3D打印机是现有加工铝合金、钛合金等金属粉末材料的3D打印机。
参照图2所示，该实施例为两台激光器产生两束激光，加工激光束a由第一激光器8a发射，加热激光束b由第二激光器8b发射，两激光器发射的激光均经各自扩束镜扩束后射向合束镜15，经合束镜15汇合，一起射入扫描振镜10入光孔，这两束激光在工作台面聚焦为两直径不同光斑，加热激光束聚焦光斑直径较大，加工激光束聚焦光斑直径细小，在扫描振镜沿制件截面轮廓扫描填充加工的同时，聚焦的加热激光也同时对加工处粉末材料进行加热，加热温度的调节可通过调节控制两台激光器输出功率、加热激光束光斑直径及扫描速度来实现。
参照图3所示，该实施例为一台激光器产生的激光，通过分光镜16，分为两束激光，其中一束激光经第一扩束镜9a扩束后射向合束镜15，另一束激光经第一反射镜17a和第二反射镜17b、第二扩束镜9b扩束后也射向合束镜15，两束激光经合束镜15汇合，并一起射入扫描振镜10入光孔，两束激光在工作台面聚焦为两直径不同光斑，加热激光束聚焦光斑直径较大，加工激光束聚焦光斑直径细小，在扫描振镜沿制件截面轮廓扫描填充加工的同时，聚焦的加热激光也同时对加工处粉末材料进行加热，实现同时加热同时加工。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和核心思想的前提下，还可以作出若干变形和改进，也视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带有激光加热的3D打印机，它包括机架(1)、成型缸(2)、供料***(13)、铺粉装置(11)、落料装置(6)、激光扫描***、工作台面上方加热装置(18)或基板加热装置(4)，其特征在于：所述的激光扫描***中有两激光束，一束为加工激光束(a)，一束为加热激光束(b)，加工激光束(a)和加热激光束(b)经合束镜(15)汇合，一起射入扫描振镜(10)入光孔，并均聚焦于工作台粉表面，由扫描振镜实现在制件截面处粉末加热及烧结加工。
2.根据权利要求1所述的带有激光加热的3D打印机，其特征在于：所述的加工激光束(a)聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径细小，加热激光束(b)聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径粗大。
3.根据权利要求1所述的带有激光加热的3D打印机，其特征在于：所述的加工激光束(a)由第一激光器(8a)发射，加热激光束(b)由第二激光器(8b)发射，两激光器发射的激光均经各自扩束镜扩束后射向合束镜(15)，且射向合束镜(15)的两束激光光斑直径大小不同。
4.根据权利要求1所述的带有激光加热的3D打印机，其特征在于：所述的加工激光束(a、)和加热激光束(b)由同一台激光器产生，该激光器发射的激光射入分光镜(16)，分为两束激光，其中一束激光经第一扩束镜(9a)扩束后射向合束镜(15)，另一束激光经第一反射镜(17a)、第二反射镜(17b)、第二扩束镜(9b)扩束后也射向合束镜(15)，两束激光经合束镜(15)汇合，并一起射入扫描振镜(10)入光孔，其中射向合束镜(15)的两束激光光斑直径大小不同。
5.根据权利要求1所述的带有激光加热的3D打印机，其特征在于：所述的激光加热温度的调节控制是通过控制激光器输出功率大小、通过控制加热激光束聚焦在工作台粉表面的激光光斑直径大小、通过控制扫描振镜扫描速度大小来实现的。
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