CN103192079B - 一种多喷头激光3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多喷头激光3D打印设备，包括激光发生器、激光喷头、机械臂及工作台，激光喷头包括激光头和粉末喷头组件，该粉末喷头组件包括连接座、转盘、至少两个粉末喷头，转盘转动套装在连接座外周，连接座设有激光通过孔，该激光通过孔与激光头的激光喷射孔同轴连通，至少两个粉末喷头可拆卸安装于转盘上，该粉末喷头相对于转盘旋转中心圆周均布，任一粉末喷头旋转至工作工位上时均与所述的激光喷射孔同轴连通，转盘与连接座之间设有定位装置。该3D打印设备中的激光喷头具有多个粉末喷头，并且多个粉末喷头可轮换使用，使3D打印设备在不更换激光喷头的情况下使用多种金属粉末进行打印，满足阶梯性能材料金属件3D的打印要求。

Description

一种多喷头激光3D打印设备

技术领域

本发明涉及一种激光3D打印设备，特别是指一种多喷头激光3D打印设备。

背景技术

3D打印技术是一种新兴的成型方法，其核心是将所需成形工件的复杂3D形体通过切片处理转化为简单的2D截面的组合，因此不必采用传统的加工机床和工模具，依据工件的三维计算机辅助设计模型，在计算机控制的快速成形机上，沿着高度方向逐层沉积材料，成形工件的一系列2D截面薄片层，并使片层与片层之间相互粘接，最终堆积成三维工件。而传统的3D打印技术所用到的材料是塑料、光敏树脂、尼龙、石蜡等有机材料，而无法利用到金属件的成型，深究其原因，除工艺上需要改进之外，激光3D打印设备也需要改进，传统的激光3D打印设备一般包括激光发生器、激光喷头、机械臂以及工作台，激光发生器的作用是产生激光，该激光喷头安装于机械臂上，机械臂可在工作台周围做横向、纵向的移动，整个3D打印过程由机械臂带动激光喷头在工作台上完成。激光喷头主要包括激光头和粉末喷头组件，该粉末喷头组件只包括一个粉末喷头，粉末喷头连接送粉管路和保护气体管路，而由于用于成型金属件的金属粉末种类较多，金属件在成型过程中可能需要在金属件的不同部位利用不同的金属粉末打印，以完成阶梯性能材料金属件的打印，或者打印不同金属件时需要用到不同的金属粉末，显然，如果利用目前的3D打印设备完成上述工作，那么需要频繁更换激光喷头，严重影响了3D打印效果，降低了3D打印效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多喷头激光3D打印设备，该3D打印设备中的激光喷头具有多个粉末喷头，并且多个粉末喷头可轮换使用，从而使3D打印设备在不更换激光喷头的情况下使用多种金属粉末进行打印，满足阶梯性能材料金属件3D的打印要求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多喷头激光3D打印设备，包括激光发生器、激光喷头、机械臂以及工作台，该激光喷头安装于机械臂上，所述激光喷头包括激光头和粉末喷头组件，该粉末喷头组件包括连接座、转盘、以及至少两个粉末喷头，该连接座与激光头连接，所述转盘转动套装在连接座的外周，所述连接座设有激光通过孔、该激光通过孔与激光头的激光喷射孔同轴连通，所述至少两个粉末喷头可拆卸安装于转盘上，该粉末喷头相对于转盘的旋转中心圆周均布，任一粉末喷头旋转至工作工位上时均与所述的激光喷射孔同轴连通，所述转盘与连接座之间设有锁定粉末喷头与激光喷射孔同轴的定位装置。

其中，所述定位装置包括第一定位环槽、第二定位环槽、定位圈、定位珠和定位孔，所述第一定位环槽设置在连接座外周，第二定位环槽设置于转盘内周且与第一定位环槽位置对应，第一定位环槽和第二定位环槽配合形成了运行通道用于安装定位珠；所述定位圈固定于第一定位环槽内，所述定位圈上设有径向的弹性施力凸起，该弹性施力凸起的数量与粉末喷头数量相等，所述弹性施力凸起相对于定位圈的中心圆周均布，其中一个弹性施力凸起与激光通过孔位置对应；所述第二定位环槽的槽底设置有与粉末喷头数目相等且位置一一对应的定位孔，所述定位珠的数目为至少一个，该定位珠活动设置于第一定位环槽和第二定位环槽内，所述定位珠的直径大于弹性施力凸起的外端面到第二定位环槽的槽底之间的距离，所述定位孔可容纳定位珠的部分珠面。

作为一种优选的方案，所述定位珠的数量与粉末喷头的数量相等，每个定位珠分别位于相邻两弹性施力凸起之间。

作为一种优选的方案，所述粉末喷头的数目为三个。

作为一种优选的方案，每个粉末喷头与转盘之端面之间的夹角为70°

作为一种优选的方案，所述粉末喷头与转盘之间的可拆卸安装方式为螺栓连接。

作为一种优选的方案，所述连接座上设有安装腔，所述安装腔内转动安装有主动齿轮；所述转盘的内周面上设有一圈内齿，所述主动齿轮与一圈内齿啮合，所述主动齿轮由安装于连接座上的动力装置驱动。

作为一种优选的方案，所述动力装置为电机，该电机的输出轴与主动齿轮的齿轮轴连接；该电机设置于安装腔内，且连接座上安装有对电机进行防护的防护罩。

作为一种优选的方案，所述连接座上螺纹安装有连接套管，该连接套管的内孔与所述激光通过孔同轴连通，所述激光头插入连接套管内与连接套管固定连接。

作为一种优选的方案，所述转盘的外周上设置便于手持旋转的粗糙面。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：由于该粉末喷头组件包括连接座、转盘、以及至少两个粉末喷头，该连接座与激光头连接，所述转盘转动套装在连接座的外周，所述连接座设有与激光头的激光喷射孔同轴连通的激光通过孔，所述至少两个粉末喷头可拆卸安装于转盘上，该粉末喷头相对于转盘的旋转中心圆周均布，任一粉末喷头旋转至工作工位上时均与所述的激光喷射孔同轴连通，所述转盘与连接座之间设有锁定粉末喷头与激光喷射孔同轴的定位装置，因此，转动转盘可带动粉末喷头旋转，而转盘与连接座之间的定位装置可锁定粉末喷头，使任一粉末喷头均可与激光头的激光喷射孔同轴连通，从而实现了多个粉末喷头轮换使用，而每个粉末喷头上又可连接送粉管路和保护气体管路，这样在无需更换激光喷头的情况下使用多种金属粉末打印，提高3D打印的效果和效率，满足金属件的3D打印成型的要求。

又由于所述定位装置包括第一定位环槽、第二定位环槽、定位圈、定位珠和定位孔，所述第一定位环槽设置在连接座外周，第二定位环槽设置于转盘内周且与第一定位环槽位置对应，第一定位环槽和第二定位环槽配合形成了运行通道用于安装定位珠；所述定位圈固定于第一定位环槽内，所述第二定位环槽的槽底设置有与粉末喷头数目相等且位置一一对应的定位孔，所述定位圈上设有径向的弹性施力凸起，该弹性施力凸起的数量与粉末喷头数量相等，所述弹性施力凸起相对于定位圈的中心圆周均布，其中一个弹性施力凸起与激光通过孔位置对应；所述定位珠的数目为至少一个，该定位珠活动设置于第一定位环槽和第二定位环槽内，所述定位珠的直径大于弹性施力凸起的外端面到第二定位环槽的槽底之间的距离，所述定位孔可容纳定位珠的部分珠面。第一定位环槽和第二定位环槽内配合构成了定位珠的运行通道，该定位珠处在运行通道中且位于相邻两弹性施力凸起之间时，转盘可以自由旋转，并且转盘在转动的过程中，定位珠被弹性施力凸起带动在运行通道中滚动，直至定位珠的部分珠面进入到定位孔内，此时，弹性施力凸起弹性变形压紧定位珠，确保粉末喷头与弹性施力凸起位置对应，进而粉末喷头与激光通过孔同轴连通，而此时再施加外力转动转盘，那么弹性施力凸起就进一步弹性变形而压过定位珠与其分离，这样，定位珠又可在第一定位环槽和第二定位环槽组成的运行通道中运行。该定位装置结构简单、合理，定位准确也易于维护。

又由于所述定位珠的数量与粉末喷头的数量相等，每个定位珠分别位于相邻两弹性施力凸起之间，这样，在定位时，每个定位珠部分珠面均会落入相应的定位孔内，定位更加可靠，故障率更低，减少维修次数。

又由于所述连接座上设有安装腔，所述安装腔内转动安装有主动齿轮；所述转盘的内周面上设有一圈内齿，所述主动齿轮与一圈内齿啮合，所述主动齿轮由安装于连接座上的动力装置驱动。这样可实现转盘的自动转动，使激光3D打印的效率更高。

又由于所述转盘的外周上设置便于手持旋转的粗糙面，便于操作者手持旋转。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的正面立体示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明实施例中的粉末喷头组件的立体结构示意图；

图4是本发明实施例中的连接座的立体结构示意图；

图5是本发明实施例中的定位圈的局部立体结构示意图；

附图中：1.连接座；11.安装腔；12.激光通过孔；13.第一定位环槽；14.第一滚珠槽；2.转盘；21.粗糙面；22.内齿；23.套筒；24.定位孔；25.第二定位环槽；26.第二滚珠槽；3.粉末喷头；31.送粉孔；32.进气孔；4.主动齿轮；5.电机；6.连接套管；7.螺栓；8.定位圈；81.弹性施力凸起。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2所示，一种多喷头激光3D打印设备，包括激光发生器、激光喷头、机械臂、工作台以及控制整个打印设备的控制系统，该激光发生器、机械臂、工作台、控制系统在附图中均未画出；该激光发生器可以是光纤激光发生器，也可以是二氧化碳激光发生器。该激光喷头安装于机械臂上，控制系统控制机械臂可在工作台周围横向、纵向自由行使，而激光喷头由机械臂带动在工作台上进行3D打印。

如图3所示，所述激光喷头包括激光头和粉末喷头3组件，该粉末喷头组件包括连接座1、转盘2、以及至少两个粉末喷头3，如图4所示，该连接座1为圆柱状，一端端面与自身轴线垂直，而另一端面与自身轴线相交；连接座1上开设有激光通过孔12，该激光通过孔12同样与自身轴向相交，而激光通过孔12设置内螺纹，孔内螺纹连接一连接套管6，激光头（图中未示出）则与连接套管6固定连接，激光头的激光喷射孔与激光通过孔12同轴连通；所述转盘2包括一圆柱环，圆柱环的底部设置一底板，底板上圆周均布有与粉末喷头3数目相等的通孔，便于激光穿过，每个通孔处设置一套筒23，粉末喷头3插入套筒23内并通过螺栓7连接，实现了粉末喷头3的可拆卸安装。该粉末喷头3还可以与套筒之间采用螺纹连接或其他可拆卸安装方式。所述转盘2的外周上设置便于手持旋转的粗糙面21。圆柱环内周设置两圈第二滚珠槽26，对应的，连接座1的外周面上设置两圈第一滚珠槽14，第一滚珠槽14、第二滚珠槽26配合且内设滚珠，所述转盘2套装在连接座1的外周实现了转动安装。其中，粉末喷头3的数目优选为三个，每个粉末喷头3与转盘2之端面之间的夹角为70°，且该粉末喷头3相对于转盘2的旋转中心圆周均布，任一粉末喷头3旋转至工作工位上时均与所述的激光喷射孔同轴连通。该粉末喷头3一般为柱状结构，在粉末喷头3外周面上设置送粉孔31和进气孔32，粉末喷头3内部设有轴向的通孔，便于激光穿过，同时还设置有与送粉孔31连通的送粉通道、与进气孔32连通的气体通道；此外粉末喷头3内部还设置与其轴线垂直的镜片，防止粉末倒流。

所述转盘2与连接座1之间设有锁定粉末喷头3与激光喷射孔同轴的定位装置。其中，所述定位装置包括第一定位环槽13、第二定位环槽25、定位圈8、定位珠（图中未示出）和定位孔24，所述第一定位环槽13设置在连接座1的外周圆柱面上，数目至少为一条，第二定位环槽25设置于转盘2内周且与第一定位环槽13数量和位置均对应，第一定位环槽13和第二定位环槽25配合形成了运行通道用于安装定位珠，便于定位珠运行；如图5所示，所述定位圈8固定于第一定位环槽13内，一般采用销轴固定，相应的，定位圈8和第一定位环槽13内均设置销孔。所述定位圈8上设有径向的弹性施力凸起81，该弹性施力凸起81的数量与粉末喷头3数量相等，也为三个，所述弹性施力凸起81相对于定位圈8的中心圆周均布，其中一个弹性施力凸起81与激光通过孔12位置对应，而定位圈8可采用分体结构，将开环圈先固定在第一定位环槽13内，然后再利用连接片将定位圈8的两端连接使其构成一闭环圈；这样便于定位圈8的安装，所述第二定位环槽25的槽底设置有与粉末喷头3数目相等且位置一一对应的定位孔24，所述定位珠的数目为至少一个，优选的，定位珠的数目和粉末喷头3的数目一样也为三个，该定位珠活动设置于第一定位环槽13和第二定位环槽25构成的运行通道内，所述定位珠的直径大于弹性施力凸起81的外端面到第二定位环槽25的槽底之间的距离，所述定位孔24可容纳定位珠的部分珠面。每个定位珠预安装位置均在两相邻的弹性施力凸起81之间的运行段。

另外，所述连接座1的上端面上设有安装腔11，所述安装腔11内转动安装有主动齿轮4；所述转盘2的内周面上设有一圈内齿22，所述主动齿轮4与一圈内齿22啮合，所述主动齿轮4由安装于连接座1上的动力装置驱动。所述动力装置为电机5，该电机5的输出轴与主动齿轮4的齿轮轴连接；该电机5设置于安装腔11内，且连接座1上安装有对电机5进行防护的防护罩。

本发明的工作过程是：首先将激光头插入到连接套管6内固定，转动转盘2，由于滚珠的存在，转盘2的转动非常顺畅，而三个定位珠位于第一定位环槽13、第二定位环槽25配合组成的运行通道中，每个定位珠均位于两相邻的弹性施力凸起81之间。转盘2转动时，三个定位珠的运行状态相同，定位珠被弹性施力凸起81抵靠带动其在运行通道中运行，直至定位珠运动到定位孔24中，此时定位珠的部分珠面进入到定位孔24中，而弹性施力凸起81的弹性力压紧定位珠，从而完成位置的锁定；而这时，激光头、激光通过孔12、其中一个粉末喷头3三者同轴连通，此时激光发生器可工作产生激光，机械臂带动激光喷头在工作台上运行进行3D打印。当需要使用不同金属粉末时，电机5再次运行，主动齿轮4带动转盘2转动，该转动力迫使弹性施力凸起81进一步弹性变形，从而压过定位珠与其分离，这样，定位珠又由弹性施力凸起81带动在运行通道内运行，直至定位珠部分珠面进入到下一定位孔24后停止，从而完成了粉末喷头3的旋转更换。根据实际3D打印的情况，可选择合适的粉末喷头3以及合适的金属粉末进行打印，在不更换激光喷头的情况下使用多种金属粉末进行打印，提高3D打印的效果和效率，满足金属件的3D打印成型的要求。

由上可知，该实施例只是记载了该3D打印设备的一种具体结构方式，例如，上述的定位珠的数量还可以大于粉末喷头3的数量，在不考虑激光喷头尺寸的情况下，其实粉末喷头3的数量也可超过三个，任何技术人员在本发明披露的技术范围之内，根据本发明的技术方案和发明构思加以等同替换或改变的技术方案都应该落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多喷头激光3D打印设备，包括激光发生器、激光喷头、机械臂以及工作台，其特征在于：所述激光喷头包括激光头和粉末喷头组件，该粉末喷头组件包括连接座、转盘、以及至少两个粉末喷头，该连接座与激光头连接，所述转盘转动套装在连接座的外周，所述连接座设有激光通过孔，该激光通过孔与激光头的激光喷射孔同轴连通，所述至少两个粉末喷头可拆卸安装于转盘上，该粉末喷头相对于转盘的旋转中心圆周均布，任一粉末喷头旋转至工作工位上时均与所述的激光喷射孔同轴连通，所述转盘与连接座之间设有锁定粉末喷头与激光喷射孔同轴的定位装置。

2.如权利要求1所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述定位装置包括第一定位环槽、第二定位环槽、定位圈、定位珠和定位孔，所述第一定位环槽设置在连接座外周，第二定位环槽设置于转盘内周且与第一定位环槽位置对应，第一定位环槽和第二定位环槽配合形成运行通道用于安装定位珠；所述定位圈固定于第一定位环槽内，所述定位圈上设有径向的弹性施力凸起，该弹性施力凸起的数量与粉末喷头数量相等，所述弹性施力凸起相对于定位圈的中心圆周均布，其中一个弹性施力凸起与激光通过孔位置对应；所述第二定位环槽的槽底设置有与粉末喷头数目相等且位置一一对应的定位孔，所述定位珠的数目至少一个，该定位珠活动设置于第一定位环槽和第二定位环槽内，所述定位珠的直径大于弹性施力凸起的外端面到第二定位环槽的槽底之间的距离，所述定位孔可容纳定位珠的部分珠面。

3.如权利要求2所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述定位珠的数量与粉末喷头的数量相等，每个定位珠分别位于相邻两弹性施力凸起之间。

4.如权利要求3所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述粉末喷头的数目为三个。

5.如权利要求4所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：每个粉末喷头与转盘之端面之间的夹角为70°。

6.如权利要求5所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述粉末喷头与转盘之间的可拆卸安装方式为螺栓连接。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述连接座上设有安装腔，所述安装腔内转动安装有主动齿轮；所述转盘的内周面上设有一圈内齿，所述主动齿轮与一圈内齿啮合，所述主动齿轮由安装于连接座上的动力装置驱动。

8.如权利要求7所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述动力装置为电机，该电机的输出轴与主动齿轮的齿轮轴连接；该电机设置于安装腔内，且连接座上安装有对电机进行防护的防护罩。

9.如权利要求8所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述连接座上螺纹安装有连接套管，该连接套管的内孔与所述激光通过孔同轴连通，所述激光头插入连接套管内与连接套管固定连接。

10.如权利要求9所述的一种多喷头激光3D打印设备，其特征在于：所述转盘的外周上设置便于手持旋转的粗糙面。