CN104810467A - 一种多材料、多功能3d打印加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多材料、多功能3D打印加工装置，包括床身，床身的后侧两端分别设有立柱，立柱的顶部设有横梁，横梁上设有激光器、料筒库梁和主悬梁，主悬梁可滑动的设置在横梁的下侧，控制箱及光路系统可前后滑动的设置在主悬梁上，主悬梁上还设有送料机，床身上还设有可放置工件的工作台，所述的料筒库梁通过转轴连接有料筒盘，料筒盘上设有可放置可换料筒的凹槽，所述的3D打印加工装置还包括冷却系统、安全保护系统、激光控制系统及机床控制系统，综合使用两种激光增材制造技术，可以方便地打印出功能材料、复合材料、梯度材料等，也可以快速打印单个零件，最突出的是可以快速打印由不同材料和零件组成的整机。

Description

一种多材料、多功能3D打印加工装置

技术领域

本发明涉及先进制造技术领域，具体地说是一种多材料、多功能3D打印加工装置。

背景技术

现代社会消费者的需求日趋多样化，工业生产要求产品能够快速转型，这必然要求快速设计和快速制造技术相结合，使企业适应瞬息万变的市场要求。依靠各种设计软件和特定的专家系统数据库，已经基本能够实现产品的快速设计。为了快速把设计思想和设计结果具体化形象化，相应的开发出各种快速原型制造技术(3D打印技术)，

但这些技术所制造出来的原型产品绝大多数不能作为实际使用的、完全体现设计目标的真实产品。

零件加工成型的方法，从基本思路来说可以分成两大类，一种就是传统的从整体逐渐去除材料而最终得到成品零件，如传统的车、铣、钻、磨、刨等；另一种就是从离散添加的角度，逐层添加材料来堆积出所需零件，如各种快速成型方法，SLS、LOM、FDM和SLA等，人们分别沿两种思路，或将两种思路结合，开发出各种新的机械加工成型设备，比如电火花成型，线切割技术、激光切割，水刀切割技术等。现代以增才制造思想为指导的3D打印技术尤其受到社会各方面的广泛关注，不同国家和地区，分别从不同的角度对其进行研究，开发出了各种各样的3D打印机。

激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，随着激光技术的发展，在材料加工方面，已逐步形成了一系列崭新的激光加工方法-统称激光加工(Lasser Beam Machining简称LBM)。将激光技术和增材制造思想相结合，开发出了选区激光烧结、紫外激光固化、激光切割叠层实体制造等快速原型制造技术。由于激光可以焦聚到微米级，输出功率可以调节，因此可用以精密微细加工处理；加工速度快，热影响区小，容易实现加工过程自动化，但需要行反复模拟和试验，寻找合理的参数，才能达到最优效果。

现在快速原型技术正逐渐向快速制造技术转变，但是各种传统的快速原型技术要想转变成快速制造技术实现正在功能零件或产品的3D打印均面临各种难以克服的问题。比如，制件精度、强度问题，材料转换问题等等。目前各种快速成型技术均面临快速材料转换的问题，实际的各种零件或产品很少是由单一材料构成，并且随着零件或产品的使用环境的变化或最优化零件性能或功能材料的需求，常常希望能实现加工过程中原材料的快速转换。

发明内容

本申请提出了一种多材料、多功能3D打印加工装置，综合使用两种激光增材制造技术，提出了多材料、多功能3d打印加工中心的概念，可以方便地打印出功能材料、复合材料、梯度材料等，也可以快速打印单个零件，最突出的是可以快速打印由不同材料和零件组成的整机。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种多材料、多功能3D打印加工装置，包括床身，床身的后侧两端分别设有立柱，立柱的顶部设有横梁，横梁上设有激光器、料筒库梁和主悬梁，主悬梁可滑动的设置在横梁的下侧，控制箱及光路系统可前后滑动的设置在主悬梁上，主悬梁上还设有送料机，所述的床身上还设有可放置工件的工作台，所述的料筒库梁通过转轴连接有料筒盘，料筒盘上设有可放置可换料筒的凹槽，所述的3D打印加工装置还包括冷却系统、安全保护系统、激光控制系统及机床控制系统。

作为本方案的优选实施例，所述的横梁的底部设有滑槽，所述的主悬梁上与滑槽相配合的滑块，主悬梁通过滑块置于滑槽内可滑动的设置在横梁的下侧。

作为本方案的优选实施例，所述的转轴由驱动伺服电机带动，驱动伺服电机由机床控制系统控制带动料筒盘转动。

作为本方案的优选实施例，所述的可换料筒包括料筒体，料筒体上设有端盖，活塞杆穿过端盖连接设置在料筒体内部的推料活塞上，料筒体的下部设有注料嘴，料筒体的中上部外侧还设有机械手夹持环。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

综合使用两种激光增材制造技术，提出了多材料、多功能3D打印加工中心的概念，可以方便地打印出功能材料、复合材料、梯度材料等，也可以快速打印单个零件，最突出的是可以快速打印由不同材料和零件组成的整机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的整体框架结构图；

图2为本申请实施例的可换料筒结构图；

图3为本申请待制造工件的结构图。

图中：1、床身，2、立柱，3、横梁，4、激光器，5、料筒库梁，6、主悬梁，7、控制箱及光路系统，8、送料机，9、工件，10、工作台，11、转轴，12、料筒盘，13、可换料筒，131、料筒体，132、端盖，133、活塞杆，134、推料活塞，135、注料嘴，136、机械手夹持环，14、凹槽，15、散热板，16、N型热电材料，17、吸热板，18、P型热电材料。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明所述的一种多材料、多功能3D打印加工装置，包括床身1，床身1的后侧两端分别设有立柱2，立柱2的顶部设有横梁3，横梁3上设有激光器4、料筒库梁5和主悬梁6，主悬梁6可滑动的设置在横梁3的下侧，控制箱及光路系统7可前后滑动的设置在主悬梁6上，主悬梁6上还设有送料机8，所述的床身1上还设有可放置工件9的工作台10，所述的料筒库梁5通过转轴11连接有料筒盘12，料筒盘12上设有可放置可换料筒13的凹槽14，所述的3D打印加工装置还包括冷却系统、安全保护系统、激光控制系统及机床控制系统。

其中，在实际应用中，所述的横梁3的底部设有滑槽，所述的主悬梁6上与滑槽相配合的滑块，主悬梁6通过滑块置于滑槽内可滑动的设置在横梁3的下侧。

其中，在实际应用中，所述的转轴11由驱动伺服电机带动，驱动伺服电机由机床控制系统控制带动料筒盘12转动，便于机械手取放可换料筒13。

其中，在实际应用中，所述的可换料筒13包括料筒体131，料筒体131上设有端盖132，活塞杆133穿过端盖132连接设置在料筒体131内部的推料活塞134上，料筒体131的下部设有注料嘴135，料筒体131的中上部外侧还设有机械手夹持环136。

要制造的热电池单元产品，其由吸热板17、散热板15、N型热电材料16和P型热电材料18组成，产品形状并不复杂，但各部分材料不同，使用传统方法，不易实现一体制造。而使用本3D打印加工中心就可以方便地制造出该产品。具体过程如下，首先对该该产品进行三维CAD建模，然后用切片软件进行切片，准备好输入文件送入系统备用。分别4种原料，加注入相应料筒，将料筒装入料筒盘12备用。调整好机床系统开始加工，首先机械手将装有散热板材料的可换料筒，装入送料系统，送料系统在计算机控制下按照散热板切片轮廓喷涂材料，随后激光对其进行固化或烧结，这样逐层进行直到散热板部分完成，此时系统给出指令，将送料系统中的装有散热板原料的可换料筒，送回料筒盘，然后机械手将装有N型原料的料筒换到送料系统中，重复前面加工过程，完成N型部分的制造后，更换原料筒，进行P型材料部分的制造，此部分完成后，再次更换料筒，进行吸热板部分的制造，打印完吸热板，就完成了该产品的打印过程。这样一个完整的热电电池就一体打印出来了，根据需要再对产品进行后续处理。

本方案综合使用激光增材制造技术和类似传统加工中心刀库的技术，提出了多材料、多功能3d打印加工中心的概念，可以方便地打印出功能材料、复合材料、梯度材料等，也可以快速打印单个零件，最突出的是可以快速打印由不同材料和零件组成的整机。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种多材料、多功能3D打印加工装置，其特征在于：包括床身，床身的后侧两端分别设有立柱，立柱的顶部设有横梁，横梁上设有激光器、料筒库梁和主悬梁，主悬梁可滑动的设置在横梁的下侧，控制箱及光路系统可前后滑动的设置在主悬梁上，主悬梁上还设有送料机，所述的床身上还设有可放置工件的工作台，所述的料筒库梁通过转轴连接有料筒盘，料筒盘上设有可放置可换料筒的凹槽，所述的3D打印加工装置还包括冷却系统、安全保护系统、激光控制系统及机床控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种多材料、多功能3D打印加工装置，其特征在于，所述的横梁的底部设有滑槽，所述的主悬梁上与滑槽相配合的滑块，主悬梁通过滑块置于滑槽内可滑动的设置在横梁的下侧。

3.根据权利要求1所述的一种多材料、多功能3D打印加工装置机，其特征在于，所述的转轴由驱动伺服电机带动，驱动伺服电机由机床控制系统控制带动料筒盘转动。

4.根据权利要求1所述的一种多材料、多功能3D打印加工装置，其特征在于，所述的可换料筒包括料筒体，料筒体上设有端盖，活塞杆穿过端盖连接设置在料筒体内部的推料活塞上，料筒体的下部设有注料嘴，料筒体的中上部外侧还设有机械手夹持环。