CN104827664B

CN104827664B - 一种3d打印机

Info

Publication number: CN104827664B
Application number: CN201510044308.0A
Authority: CN
Inventors: 陈光霞; 覃群
Original assignee: Jianghan University
Current assignee: Jianghan University
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: CN104827664A

Abstract

本发明公开了一种3D打印机，属于3D打印技术领域。所述3D打印机包括：气体保护箱、Z轴导轨、第一Y轴导轨、X轴导轨、成型工作台、第二Y轴导轨、铺粉成型工作台、供粉装置、送粉喷嘴、激光振镜、激光器、以及计算机，Z轴导轨沿第一方向设置，第一Y轴导轨沿第二方向设置，X轴导轨沿第三方向设置，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，第二Y轴导轨与第一Y轴导轨平行设置，铺粉成型工作台上插装有铺粉成型缸，铺粉成型缸底部设有用于成型工作台伸入的开口。本发明设计的3D打印机能实现DLF打印、SLM打印、以及SLS打印，实现了一机多能，减少了因购置不同类型的3D打印机而产生的重复性投入，降低了3D打印成本。

Description

一种3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印机。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采用成型材料，通过逐层打印的方式来构造三维的实体的打印设备。随着3D打印技术的快速发展，3D打印机在产品制造业获得了广泛的应用。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的3D打印机，通常只能支撑一种3D打印工艺(例如：选择性激光熔化、选择性激光烧结、以及激光直接制造等)，所以在采用多种3D打印工艺打印物品时，需要购置多种类型的3D打印机，既增加了重复性投入，又增加了3D打印成本。

发明内容

为了解决在用多种3D打印工艺打印物品时，需要购置多种类型的3D打印机，既增加了重复性投入，又增加了3D打印成本的问题，本发明实施例提供了一种3D打印机。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种3D打印机，所述3D打印机包括：

Z轴导轨，沿第一方向设置；

第一Y轴导轨，沿第二方向设置且可移动地设置在所述Z轴导轨上；

第一驱动装置，安装在所述Z轴导轨上，驱动所述第一Y轴导轨沿所述第一方向在所述Z轴导轨上移动；

X轴导轨，沿第三方向设置且可移动地设置在所述第一Y轴导轨上，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直；

第二驱动装置，安装在所述第一Y轴导轨上，驱动所述X轴导轨沿所述第二方向在所述第一Y轴导轨上移动；

成型工作台，可移动地安装在所述X轴导轨上；

第三驱动装置，安装在所述X轴导轨上，驱动所述成型工作台沿所述第三方向在所述X轴导轨上移动；

第二Y轴导轨，所述第二Y轴导轨与所述第一Y轴导轨平行设置且与所述Z轴导轨固定连接；

铺粉成型工作台，可移动地安装在所述第二Y轴导轨上，所述铺粉成型工作台上依次插装有送粉缸、铺粉成型缸、以及粉末回收缸，所述送粉缸内设置有用于将所述送粉缸内的原材料粉末送到所述铺粉成型工作台表面的送粉装置，所述铺粉成型缸底部设有用于供所述成型工作台伸入的开口，所述铺粉成型工作台上还设置有的铺粉装置，所述铺粉成型工作台上可拆卸地插装有立体光固化成型法SLA成型缸，所述SLA成型缸中可滑动地安装有第一活塞和与所述第一活塞固定连接的活塞杆，所述活塞杆的一端伸出所述SLA成型缸并可与所述成型工作台可拆卸连接，所述SLA成型缸的能够容置于所述铺粉成型缸中；

第四驱动装置，安装在所述第二Y轴导轨上，驱动所述铺粉成型工作台沿所述第二方向在所述第二Y轴导轨上移动；

气体保护箱，容置所述Z轴导轨、所述第一Y轴导轨、所述X轴导轨、所述成型工作台、所述第二Y轴导轨、所述铺粉成型工作台，所述气体保护箱的顶部开设有用于透射激光的激光窗；

供粉装置；

送粉喷嘴，与所述供粉装置连接，所述送粉喷嘴安装在所述气体保护箱内且固定在所述激光窗下方；

激光振镜，设置在所述激光窗上方；

激光器，与所述激光振镜连接；

计算机，所述计算机分别与所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述第三驱动装置、所述第四驱动装置、所述送粉装置、所述铺粉装置、所述供粉装置、以及所述激光振镜电连接。

具体地，所述送粉喷嘴包括至少一对同轴送粉喷嘴，所述供粉装置包括：粉末分离器，所述粉末分离器与至少一对所述同轴送粉喷嘴连通。

具体地，所述铺粉装置包括同步带、刮板、以及用于驱动所述同步带运动的刮板驱动电机，刮板安装在所述同步带上，所述刮板驱动电机与所述计算机电连接。

进一步地，所述激光器包括紫外激光器。

具体地，所述3D打印机还包括：安装在所述气体保护箱内的供丝装置和加热喷头，所述加热喷头与所述供丝装置连接。

进一步地，所述加热喷头包括：原型材料加热喷头和支撑材料加热喷头，所述供丝装置包括：原型材料供丝装置和支撑材料供丝装置，所述原型材料加热喷头与所述原型材料供丝装置连接，所述支撑材料加热喷头与所述支撑材料供丝装置连接。

进一步地，所述送粉装置包括：安装在所述送粉缸内的第二活塞、一端与所述第二活塞连接且另一端伸出所述送粉缸的丝杆、以及安装在所述丝杆另一端的送粉驱动电机，所述送粉驱动电机与所述计算机电连接。

进一步地，所述3D打印机还包括：平场聚焦镜，所述平场聚焦镜设于所述激光振镜的输出光路上。

进一步地，所述气体保护箱内储存有惰性气体。

进一步地，所述第一驱动装置包括：第一驱动电机、第一丝杆和第一滑块，所述第一驱动电机与所述第一丝杆连接，所述第一滑块设于所述第一丝杆上，所述第一Y轴导轨与所述第一滑块固定连接；

所述第二驱动装置包括：第二驱动电机、第二丝杆和第二滑块，所述第二驱动电机与所述第二丝杆连接，所述第二滑块设于所述第二丝杆上，所述X轴导轨与所述第二滑块固定连接；

所述第三驱动装置包括：第三驱动电机、第三丝杆和第三滑块，所述第三驱动电机与所述第三丝杆连接，所述第三滑块设于所述第三丝杆上，所述成型工作台与所述第三滑块固定连接；

所述第四驱动装置包括：第四驱动电机、第四丝杆和第四滑块，所述第四驱动电机与所述第四丝杆连接，所述第四滑块设于所述第四丝杆上，所述铺粉成型工作台与所述第四滑块固定连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过相互垂直设置在气体保护箱内的X轴导轨、第一Y轴导轨以及Z轴导轨，且Z轴导轨上安装第一驱动装置，第一Y轴导轨安装第二驱动装置，X轴导轨上安装第三驱动装置，同时，将成型工作台可移动地安装在X轴导轨上，使得成型工作台能在X轴导轨和第一Y轴导轨构成的平面作扫描运动，在Z轴导轨方向作逐段直线移动；然后通过供粉装置和送粉喷嘴向成型工作台提供原材料粉末；最后通过激光器发射的激光来融化成型工作台上的原材料粉末，使得该3D打印机能够实现激光直接制造(Direct Laser Fabrication，简称“DLF”)打印；同时，通过将成型工作台伸入铺粉成型工作台中的铺粉成型缸，使得成型工作台能用于呈放通过铺粉装置送入铺粉成型缸内的原材料粉末，然后通过控制激光振镜来射出能在成型工作台表面扫描运动的激光光束，使得该3D打印机能够实现选择性激光熔化(SelectiveLaser Melting，简称“SLM”)打印和选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称“SLS”)打印，进而实现了一机多能，减少了重复性投入，降低了3D打印成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种3D打印机的正面结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种3D打印机的侧面结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种送粉装置的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种3D打印机DLF打印原理示意图；

图5是本发明实施例一提供的一种3D打印机SLM打印原理示意图；

图6是本发明实施例一提供的一种铺粉装置的结构示意图；

图7是本发明实施例一提供的一种铺粉成型工作台的结构示意图；

图8是本发明实施例一提供的一种3D打印机SLA打印原理示意图；

图9是本发明实施例一提供的一种3D打印机FDM打印原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种3D打印机，参见图1和图2，该3D打印机包括：

Z轴导轨2(图2中未标示)、第一Y轴导轨3、第一驱动装置21、X轴导轨4、第二驱动装置31、成型工作台5、第三驱动装置41、第二Y轴导轨6、铺粉成型工作台7、第四驱动装置61、气体保护箱1、供粉装置8(图2中未标示)、送粉喷嘴9、激光振镜1a、激光器1b、以及计算机(附图中未标示)。

其中，该Z轴导轨2沿第一方向设置。

第一Y轴导轨3沿第二方向设置且可移动地设置在Z轴导轨2上。

第一驱动装置21，安装在Z轴导轨2上，驱动第一Y轴导轨3沿第一方向在Z轴导轨2上移动。

X轴导轨4沿第三方向设置且可移动地设置在第一Y轴导轨3上，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。

第二驱动装置31，安装在第一Y轴导轨3上，驱动X轴导轨4沿第二方向在第一Y轴导轨3上移动。

成型工作台5，可移动地安装在X轴导轨4上。

第三驱动装置41，安装在X轴导轨4上，驱动成型工作台5沿第三方向在X轴导轨4上移动。

第二Y轴导轨6与第一Y轴导轨3平行设置且与Z轴导轨2固定连接。

铺粉成型工作台7，可移动地安装在第二Y轴导轨6上，铺粉成型工作台7上依次插装有送粉缸71、铺粉成型缸72、以及粉末回收缸73，送粉缸71内设置有用于将送粉缸71内的原材料粉末送到铺粉成型工作台7表面的送粉装置71a，铺粉成型缸72底部设有用于成型工作台5伸入的开口，铺粉成型工作台7上还设置有的铺粉装置74。

第四驱动装置61，安装在第二Y轴导轨6上，驱动铺粉成型工作台7沿第二方向在第二Y轴导轨6上移动。

气体保护箱1，容置Z轴导轨2、第一Y轴导轨3、X轴导轨4、成型工作台5、第二Y轴导轨6、铺粉成型工作台7，气体保护箱1的顶部开设有用于透射激光的激光窗(附图中未标示)。

送粉喷嘴9，与供粉装置8连接，送粉喷嘴9安装在气体保护箱1内且固定在激光窗下方。

激光振镜1a，设置在激光窗上方。

激光器1b，与激光振镜1a连接。

计算机分别与第一驱动装置21、第二驱动装置31、第三驱动装置41、第四驱动装置61、送粉装置71a、铺粉装置74、供粉装置8、以及激光振镜1a电连接。

在本实施例中，供粉装置8的安装位置并不限定于图1所示位置，且在图2中未标示。在图2中，为了更清楚地标示内部结构，没有标示Z轴导轨2。计算机的连接安装方式为常规技术手段，故在附图中未标示。

在本实施例中，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，可以构成一个三维立体坐标系，第一方向、第二方向和第三方向可以分别为这个第三维立体坐标系中的Z轴、Y轴、以及X轴。在实际应用中，第一方向可以为竖直方向。

在本实施例中，X轴导轨4、第一Y轴导轨3、以及Z轴导轨2之间相互垂直设置，且第一驱动装置21驱动第一Y轴导轨3沿第一方向在Z轴导轨2上移动，第二驱动装置31，驱动X轴导轨4沿第二方向在第一Y轴导轨3上移动，使得这三个导轨构成一个三轴联动系统，同时，成型工作台5可移动地安装在X轴导轨4上，使得成型工作台5既可以在Z轴导轨2方向上运动，也可以在X轴导轨4和第一Y轴导轨3构成的平面运动。此外，铺粉成型工作台7可移动地安装在第二Y轴导轨6上，在铺粉成型工作台7不工作时，可以将其沿着第二Y轴导轨6方向运动到导轨边缘放置，这样既节约了设备的空间，又方便设备的操作。

在本实施例中，铺粉成型缸72的底部设有用于成型工作台5伸入的开口，可以便于成型工作台5伸入铺粉成型缸72内。同时，伸入铺粉成型缸72内成型工作台5在该3D打印机进行SLM打印、或者SLS打印时，能用于呈放原材料，同时，通过成型工作台5沿Z轴导轨2方向逐段移动，可以用于实现3D打印工艺过程中的逐层打印。此外，成型工作台5本用于DLF打印时，呈放原材料，这样成型工作台5以及其相连的三轴联动系统可以既用于DLF打印，又用于SLS、SLM打印，同时免除了额外为铺粉成型缸72设置呈放原材料的装置，节约了设备空间，降低了设备成本。

在本实施例中，铺粉装置74可以采用常用3D打印机中的铺粉装置，例如采用了铺粉滚筒的铺粉装置。送粉装置71a可以采用3D打印工艺中常用的送粉装置。供粉装置8可以采用DLF打印工艺中常用的供粉装置。

在本实施例中，激光器1b可以选用光纤激光器，激光器1b可以通过光纤与激光振镜1a连接。

在本实施例中，计算机分别与第一驱动装置21、第二驱动装置31、第三驱动装置41、第四驱动装置61、送粉装置71a、铺粉装置74、供粉装置8、以及激光振镜1a电连接。用以控制成型工作台5、铺粉成型工作台7、送粉装置71a、铺粉装置74、供粉装置8以及激光振镜1a按照预设的程序运行，配合完成打印过程。

具体地，送粉喷嘴9包括至少一对同轴送粉喷嘴91，供粉装置8包括：粉末分离器81，粉末分离器81与至少一对同轴送粉喷嘴91连通。

在本实施例中，通过每对同轴送粉喷嘴91共轴设置，同时，粉末分离器81将供粉装置8提供的原材料粉末均匀分成2n份(n为正整数)，实现以同轴送粉的方式来进行送粉，进而可以保障送粉连续、稳定、以及均匀性。

具体地，参见图3，该送粉装置71a包括：

安装在送粉缸71内的第二活塞71b、一端与第二活塞71b连接且另一端伸出送粉缸71的丝杆71c、以及安装在丝杆71c另一端的送粉驱动电机71d，送粉驱动电机71d与计算机电连接。

进一步地，3D打印机还包括：平场聚焦镜11a(也称场镜、F-θ镜)，该平场聚焦镜11a设于激光振镜1a的输出光路上。

在本实施例中，平场聚焦镜11a可以将通过激光振镜1a的激光束在工作平面上汇聚成均匀大小的聚焦光斑。

进一步地，气体保护箱1内可以储存有惰性气体。

在本实施例中，如果3D打印过程中，需要惰性气体来保护打印过程时，可以向气体保护箱1中注入惰性气体。

进一步地，第一驱动装置21包括：第一驱动电机211、第一丝杆212和第一滑块(附图中未标示)，第一驱动电机211与第一丝杆212连接，第一滑块设于第一丝杆212上，第一Y轴导轨3与第一滑块固定连接。

第二驱动装置31包括：第二驱动电机311、第二丝杆312和第二滑块313，第二驱动电机311与第二丝杆312连接，第二滑块313设于第二丝杆312上，X轴导轨4与第二滑块313固定连接。

第三驱动装置41包括：第三驱动电机411、第三丝杆412和第三滑块413，第三驱动电机411与第三丝杆412连接，第三滑块413设于第三丝杆412上，成型工作台5与第三滑块413固定连接。

第四驱动装置61包括：第四驱动电机611、第四丝杆612和第四滑块(附图中未标示)，第四驱动电机611与第四丝杆612连接，第四滑块设于第四丝杆612上，铺粉成型工作台7与第四滑块固定连接。

在本实施例中，该3D打印机可以实现DLF打印、SLM打印、以及SLS打印。下面结合附图1至5，简述该3D打印机实现DLF打印、SLM打印、以及SLS打印工艺的工作原理。

在简述本实施例的3D打印机的工作原理之前，先简述一下常规3D打印的工作原理。常规3D打印中，先将所需打印的成品的三维立体模型存储在计算机中，并通过计算机将该三维立体模型划分成连续的等厚的切片层，在打印过程中，计算机会控制相应的打印装置进行逐层加工，并最终实现整个三维立体模型的打印。

1，DLF打印工艺的工作原理。

参见图4，首先，将铺粉成型工作台7沿着第二Y轴导轨6移动到第二Y轴导轨6的边沿处；通过激光振镜1a调整激光器1b发射的激光光束在气体保护箱1中的位置，使得该光束与送粉喷嘴9的送粉路径交叉(在本实施例中，由于采用同轴送粉，故需要将激光光束与同轴送粉喷嘴91的共轴重合)；同时调整成型工作台5，使得成型工作台5的表面正好经过激光光束与送粉喷嘴9的送粉路径交叉处，其中，可以通过计算机来控制X轴导轨4、第一Y轴导轨3、以及Z轴导轨2构成的三轴联动系统，以控制与X轴导轨4的滑块连接的成型工作台5运动到所需的位置。

然后，供粉装置8提供原材料(例如：金属粉末)粉末，原材料粉末经送粉喷嘴9喷射到成型工作台5表面，并通过激光光束熔化堆积成型。具体地，在加工一个切片层时，送粉喷嘴9与激光光束的位置保持不变，成型工作台5可在X轴导轨4和第一Y轴导轨3构成的平面中运动，通过计算机以控制成型工作台5移动到设定位置，以加工出设定形状的切片层。

最后，当一个切片层加工完成后，成型工作台5沿Z轴导轨2下移一个切片层厚度的距离，继续并重复上述切片层的加工过程直至完成整个成品的加工。

2，SLM打印工艺的工作原理。

参见图5，首先，将原材料(金属粉末)粉末放入送粉缸71中，同时调整铺粉成型工作台7的位置，使得气体保护箱1中的激光束能照射到铺粉成型缸72内；

然后，调整成型工作台5的位置，使得成型工作台5伸入到铺粉成型缸72中，且成型工作台5的表面与铺粉成型缸72的顶部开口相差一个切片层厚度的距离。

其次，驱动送粉装置71a，使得原材料粉末在送粉缸71中上移动一定距离，溢出的原材料粉末在铺粉装置74的带动下进入铺粉成型缸72，并均匀地平铺在成型工作台5表面，多余的原材料粉末在铺粉装置74的带动下进入粉末回收缸73。

再次，通过计算机控制激光振镜1a，以调节照射到成型工作台5表面的激光光束的扫描路径，使得激光光束对成型工作台5表面的原材料粉末进行选择性扫描，被激光扫描到的原材料粉末熔化成型，其中，激光光束的扫描路径事先设定并储存在计算机中。

最后，在一个切片层加工完成后，下移成型工作台5一个切片层厚的距离，继续并重复上述切片层的加工过程，直至完成整个成品的加工。

3，SLS打印工艺的工作原理。

SLS打印的加工过程与SLM打印的加工过程基本相同，不同之处在于SLS打印所使用的原材料可以为金属粉末，也可以为非金属粉末，并需要在原材料粉末中加入低熔点粘结材料。当原材料粉末被激光选择性扫描时，低熔点粘结材料融化，并将高融点原材料粉末粘结成型。

在本实施例中，参见图6和图7，铺粉装置74包括：同步带741、刮板742、以及用于驱动同步带741运动的刮板驱动电机743，刮板742安装在同步带741上，刮板驱动电机743与计算机电连接。

在本实施例中，送粉装置71a将送粉缸71内的原材料粉末送到铺粉成型工作台7表面，刮板742在同步带741的带动下，刮过铺粉成型工作台7表面，将原材料粉末带入铺粉成型缸72。

进一步地，激光器1b包括紫外激光器11b，铺粉成型工作台7上可拆卸地插装有立体光固化成型法(Stereo lithography Appearance，简称“SLA”)成型缸77，SLA成型缸77中可滑动地安装有第一活塞771和与第一活塞771固定连接的活塞杆772，活塞杆772的一端伸出SLA成型缸77并可与成型工作台5可拆卸连接，SLA成型缸77的能够容置于铺粉成型缸72中。

在本实施例中，SLA成型缸77的能够容置于铺粉成型缸72中，在需要使用SLA成型缸77时，可以将SLA成型缸77拆卸下来，并安装在铺粉成型缸72中。

在本实施例中，SLA打印工艺中需要使用液态光敏树脂，同时相应地，需要采用紫外激光器11b发射能使液态光敏树脂发生固化的紫外激光。

在本实施例中，铺粉装置74中的刮板742既可以用于SLM打印或SLS打印中为铺粉成型缸72中的成型工作台5进行铺粉，还可以在SLA打印中，作为刮平器，将粘度较大的树脂(即液态光敏树脂)液面刮平。免除了为该3D打印机新增一个刮平器的需求，节约了设备空间，降低了设备成本。

在本实施例中，该3D打印机还可以实现SLA打印，下面结合图8，简述该3D打印机实现SLA打印的工作原理。

参见图8，首先，将SLA成型缸77从铺粉成型工作台7上拆卸下来，并安装到铺粉成型缸72中，同时，调整成型工作台5的位置，使得SLA成型缸77的活塞杆772的一端与成型工作台5连接(在本实施例中，可以通过螺丝将活塞杆772的一端与成型工作台5连接)。

然后，向SLA成型缸77中注入液态光敏树脂，并调整第一活塞771的位置，使得第一活塞771的顶面处于液面(液态光敏树脂)下一个切片层厚。具体地，可以通过调整成型工作台5的位置来带动第一活塞771，进而调整第一活塞771的顶面与液面(液态光敏树脂)之间的距离。

其次，调用紫外激光器11b，向SLA成型缸77中的液态光敏树脂表面进行紫外激光扫描，使得扫描到的液态光敏树脂固化成型。

最后，在一个切片层加工完成后，下移成型工作台5一个切片层厚的距离，使得第一活塞771的顶面也下移一个切片层厚的距离，继续并重复上述切片层的加工过程直至完成整个成品的加工。

在本实施例中，参见图9，该3D打印机还可以包括：安装在气体保护箱1内的供丝装置101和加热喷头102，加热喷头102与供丝装置101连接。

在本实施例中，供丝装置101可以采用实现熔积成型(Fused DepositionModeling，简称“FDM”)工艺中的供丝装置。加热喷头102的安装位置高于成型工作台5。

进一步地，加热喷头102包括：原型材料加热喷头112和支撑材料加热喷头122，供丝装置101包括：原型材料供丝装置111和支撑材料供丝装置121，原型材料加热喷头112与原型材料供丝装置111连接，支撑材料加热喷头122与支撑材料供丝装置121连接。

在本实施例中，供丝装置101并不限于图9所示的位置。

在本实施例中，可以将原型材料和支撑材料分开加工，可以使得支撑材料的选取和加工更加灵活。

在本实施例中，该3D打印机还可以包括供丝装置101和加热喷头102，可以实现FDM打印。下面结合图9，简述该3D打印机实现FDM打印的工作原理。

首先，将铺粉成型工作台7沿着第二Y轴导轨6移动到第二Y轴导轨6的边沿处，同时调整成型工作台5，使得成型工作台5处于加热喷头102正下方设定位置。

然后，通过送丝装置101将丝状原材料(例如：石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)送入加热喷头102，丝状原材料在加热喷头102中加热融化，并被喷射到成型工作台5表面堆积成型。具体地，在加工一个切片层时，加热喷头102的位置保持不变，成型工作台5可在X轴导轨4和第一Y轴导轨3构成的平面中运动，以加工出设定形状的切片层。

最后，当一个切片层堆积成型完成后，成型工作台5沿Z轴导轨2下移一个切片层厚，继续并重复上述切片层的堆积成型加工过程直至完成整个成品的加工。

在本实施例中，该3D打印机可以实现DLF打印、SLM打印、SLS打印、SLA打印、以及FDM打印，实现了一机多能，减少了因采用不同3D打印工艺时，需要购置多种类型的3D打印机，而造成的重复性投入，降低了3D打印成本。同时，该3D打印机将需要实现上述打印工艺的部件有机地结合起来，例如：X轴导轨4、第一Y轴导轨3、以及Z轴导轨2构成的三轴联动系统，既能在DLF打印和FDM打印中为成型工作台5在X轴导轨4和第一Y轴导轨3构成的平面作扫描运动，在Z轴导轨2方向上作逐段移动，又能在使SLM打印、SLS打印、以及SLA打印中，为呈放原材料的装置(例如：SLM打印中的成型工作台5、SLA打印中的第一活塞771)提供在Z轴导轨2方向上作逐段移动的驱动。

本发明实施例通过相互垂直设置在气体保护箱内的X轴导轨、第一Y轴导轨以及Z轴导轨，且Z轴导轨上安装第一驱动装置，第一Y轴导轨安装第二驱动装置，X轴导轨上安装第三驱动装置，同时，将成型工作台可移动地安装在X轴导轨上，使得成型工作台能在X轴导轨和第一Y轴导轨构成的平面作扫描运动，在Z轴导轨方向作逐段直线移动；然后通过供粉装置和送粉喷嘴向成型工作台提供原材料粉末；最后通过激光器发射的激光来融化成型工作台上的原材料粉末，使得该3D打印机能够实现激光直接制造(Direct LaserFabrication，简称“DLF”)打印；同时，通过将成型工作台伸入铺粉成型工作台中的铺粉成型缸，使得成型工作台能用于呈放通过铺粉装置送入铺粉成型缸内的原材料粉末，然后通过控制激光振镜来射出能在成型工作台表面扫描运动的激光光束，使得该3D打印机能够实现选择性激光熔化(Selective Laser Melting，简称“SLM”)打印和选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称“SLS”)打印，进而实现了一机多能，减少了重复性投入，降低了3D打印成本。此外，该3D打印机还可以拆卸设置的SLA成型缸来呈放液态光敏树脂，然后通过紫外激光器和激光振镜，来发射出能在液态光敏树脂表面进行扫描运动的紫外激光，进而使得该3D打印机能够实现SLA打印；该3D打印机还可以通过供丝装置和加热喷头，向成型工作台喷射已融化的丝状原材料，然后通过成型工作台在X轴导轨和第一Y轴导轨构成的平面作扫描运动，使得该3D打印机能够实现FDM打印，进而丰富该3D打印机的功能。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种3D打印机，其特征在于，所述3D打印机包括：

Z轴导轨(2)，沿第一方向设置；

第一Y轴导轨(3)，沿第二方向设置且可移动地设置在所述Z轴导轨(2)上；

第一驱动装置(21)，安装在所述Z轴导轨(2)上，驱动所述第一Y轴导轨(3)沿所述第一方向在所述Z轴导轨(2)上移动；

X轴导轨(4)，沿第三方向设置且可移动地设置在所述第一Y轴导轨(3)上，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直；

第二驱动装置(31)，安装在所述第一Y轴导轨(3)上，驱动所述X轴导轨(4)沿所述第二方向在所述第一Y轴导轨(3)上移动；

成型工作台(5)，可移动地安装在所述X轴导轨(4)上；

第三驱动装置(41)，安装在所述X轴导轨(4)上，驱动所述成型工作台(5)沿所述第三方向在所述X轴导轨(4)上移动；

第二Y轴导轨(6)，所述第二Y轴导轨(6)与所述第一Y轴导轨(3)平行设置且与所述Z轴导轨(2)固定连接；

铺粉成型工作台(7)，可移动地安装在所述第二Y轴导轨(6)上，所述铺粉成型工作台(7)上依次插装有送粉缸(71)、铺粉成型缸(72)、以及粉末回收缸(73)，所述送粉缸(71)内设置有用于将所述送粉缸(71)内的原材料粉末送到所述铺粉成型工作台(7)表面的送粉装置(71a)，所述铺粉成型缸(72)底部设有用于供所述成型工作台(5)伸入的开口，所述铺粉成型工作台(7)上还设置有的铺粉装置(74)，所述铺粉成型工作台(7)上可拆卸地插装有立体光固化成型法SLA成型缸(77)，所述SLA成型缸(77)中可滑动地安装有第一活塞(771)和与所述第一活塞(771)固定连接的活塞杆(772)，所述活塞杆(772)的一端伸出所述SLA成型缸(77)并可与所述成型工作台(5)可拆卸连接，所述SLA成型缸(77)的能够容置于所述铺粉成型缸(72)中；

第四驱动装置(61)，安装在所述第二Y轴导轨(6)上，驱动所述铺粉成型工作台(7)沿所述第二方向在所述第二Y轴导轨(6)上移动；

气体保护箱(1)，容置所述Z轴导轨(2)、所述第一Y轴导轨(3)、所述X轴导轨(4)、所述成型工作台(5)、所述第二Y轴导轨(6)、所述铺粉成型工作台(7)，所述气体保护箱(1)的顶部开设有用于透射激光的激光窗；

供粉装置(8)；

送粉喷嘴(9)，与所述供粉装置(8)连接，所述送粉喷嘴(9)安装在所述气体保护箱(1)内且固定在所述激光窗下方；

激光振镜(1a)，设置在所述激光窗上方；

激光器(1b)，与所述激光振镜(1a)连接；

计算机，所述计算机分别与所述第一驱动装置(21)、所述第二驱动装置(31)、所述第三驱动装置(41)、所述第四驱动装置(61)、所述送粉装置(71a)、所述铺粉装置(74)、所述供粉装置(8)、以及所述激光振镜(1a)电连接。

2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述送粉喷嘴(9)包括至少一对同轴送粉喷嘴(91)，所述供粉装置(8)包括：粉末分离器(81)，所述粉末分离器(81)与至少一对所述同轴送粉喷嘴(91)连通。

3.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述铺粉装置(74)包括同步带(741)、刮板(742)、以及用于驱动所述同步带(741)运动的刮板驱动电机(743)，刮板(742)安装在所述同步带(741)上，所述刮板驱动电机(742)与所述计算机电连接。

4.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括：

安装在所述气体保护箱(1)内的供丝装置(101)和加热喷头(102)，所述加热喷头(102)与所述供丝装置(101)连接。

5.根据权利要求4所述的3D打印机，其特征在于，所述加热喷头(102)包括：原型材料加热喷头(112)和支撑材料加热喷头(122)，所述供丝装置(101)包括：原型材料供丝装置(111)和支撑材料供丝装置(121)，所述原型材料加热喷头(112)与所述原型材料供丝装置(111)连接，所述支撑材料加热喷头(122)与所述支撑材料供丝装置(121)连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述送粉装置(71a)包括：

安装在所述送粉缸(71)内的第二活塞(71b)、一端与所述第二活塞(71b)连接且另一端伸出所述送粉缸(71)的丝杆(71c)、以及安装在所述丝杆(71c)另一端的送粉驱动电机(71d)，所述送粉驱动电机(71d)与所述计算机电连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括：平场聚焦镜(11a)，所述平场聚焦镜(11a)设于所述激光振镜(1a)的输出光路上。

8.根据权利要求1-5任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述气体保护箱(1)内储存有惰性气体。

9.根据权利要求1-5任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述第一驱动装置(21)包括：第一驱动电机(211)、第一丝杆(212)和第一滑块，所述第一驱动电机(211)与所述第一丝杆(212)连接，所述第一滑块设于所述第一丝杆(212)上，所述第一Y轴导轨(3)与所述第一滑块固定连接；

所述第二驱动装置(31)包括：第二驱动电机(311)、第二丝杆(312)和第二滑块(313)，所述第二驱动电机(311)与所述第二丝杆(312)连接，所述第二滑块(313)设于所述第二丝杆(312)上，所述X轴导轨(4)与所述第二滑块(313)固定连接；

所述第三驱动装置(41)包括：第三驱动电机(411)、第三丝杆(412)和第三滑块(413)，所述第三驱动电机(411)与所述第三丝杆(412)连接，所述第三滑块(413)设于所述第三丝杆(412)上，所述成型工作台(5)与所述第三滑块(413)固定连接；

所述第四驱动装置(61)包括：第四驱动电机(611)、第四丝杆(612)和第四滑块，所述第四驱动电机(611)与所述第四丝杆(612)连接，所述第四滑块设于所述第四丝杆(612)上，所述铺粉成型工作台(7)与所述第四滑块固定连接。