CN104944750A - 一种玻璃3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
一种使用低熔点玻璃为原材料的3D打印机，所选取的低熔点玻璃的转变温度为Tg小于450度的磷酸盐玻璃，其烧结的温度在800度以内。3D打印机采用多组光纤激光器共同照射在烧结点，并可以产生足够的功率以熔化玻璃粉末。烧结点的位置和激光器的开关由3D打印机精确控制，完成的3D玻璃零件的成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印装置，尤其涉及一种以玻璃为原材料的3D激光打印装置。
背景技术
通常的3D 打印机使用塑料为原材料，以堆积薄层的形式生成固态实体。即软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会像2维打印一样在塑料粉末层上喷出黏合剂，并将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。其他的塑料粉末固化方法有熔积成型法，即在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。或者是通过激光烧结的方法将塑料粉末熔铸成指定形状。
以塑料为打印材料具有一定的局限性，比如在一些工作温度比较高的应用就无法使用塑料。使用玻璃或金属材料可以用激光烧结的方法熔铸成指定形状，但这种3D激光打印机通常价格极其昂贵，并且体积庞大。主要因为玻璃或金属的熔化温度较高，通常超过1000度，需要大功率的二氧化碳激光器或固体激光器固定在打印头的位置，这类激光器体积较大，安装和调试不便。这里需要说明的是低熔点的金属粉末在空气中易燃，因而不具有3D打印的实用性。
发明内容
为了解决普通3D打印的塑料使用温度低，热膨胀系数大的问题，本发明提出了一种使用低熔点玻璃为原材料的3D激光打印装置。所选取的低熔点玻璃的转变温度为Tg 小于450度，玻璃组份为磷酸盐体系，其烧结的温度在800度以内。本发明采用多组光纤激光器共同照射在烧结点，并可以产生足够的功率以熔化玻璃粉末。烧结点的位置和激光器的开关由3D打印机精确控制，完成3D玻璃零件的成型。
附图说明
图1是3D打印装置的剖面图。
其中附图标记
1为光纤激光器；
2为玻璃粉末喷射装置；
3为低熔点玻璃粉末；
4为粉末喷射装置的喷嘴；
5为激光烧结点。
具体实施方式
下面对发明作更详细描述，类似标记表示相同或类似部件。然而，为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性表示，它们是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此无需进行详细描述。
下面参考图1，3D打印装置的剖面图。玻璃粉末喷射装置2由两层空腔构成，其内层空腔内部装有低熔点玻璃粉末3。内层空腔的底部有出口与外层空腔之间的间隙联通，外层空腔的底部加工成喷嘴4。 玻璃粉末4的颗粒直径为5~30um。当3D激光打印机工作时，两层空腔之间的间隙充高压气体，气体从喷嘴流出。气体压力控制在1.5到5个大气压之间。喷嘴的内壁直径为0.5~2mm，当气体高速喷出时，带动空腔内部的玻璃粉末一起由喷口喷出。喷嘴到激光烧结点5的距离为5~20mm。
本发明中的光纤激光器采用由掺稀土元素光纤作为增益介质的激光器，波长为1000~1600nm，输出功率为200w~500w。光纤激光器共有四组，由固定支架轴对称安置在玻璃粉末喷射装置2的周围，并都对准烧结点5。四组激光器的方向都经过校准使其光轴与烧结点的空间位置偏差控制在0.01mm内。每一束激光在烧结点7的50%高斯能量分布直径控制在小于0.5mm。各组光纤激光器的输出功率应该一致，并且各个激光器的准直光学系统在玻璃粉末喷射装置周围呈对称分布，各个激光束都会聚在烧结点上。
3D打印机工作时，打印头始终处于喷口垂直向下的姿态，这样才能保证由喷口喷出的低熔点玻璃粉末落入烧结点位置。当打印速度需要加快时，则要提高玻璃粉末喷射装置内部的气体压力以及光纤激光器的输出功率。
Claims (5)
1.一种以玻璃为原材料的3D打印机, 包括激光器和玻璃粉末喷射装置，其使用的玻璃材料为磷酸盐低熔点玻璃。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，激光器的的数量为多个，并沿轴对称分布在玻璃粉末喷射装置周围，各个激光器都对准在喷射装置下方的玻璃烧结点，玻璃烧结点到喷嘴的距离为5~20mm。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的3D激光打印头，其特征在于，3D激光打印机工作时，打印头始终处于喷口垂直向下的姿态，这样才能保证由喷口喷出的低熔点玻璃粉末落入烧结点位置。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的3D打印机，其特征在于，3D打印机工作时，玻璃粉末喷射装置内部的两层空腔之间充高压气体，气体从喷口高速流出，同时带动内层空腔下方出口的玻璃粉末一起喷出。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的3D打印机，其特征在于，玻璃粉末喷射装置由两层空腔构成，其内层空腔装有低熔点玻璃粉末，内层空腔的底部有出口与外层空腔之间的间隙联通，外层空腔的底部加工成喷口形状。
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| CN201410111537.5A CN104944750A (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 一种玻璃3d打印装置 |
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Publications (1)
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| CN104944750A true CN104944750A (zh) | 2015-09-30 |
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Country Status (1)
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2014
- 2014-03-25 CN CN201410111537.5A patent/CN104944750A/zh active Pending
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Application publication date: 20150930 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |