CN105665705A - 一种金属3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属3D打印装置，包括激光器、送粉机构、机架和水冷机，所述激光器与送粉机构固定连接，所述送粉机构安装在机架上，所述水冷机与送粉机构连接，所述送粉机构包括依次固定连接的水平调节部、垂直调节部和送粉嘴，本发明将3D打印技术和激光熔覆技术相结合，本装置能够灵活调节激光出光方向以及出粉口与基材表面的距离，具有调节精度高、操作便捷、实用性强、经济效益高的特点，有助于提高熔覆粉末的有效利用率和熔覆质量。

Description

一种金属3D打印装置

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，具体而言，涉及一种金属3D打印装置。

背景技术

激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，能够显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此，激光熔覆技术应用前景十分广阔。

目前，激光熔覆按熔覆材料的供给方式大致分为预置式激光熔覆和同步式激光熔覆，同步式激光熔覆能够大大提高熔覆质量，降低熔覆层的稀释率和基材的热影响，易于实现自动控制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属3D打印装置，本发明将3D打印技术和激光熔覆技术相结合，本装置能够灵活调节激光出光方向以及出粉口与基材表面的距离，具有调节精度高、操作便捷、实用性强、经济效益高的特点，有助于提高熔覆粉末的有效利用率和熔覆质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属3D打印装置，包括激光器、送粉机构、机架和水冷机，所述激光器与送粉机构固定连接，所述送粉机构安装在机架上，所述水冷机与送粉机构连接，所述送粉机构包括依次固定连接的水平调节部、垂直调节部和送粉嘴。

进一步，所述水平调节部包括调节板和调节件一，所述调节板设有凸缘，所述凸缘上设有至少4个调节孔一，所述调节件一与所述调节孔一螺纹连接，所述调节板的中心设有通孔一。

进一步，所述水平调节部还包括垫板，所述垫板与凸缘固定连接，所述垫板的中心设有通孔二，所述垂直调节部包括调节筒，所述调节筒为T型，所述调节筒的顶部位于所述水平调节部内部，所述通孔二的直径介于调节筒的最大外径和最小外径之间。

进一步，所述垂直调节部还包括套筒，所述套筒套在所述调节筒内部，所述套筒的底端与送粉嘴固定连接，所述调节筒上设有调节孔二和调节件二，所述调节孔二和调节件二螺纹连接。

进一步，所述套筒的外表面设有滑道，所述调节件二的一端位于所述滑道内。

进一步，所述套筒设有进水口、出水口和冷却腔，所述进水口和出水口分别与冷却腔连通。

进一步，所述送粉嘴为锥形，所述送粉嘴的内部设有激光通道和送粉通道，所述激光通道的中轴线与所述送粉通道的中轴线夹角为15-25°，所述送粉嘴的底部设有出粉口。

进一步，所述送粉通道至少为2个，所述送粉通道均匀排列在所述送粉嘴内部。

进一步，所述送粉嘴内部还设有冷却通道，所述冷却通道的中轴线与激光通道的中轴线夹角为15-25°。

进一步，所述冷却通道包括相通设置的进水通道和出水通道，所述进水通道的长度为所述送粉嘴母线长度的2/3-3/4倍。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过所述水平调节部和垂直调节部的协同作用，微调激光出光方向以及出粉口与基材表面的距离，具有灵活度高、有助于提高熔覆质量的特点；

2、本发明在套筒上设有冷却腔，能够对由于激光散射造成的送粉机构变热进行冷却，避免送粉机构过热而变形或损坏；

3、本发明中对送粉通道与激光通道的夹角进行优选，既能保证送粉通道与激光通道之间存在一定的间距，降低送粉管被烧坏的几率，又能保证激光焦点和熔覆粉末汇聚在一点，提高熔覆粉末的有效利用率和熔覆质量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的角度调节部结构示意图

图3为本发明的送粉机构结构示意图；

图4为本发明的送粉机构剖面结构示意图；

图5为本发明的水平调节部和垂直调节部结构示意图；

图6为本发明的套筒结构示意图；

图7为本发明的送粉嘴结构示意图；

图8为本发明的送粉嘴剖面结构示意图。

图中：11—电控部，12—光纤，13—光学整形部，2—送粉机构，31—电机，32—电机，33—安装板，4—水冷机，5—水平调节部，51—调节板，52—调节件一，53—垫板，54—保护镜片，55—调节孔一，56—通孔一，6—垂直调节部，61—调节筒，62—套筒，63—调节孔二，64—滑道，65—进水口，66—出水口，7—送粉嘴，71—激光通道，72—送粉通道，27—送粉管，73—进水通道，37—进水管，74—出水通道，47—出水管，720—出粉口，81—蜗轮，82—蜗杆。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种金属3D打印装置，包括激光器、送粉机构2、机架和水冷机4，激光器包括依次连接的电控部11、光纤12和光学整形部13，机架包括台面和安装板33，光学整形部13与送粉机构2固定连接，所述送粉机构2安装在安装板33上，所述水冷机4与电控部11连接，为电控部11进行降温，台面与丝杠电机31和丝杠电机32连接，2台电机轴的伸缩方向相互垂直，从而实现台面在二维方向的移动，第三个丝杠电机与安装板33相连，从而实现激光头和送粉机构2在Z轴方向的移动，这样通过3个丝杠电机就可以实现3D打印装置在三维方向的移动。

如图2所示，光学整形部13与安装板33之间还设有角度调节部，角度调节部包括蜗轮81和蜗杆82，光学整形部13与蜗轮81连接，蜗轮81位于光学整形部13和安装板33之间，蜗杆82通过轴承与安装板33连接，蜗轮81和蜗杆82相咬合，转动蜗杆82即可带动蜗轮81转动，从而带动光学整形部13和送粉机构2同步转动，实现激光方向的调节，激光方向的调节范围为±60°(激光垂直于水平面时为0°)。

如图3、图4和图5所示，所述送粉机构2包括依次连接的水平调节部5、垂直调节部6和送粉嘴7，所述水平调节部5包括调节板51、调节件一52和垫板53，所述调节板51设有凸缘，所述凸缘上设有至少4个调节孔一55，调节孔一55两两相对设置，并且调节孔一55在凸缘上均匀排列，所述调节件一52与所述调节孔一55螺纹连接，所述调节板51的中心设有通孔一56，用于激光束的通过。所述垫板53与凸缘固定连接，调节板51和垫板53构成一种空腔结构，所述垫板53的中心设有通孔二，所述垂直调节部6包括调节筒61，所述调节筒61为T型，所述调节筒61的顶部位于所述水平调节部5内部，所述通孔二的直径介于调节筒61的最大外径和最小外径之间，这样是为了保证调节筒61的顶部受到垫板53的支撑，同时调节筒61能够在通孔二内活动。调节筒61与通孔一56相对的位置处设有保护镜片54，保护镜片54能够有效防止熔覆过程中产生的熔渣溅入激光器内，避免对各部件造成损坏，具有降低维修和更换成本、提高经济效益的特点。本发明通过所述水平调节部5和垂直调节部6的协同作用，微调激光出光方向以及出粉口720与基材表面的距离，具有灵活度高、有助于提高熔覆质量的特点。

如图5和图6所示，所述垂直调节部6还包括套筒62，所述套筒62套在所述调节筒61内部，所述套筒62的底端与送粉嘴7固定连接，所述调节筒61上设有调节孔二63和调节件二(图中未示出)，所述调节孔二63和调节件二螺纹连接，所述套筒62的外表面设有滑道64，滑道64与套筒62的中轴线平行，所述调节件二的一端位于所述滑道64内，滑道64和调节件二相配合对套筒62的移动起到限位作用。所述套筒62还设有进水口65、出水口66和冷却腔，所述进水口65和出水口66分别与冷却腔连通，进水口65和出水口66分别与水冷机4连接，使冷却水在套筒62的冷却腔中循环，降低由于激光散射造成的套筒62发热。

如图3、图7和图8所示，所述送粉嘴7为锥形，所述送粉嘴7的内部设有激光通道71和送粉通道72，送粉通道72与送粉管27连接，激光通道71的中轴线与送粉嘴7的中轴线重合，所述激光通道71的中轴线与所述送粉通道72的中轴线夹角为15-25°，既能保证送粉通道72与激光通道71之间存在一定的间距，降低送粉通道72被烧坏的几率，又能保证激光焦点和熔覆粉末汇聚在一点，提高熔覆粉末的有效利用率和熔覆质量。所述送粉嘴7的底部设有出粉口720，所述送粉通道72至少为2个，本实施例中优选为3个，3个送粉通道72均匀排列在所述送粉嘴7内部。所述送粉嘴7内部还设有冷却通道，所述冷却通道的中轴线与激光通道71的中轴线夹角为15-25°。所述冷却通道包括相通设置的进水通道72和出水通道74，所述进水通道73与进水管37连接，所述出水通道74与出水管47连接，进水管37和出水管47分别与水冷机4连接，所述进水通道73的长度为所述送粉嘴7母线长度的2/3-3/4倍，作为优选，所述进水通道73的长度设置为送粉嘴母线长度的2/3倍、0.7倍、3/4倍，有助于最大程度的降低激光散热对送粉嘴7的损坏，避免激光熔覆过程中产生的热量向上传递到各部件，同时冷却通道中的冷却水不至于吸收过多的激光热量，不会造成激光能量的浪费。

如图1-8所示，本发明的金属3D打印装置在具体使用过程中，包括如下步骤：

(1)同步调节调节板51相对的2个调节件一52，其中，一个调节件一52执行松动操作，与其相对的另一者执行拧紧操作，带动调节筒61在水平调节部5的内部实现各个方向的移动；

(2)保护镜片54的中心与通孔一56的中心重合后，停止调节调节件一52，完成了送粉机构2的二维平面内方向调节；本发明中设置水平调节部，能够快速便捷、高精度的调节调节筒的位置；

(3)松动调节件二，促使调节件二沿着滑道64上下滑动，改变所述出粉口720与基材表面距离；通过调节件二就可以快速调节送粉嘴的高度，实现打印装置在z轴方向上的微调；

(4)出粉口720与基材表面距离为0.5-1cm时，拧紧所述调节件二；

(5)向进水口65、进水通道73内通入冷却水；

(6)由激光器发射激光，激光依次经通孔一56、保护镜片54、激光通道71到达基材表面，熔覆粉末依次经送粉管27、送粉通道72、出粉口720到达基材表面，进行激光熔覆即可。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种金属3D打印装置，其特征在于，包括激光器、送粉机构、机架和水冷机，所述激光器与送粉机构固定连接，所述送粉机构安装在机架上，所述水冷机与送粉机构连接，所述送粉机构包括依次固定连接的水平调节部、垂直调节部和送粉嘴。

2.根据权利要求1所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述水平调节部包括调节板和调节件一，所述调节板设有凸缘，所述凸缘上设有至少4个调节孔一，所述调节件一与所述调节孔一螺纹连接，所述调节板的中心设有通孔一。

3.根据权利要求2所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述水平调节部还包括垫板，所述垫板与凸缘固定连接，所述垫板的中心设有通孔二，所述垂直调节部包括调节筒，所述调节筒为T型，所述调节筒的顶部位于所述水平调节部内部，所述通孔二的直径介于调节筒的最大外径和最小外径之间。

4.根据权利要求3所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述垂直调节部还包括套筒，所述套筒套在所述调节筒内部，所述套筒的底端与送粉嘴固定连接，所述调节筒上设有调节孔二和调节件二，所述调节孔二和调节件二螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述套筒的外表面设有滑道，所述调节件二的一端位于所述滑道内。

6.根据权利要求5所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述套筒设有进水口、出水口和冷却腔，所述进水口和出水口分别与冷却腔连通。

7.根据权利要求6所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述送粉嘴为锥形，所述送粉嘴的内部设有激光通道和送粉通道，所述激光通道的中轴线与所述送粉通道的中轴线夹角为15-25°，所述送粉嘴的底部设有出粉口。

8.根据权利要求7所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述送粉通道至少为2个，所述送粉通道均匀排列在所述送粉嘴内部。

9.根据权利要求8所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述送粉嘴内部还设有冷却通道，所述冷却通道的中轴线与激光通道的中轴线夹角为15-25°。

10.根据权利要求9所述的金属3D打印装置，其特征在于，所述冷却通道包括相通设置的进水通道和出水通道，所述进水通道的长度为所述送粉嘴母线长度的2/3-3/4倍。