CN106584849A - 一种可自动调焦的3d激光打印加工头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自动调焦的3D激光打印加工头，包括光纤标准接口、CCD检测模块、准直模块、保护镜模块、气路保护模块、送粉模块和喷嘴；还包括同轴连接在准直模块的下端的焦点位置调节机构；保护镜模块同轴连接在焦点位置调节机构的下端；气路保护模块同轴连接在保护镜模块的下端；送粉模块同轴连接在气路保护模块的下端；喷嘴同轴连接在送粉模块的下部；焦点位置调节机构包括同轴连接在准直模块的下端的外壳和均设在外壳内的轴向调节机构和径向调节机构。本发明的3D激光打印加工头通过焦点位置调节机构，能满足不同工艺下对离焦量和光斑大小的需求，大大提高了可加工零件的范围与加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印技术，具体涉及一种可自动调焦的3D激光打印加工头。
背景技术
3D激光打印是激光立体成形技术(Laser Solid Forming，LSF)，其基本原理是：首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该三维CAD模型按一定的厚度分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息，再采用激光熔覆的方法按照轮廓轨迹逐层堆积材料，最终形成三维实体零件或需进行少量加工的零件毛坯。3D激光打印头是该技术的关键部件之一，它决定了光斑的形状、光斑的大小以及载气送粉的方式和送粉的均匀性。而根据3D激光打印工艺要求不同的粉末和不同的出粉速度以及不同的形状结构需要不同的离焦量和光斑大小，因此需要一种可自动调节离焦量大小的3D激光打印加工头。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种可自动调焦的3D激光打印加工头，它能满足不同工艺下对离焦量和光斑大小的需求，大大提高了可加工零件的范围与加工效率。
本发明的目的是这样实现的：一种可自动调焦的3D激光打印加工头，包括光纤标准接口、CCD检测模块、准直模块、保护镜模块、气路保护模块、送粉模块和喷嘴；所述光钎标准接口同轴连接在所述准直模块的上端；所述CCD检测模块连接在所述准直模块的侧面；所述加工头还包括同轴连接在所述准直模块的下端的焦点位置调节机构；所述保护镜模块同轴连接在所述焦点位置调节机构的下端；所述气路保护模块同轴连接在所述保护镜模块的下端；所述送粉模块同轴连接在所述气路保护模块的下端；所述喷嘴同轴连接在所述送粉模块的下部；其中，
所述焦点位置调节机构包括同轴连接在所述准直模块的下端的外壳和均设在外壳内的轴向调节机构和径向调节机构；
所述轴向调节机构包括电机、小齿轮、大齿轮、聚焦镜导向套和聚焦镜；其中，所述电机安装在所述准直模块的侧面上，所述小齿轮连接在所述电机上并位于所述外壳内；所述大齿轮同轴安装在所述外壳内并与所述小齿轮啮合；所述聚焦镜导向套设在所述大齿轮的内腔并以滚珠丝杠副的方式与所述大齿轮连接；所述聚焦镜设在所述聚焦镜导向套的内腔，该聚焦镜的下端面边缘为斜面；
所述径向调节机构包括聚焦镜外套、螺母固定环、径向调节螺母和四个径向调整块；其中，所述聚焦镜外套紧固地设在所述聚焦镜与聚焦镜导向套之间，该聚焦镜外套的下端面上均布地开设四个穿孔；所述螺母固定环设在所述聚焦镜外套的下端并嵌装在所述聚焦镜导向套的下部内壁面上；所述径向调节螺母螺纹连接在所述螺母固定环上，该径向调节螺母的上端面设有四个嵌槽；所述四个径向调整块的上端面为与所述聚焦镜的下端面边缘的斜面适配的斜面，该四个径向调整块的下部一一对应地嵌装在所述径向调节螺母的嵌槽中并从所述聚焦镜外套上的四个穿孔插入聚焦镜外套的内腔，使四个径向调整块的上端面与聚焦镜的下端面边缘接触。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述聚焦镜导向套的上部通过销钉偏心地连接在所述外壳的上部。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述轴向调节机构还包括设在所述聚焦镜外套的内腔中并位于所述聚焦镜的上端面上的聚焦镜压紧环。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述送粉模块设有六路送粉接口。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述保护镜模块包括保护镜外壳和以侧向抽屉式结构安装在保护镜外壳内的保护镜。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述喷嘴的上部为圆筒形，喷嘴的下部呈圆锥形，喷嘴的上部的壁厚与喷嘴的下部的壁厚中间均设有粉末喷腔；喷嘴的上部与喷嘴的下部的连接处均布地开设与粉末喷腔圆形通孔。
上述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其中，所述加工头还包括同轴连接在所述喷嘴的上部外表面上的水冷保护模块。
本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头具有以下有益效果：
1)其结构简单、设计合理、性能可靠、应用效果显著；
2)保护镜模块可进行快速的更换，能减少维修时间；
3)送粉模块设有六路送粉接口，可使喷嘴喷出的粉末更加均匀，并且可同时接入不同的粉末用于满足不同的3D激光打印需要；
4)焦点位置调节机构可实现喷嘴位置不动，但聚焦镜的焦点位置按照程序设定自动上下移动，可满足不同工艺下对离焦量和光斑大小的需求，并可通过径向调节机构调节聚焦镜的径向位置，使聚焦镜形成的焦点位置与喷嘴的轴线重合，使打印的中心更加准确。
附图说明
图1是本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头的立体图；
图2是本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头的主视图；
图3是图2中的A-A向视图；
图4是本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头中的焦点位置调节机构的轴向剖面图；
图5是图2中的B-B向视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图5，本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头，包括光纤标准接口1、CCD检测模块2、准直模块3、焦点位置调节机构4、保护镜模块5、气路保护模块6、送粉模块7、水冷保护模块8和喷嘴9；其中，
光钎标准接口1采用QBH标准接口并通过螺钉同轴连接在准直模块3的上端；
CCD检测模块2连接在准直模块3的侧面；
焦点位置调节机构4同轴连接在准直模块3的下端的；
保护镜模块5固定在焦点位置调节机构4的下端；
气路保护模块6同轴连接在保护镜模块5的下端，
送粉模块7同轴连接在气路保护模块6的下端；
喷嘴9同轴连接在送粉模块7的下部；喷嘴9的上部为圆筒形，喷嘴9的下部呈圆锥形，喷嘴的上部91的壁厚与喷嘴的下部92的壁厚中间均设有粉末喷腔；喷嘴的上部91与喷嘴的下部92的连接处均布地开设与粉末喷腔圆形通孔93。
水冷保护模块8同轴连接在喷嘴9的上部外表面上。
焦点位置调节机构4包括同轴连接在准直模块3的下端的外壳41和均设在外壳41内的轴向调节机构和径向调节机构。
轴向调节机构包括电机42、小齿轮47、大齿轮48、聚焦镜导向套44、聚焦镜410和聚焦镜压紧环46；其中，电机42安装在准直模块3的侧面上，小齿轮47连接在电机42的输出轴上并位于外壳41内；大齿轮48通过轴承49同轴地安装在外壳41内并与小齿轮47啮合；聚焦镜导向套44设在大齿轮48的内腔并以滚珠丝杠副的方式与大齿轮48连接，并且该聚焦镜导向套44的上部通过销钉43偏心地连接在外壳41的上部，使聚焦镜导向套44不能进行周向旋转，只能沿轴向移动；聚焦镜410设在聚焦镜导向套44的内腔，该聚焦镜410的下端面边缘为斜面；聚焦镜压紧环46设在聚焦镜导向套44的内腔中并位于聚焦镜410的上端面上。小齿轮47由电机41驱动转动，并通过与小齿轮47啮合的大齿轮48转动带动聚焦镜导向套44沿轴向上下移动，从而带动聚焦镜410完成对焦点位置的改变。
径向调节机构包括聚焦镜外套45、螺母固定环413、径向调节螺母412和四个径向调整块411；其中，聚焦镜外套45紧固地设在聚焦镜410与聚焦镜导向套44之间，该聚焦镜外套45的下端面上均布地开设四个穿孔；螺母固定环413设在聚焦镜外套45的下端并嵌装在聚焦镜导向套44的下部内壁面上；径向调节螺母412螺纹连接在螺母固定环413上，该径向调节螺母412的上端面设有四个嵌槽；四个径向调整块411的上端面为与聚焦镜410的下端面边缘的斜面适配的斜面，该四个径向调整块411的下部一一对应地嵌装在径向调节螺母412的嵌槽中并从聚焦镜外套45上的四个穿孔插入聚焦镜外套45的内腔，使四个径向调整块411的上端面与聚焦镜410的下端面边缘接触。通过转动径向调节螺母412使四个径向调整块411上下移动，并通过四个径向调整块411的上部斜面调节聚焦镜410的前后左右位置，使聚焦镜410形成的焦点位置与喷嘴9的轴线重合。
本发明的可自动调焦的3D激光打印加工头具有如下特点：
光钎标准接口1可实现光纤的快速安装，安装精度高，通用性好；
CCD检测模块2与光路同轴，能更好的观察焦点位置与工件的关系；
保护镜模块5包括同轴连接固定在焦点位置调节机构4的下端的保护镜外壳61和以侧向抽屉式结构安装在保护镜外壳51内的保护镜52，可以对保护镜62进行快速插拔更换，减少维修时间；
送粉模块7设有六路送粉接口，可使喷嘴9喷出的粉末更加均匀，并且可同时接入不同的粉末用于满足不同的3D激光打印需要；
气路保护模块6可使喷嘴9的内腔体形成正压，有效防止加工粉末或烟尘进入内腔体污染保护镜52；
水冷保护模块8可有效防止喷嘴9的内壁过热而粘连粉末，从而减少喷嘴9堵塞的几率。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (7)
1.一种可自动调焦的3D激光打印加工头，包括光纤标准接口、CCD检测模块、准直模块、保护镜模块、气路保护模块、送粉模块和喷嘴；所述光钎标准接口同轴连接在所述准直模块的上端；所述CCD检测模块连接在所述准直模块的侧面；其特征在于，所述加工头还包括同轴连接在所述准直模块的下端的焦点位置调节机构；所述保护镜模块同轴连接在所述焦点位置调节机构的下端；所述气路保护模块同轴连接在所述保护镜模块的下端；所述送粉模块同轴连接在所述气路保护模块的下端；所述喷嘴同轴连接在所述送粉模块的下部；
所述焦点位置调节机构包括同轴连接在所述准直模块的下端的外壳和均设在外壳内的轴向调节机构和径向调节机构；
所述轴向调节机构包括电机、小齿轮、大齿轮、聚焦镜导向套和聚焦镜；其中，所述电机安装在所述准直模块的侧面上，所述小齿轮连接在所述电机上并位于所述外壳内；所述大齿轮同轴安装在所述外壳内并与所述小齿轮啮合；所述聚焦镜导向套设在所述大齿轮的内腔并以滚珠丝杠副的方式与所述大齿轮连接；所述聚焦镜设在所述聚焦镜导向套的内腔，该聚焦镜的下端面边缘为斜面；
所述径向调节机构包括聚焦镜外套、螺母固定环、径向调节螺母和四个径向调整块；其中，所述聚焦镜外套紧固地设在所述聚焦镜与聚焦镜导向套之间，该聚焦镜外套的下端面上均布地开设四个穿孔；所述螺母固定环设在所述聚焦镜外套的下端并嵌装在所述聚焦镜导向套的下部内壁面上；所述径向调节螺母螺纹连接在所述螺母固定环上，该径向调节螺母的上端面设有四个嵌槽；所述四个径向调整块的上端面为与所述聚焦镜的下端面边缘的斜面适配的斜面，该四个径向调整块的下部一一对应地嵌装在所述径向调节螺母的嵌槽中并从所述聚焦镜外套上的四个穿孔插入聚焦镜外套的内腔，使四个径向调整块的上端面与聚焦镜的下端面边缘接触。
2.根据权利要求1所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述聚焦镜导向套的上部通过销钉偏心地连接在所述外壳的上部。
3.根据权利要求1所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述轴向调节机构还包括设在所述聚焦镜外套的内腔中并位于所述聚焦镜的上端面上的聚焦镜压紧环。
4.根据权利要求1所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述送粉模块设有六路送粉接口。
5.根据权利要求1所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述保护镜模块包括保护镜外壳和以侧向抽屉式结构安装在保护镜外壳内的保护镜。
6.根据权利要求1所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述喷嘴的上部为圆筒形，喷嘴的下部呈圆锥形，喷嘴的上部的壁厚与喷嘴的下部的壁厚中间均设有粉末喷腔；喷嘴的上部与喷嘴的下部的连接处均布地开设与粉末喷腔圆形通孔。
7.根据权利要求1至6任意所述的可自动调焦的3D激光打印加工头，其特征在于，所述加工头还包括同轴连接在所述喷嘴的上部外表面上的水冷保护模块。
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