CN107437366B - 一种选择性激光烧结3d打印演示机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种选择性激光烧结3D打印演示机，涉及3d打印设备领域，包括壳体(7)、激光控制系统(1)、显示屏(2)、成形室(3)、保护气体瓶(6)和材料回收室(8)；激光控制系统(1)安装在壳体(7)的上部，用于产生激光；显示屏(2)安装在壳体(7)上，且与激光控制系统(1)连接，成形室(3)安装在所述壳体(7)的中部，位于激光控制系统(1)的下方；保护气体瓶(6)安装壳体(7)侧壁上，用于为成形室(3)内冲入保护性气体；材料回收室(8)安装在壳体(7)的下部，本发明结构简单、体积轻便，工艺成本和机器成本低，大大降低3d打印门槛，方便用于演示和教学。

Description

一种选择性激光烧结3D打印演示机
技术领域
本发明涉及3d打印设备领域，具体涉及一种选择性激光烧结3D打印演示机。
背景技术
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的一种快速成型技术。3D打印技术的快速发展,受到了国家和社会的广泛关注，在科技发展和工业进步中发挥着越来越重要的作用。目前，基于FDM熔融堆积原理的3D打印机以其成本低、结构简单、体积小等特点在教育及个人领域得到了广泛应用。
基于SLS(Selective laser sintering)选择性激光烧结和基于SLM(Selectivelaser melting)选择性激光熔化原理的3D打印成型技术，打印材料种类多，特别是可以打印无支撑金属零件，在工业、科研领域的应用越来越广。
然而，在开展3D打印培训、教学、科普展示时，由于基于SLA/SLM原理的3D打印机结构复杂、体积大，工艺成本和机器成本高，激光能量高有一定危险性等因素，阻碍了该原理的3D打印机技术的推广。为了更好地进行基于SLS/SLM原理的3D打印技术演示和教学，需要有一种能全面展示3D打印原理的机器设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构较为简单，制作成本低选择性激光烧结3D打印演示机，降低3d打印演示教学的门槛。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种选择性激光烧结3D打印演示机，包括壳体(7)、激光控制系统(1)、显示屏(2)、成形室(3)、保护气体瓶(6)和材料回收室(8)；
所述激光控制系统(1)、显示屏(2)、成形室(3)、保护气体瓶(6)和材料回收室(8)均安装在所述壳体(7)上；
所述激光控制系统(1)安装在所述壳体(7)的上部，用于产生激光，并控制激光的去反射、扩束、偏转和聚焦；
所述显示屏(2)安装在所述壳体(7)上，且与所述激光控制系统(1)连接，用于显示控制打印的参数；
所述成形室(3)安装在所述壳体(7)的中部，位于所述激光控制系统(1)的下方，用于激光烧结形成三维的待打印零件；
所述保护气体瓶(6)安装壳体(7)侧壁上，且内部通过管道与成形室(3)连通，用于为成形室(3)内冲入保护性气体；
所述材料回收室(8)安装在所述壳体(7)的下部，且位于所述成形室(3)的下方，用于回收成形室(3)内的余料。
进一步的，所述壳体的(7)前后两侧均设有门式结构，所述门式结构包括铰接在壳体上的翻板门(71)、碰珠(711)和门吸(712)，所述翻板门铰接在壳体上，另一端设有碰珠(711)，与碰珠相对应的壳体(7)上设有门吸(712)。
进一步的，所述激光控制系统包括激光器安装座(11)、激光器(12)、光束隔离器(13)、扩束镜(14)、振镜组件(15)、激光器安装板(16)和F-θ镜(17)；
所述激光器(12)固接在激光器安装座(11)上，所述光束隔离器(13)、扩束镜(14)和振镜组件(15)三者通过螺纹连接在一起，所述激光器安装座(11)、振镜组件(15)和F-θ镜(17)安装于激光器安装板(16)上，所述激光器安装板(16)连接在所述壳体(7)的内部中部；
所述振镜组件(15)主要包括X轴步进电机(1501)、振镜座(1502)、X轴限位传感器(1503)、X轴振镜(1504)、Y轴振镜(1505)、Y轴限位传感器(1506)、Y轴步进电机(1507)，所述X轴步进电机(1501)和Y轴步进电机(1507)分别与X轴振镜(1504)和Y轴振镜(1505)连接，所述X轴限位传感器(1503)和Y轴限位传感器(1506)固定于振镜座(1502)内壁上。
进一步的，所述成形室包括前挡板(31)、后挡板(32)、铺粉辊组件(33)、粉料缸(34)、成形缸(35)和中间隔板(36)，所述粉料缸(34)和成形缸(35)并排设置，底部固定在壳体(7)内侧的底板上，所述中间隔板(36)包括两块，前后对称设置，中间隔板(36)的内侧设置连接在粉料缸(34)和成形缸(35)的中部，外侧与壳体(7)固定，所述前挡板(31)和后挡板(32)分别设置连接在粉料缸(34)和成形缸(35)的前后两侧，所述铺粉辊组件(33)固定在前挡板(31)和后挡板(32)上；
所述铺粉辊组件(33)主要包括刮板压板(3301)、刮板(3302)、箱式滑块(3303)、轴座(3304)、第一步进电机(3511)、限位传感器(3306)、联轴器(3307)、螺母座(3308)、丝杠(3309)、第一光轴(3310)；所述第一光轴(3310)两端通过螺栓紧固于轴座(3304)上，所述箱式滑块(3303)安装在第一光轴(3310)上，用于第一光轴(3310)的导向；所述刮板压板(3301)、刮板(3302)、箱式滑块(3303)通过螺栓紧固成一体；所述第一步进电机(3511)和丝杠(3309)通过联轴器(3307)连接，所述丝杠(3309)上装有螺母座(3308)，螺母座(3308)与箱式滑块(3303)通过螺栓紧固成一体；所述限位传感器(3306)固定于后挡板(32)上，第一步进电机(3511)驱动、丝杠(3309)传动和第一光轴(3310)导向实现了刮板(3302)稳定的往复运动。
进一步的，所述粉料缸(34)包括成型腔(3501)、缸活塞板(3502)、轴座(3503)、丝杠(3504)、一对第二光轴(3505)、丝杠螺母(3506)、光轴轴承(3507)、联轴器(3508)、安装板(3509)、缸壁板(3510)、第二步进电机(3511)、限位传感器(3512)，所述成型腔(3501)由缸壁板(3510)、前挡板(31)、后挡板(32)和缸活塞板(3502)围成，所述第二光轴(3505)两端装有轴座(3503)，所述缸活塞板(3502)和安装板(3509)分别与两根第二光轴(3505)两端的轴座3503固定成一体，所述第二光轴(3505)上设有固定于中间隔板(36)上的光轴轴承(3507)起到导向作用，实现缸活塞板(3502)与缸壁板(3510)的相对滑动，所述第二步进电机(3511)与丝杠(3504)通过联轴器(3508)连接并固定在安装板(3509)上，所述丝杠(3504)装有固定于中间隔板(36)上的丝杆螺母(3506)，通过第二步进电机(3511)驱动、丝杠(3504)传动实现缸活塞板(3502)的往复运动；
所述成形缸(35)与粉料缸(34)结构相同，所述成形缸(35)还包括限位传感器(3512)，所述限位传感器(3512)安装在所述缸壁板(3510)上下部。
进一步的，所述材料回收室(8)包括一对储料抽屉(81)，分别位于壳体内部下方左右两侧，位于中间隔板(6)的下方，所述中间隔板(6)上还开有物料收集口(3601)。
进一步的，所述壳体(7)的左右两侧壁上分别设有提手(4)。
进一步的，所述壳体(7)为多块透明亚力克板通过榫接拼接而成并辅以螺纹加固。
进一步的，还包括电机罩(5)，所述电机罩(5)通过螺纹安装在壳体(7)上。
进一步的，所述振镜座(1502)内壁经过镀膜处理。
本发明的优点在于：本发明一种选择性激光烧结3D打印演示机，采用低成本板材拼装结构，功能全，体积小，方便带进教室，完全展示了激光选择性烧结3D打印原理，特别适合演示教学；激光控制系统采用步进电机和限位传感器，代替了伺服电机驱动，简化了系统结构，降低了驱动的复杂程度；采用透明亚克力板作为框架结构，内部传动结构和运行情况一目了然，方便演示和教学；采用小功率的光纤激光器并对振镜座内壁镀膜处理，在保证方便观察的情况下提高了安全性能；采用抽屉形式的粉料收集装置，实现粉料的收集和再利用。
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为本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的激光控制系统结构立体图；
图3是本发明的振镜组件的立体图；
图4是本发明图1中除去激光控制系统和壳体后的立体图；
图5是本发明的铺粉组件立体图；
图6是本发明的粉料缸和成型缸的主视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图1-图6，本发明一种选择性激光烧结3D打印演示机，包括壳体7、激光控制系统1、显示屏2、成形室3、保护气体瓶6和材料回收室8；
所述激光控制系统1、显示屏2、成形室3、保护气体瓶6和材料回收室8均安装在所述壳体7上；
所述激光控制系统1安装在所述壳体7的上部，用于产生激光，并控制激光的去反射、扩束、偏转和聚焦；
所述显示屏2安装在所述壳体7上，且与所述激光控制系统1连接，用于显示控制打印的参数；
所述成形室3安装在所述壳体7的中部，位于所述激光控制系统1的下方，用于激光烧结形成三维的待打印零件；
所述保护气体瓶6安装壳体7侧壁上，且内部通过管道与成形室3连通，用于为成形室3内冲入保护性气体；
所述材料回收室8安装在所述壳体7的下部，且位于所述成形室3的下方，用于回收成形室3内的余料。
进一步的，所述壳体的7前后两侧均设有门式结构，所述门式结构包括铰接在壳体上的翻板门71、碰珠711和门吸712，所述翻板门铰接在壳体上，另一端设有碰珠711，与碰珠相对应的壳体7上设有门吸712。便于翻板门71的打开和关闭。
进一步的，所述激光控制系统包括激光器安装座11、激光器12、光束隔离器13、扩束镜14、振镜组件15、激光器安装板16和F-θ镜17；
所述激光器12通过螺柱固接在激光器安装座11上，所述光束隔离器13、扩束镜14和振镜组件15三者通过螺纹连接在一起，所述激光器安装座11、振镜组件15和F-θ镜17采用螺纹连接方式安装于激光器安装板16上，所述激光器安装板16连接在所述壳体7的内部中部；
所述振镜组件15主要包括X轴步进电机1501、振镜座1502、X轴限位传感器1503、X轴振镜1504、Y轴振镜1505、Y轴限位传感器1506、Y轴步进电机1507，所述X轴步进电机1501和Y轴步进电机1507分别采用键连接的方式与X轴振镜1504和Y轴振镜1505连接，所述X轴限位传感器1503和Y轴限位传感器1506通过螺纹固定于振镜座1502内壁上；
通过驱动步进电机1501带动振镜偏转，实现激光在XOY面上运动，达到对成形缸35内粉料的选择性烧结，利用X轴限位传感器1503和Y轴限位传感器1506实现对激光初始位置确定，采用小功率的光纤激光器并对振镜座内壁镀膜处理，在保证方便观察的情况下提高了安全性能。
进一步的，所述成形室包括前挡板31、后挡板32、铺粉辊组件33、粉料缸34、成形缸35和中间隔板36，所述粉料缸34和成形缸35并排设置，底部通过榫接和螺纹加固的方式固定在壳体7内侧的底板上，所述中间隔板36包括两块，前后对称设置，中间隔板36的内侧设置连接在粉料缸34和成形缸35的中部，外侧与壳体7固定，所述前挡板31和后挡板32分别设置连接在粉料缸34和成形缸35的前后两侧，所述铺粉辊组件33通过螺纹固定在前挡板31和后挡板32上；
所述铺粉辊组件33主要包括刮板压板3301、刮板3302、箱式滑块3303、轴座3304、第一步进电机3511、限位传感器3306、联轴器3307、螺母座3308、丝杠3309、第一光轴3310；所述第一光轴3310两端通过螺栓紧固于轴座3304上，所述箱式滑块3303安装在第一光轴3310上，用于第一光轴3310的导向；所述刮板压板3301、刮板3302、箱式滑块3303通过螺栓紧固成一体；所述第一步进电机3511和丝杠3309通过联轴器3307连接，所述丝杠3309上装有螺母座3308，螺母座3308与箱式滑块3303通过螺栓紧固成一体；所述限位传感器3306固定于后挡板32上，实现了刮板3302初始位置的确定，第一步进电机3511驱动、丝杠3309传动和第一光轴3310导向实现了刮板3302稳定的往复运动。从而完成粉料的均匀铺层。
进一步的，所述粉料缸34包括成型腔3501、缸活塞板3502、轴座3503、丝杠3504、一对第二光轴3505、丝杠螺母3506、光轴轴承3507、联轴器3508、安装板3509、缸壁板3510、第二步进电机3511、限位传感器3512，所述成型腔3501由缸壁板3510、前挡板31、后挡板32和缸活塞板3502围成，所述第二光轴3505两端装有轴座3503并通过螺纹紧固，所述缸活塞板3502和安装板3509分别通过螺栓与两根第二光轴3505两端的轴座3503固定成一体，所述第二光轴3505上设有固定于中间隔板36上的光轴轴承3507起到导向作用，实现缸活塞板3502与缸壁板3510的相对滑动，所述第二步进电机3511与丝杠3504通过联轴器3508连接并固定在安装板3509上，所述丝杠3504装有固定于中间隔板36上的丝杆螺母3506，通过第二步进电机3511驱动、丝杠3504传动实现缸活塞板3502的往复运动；
所述成形缸35与粉料缸34结构相同，所述成形缸35还包括限位传感器3512，所述限位传感器3512安装在所述缸壁板3510上下部。
通过对第二步进电机3511的控制实现激光烧结过后，成形缸35下降一层，粉料缸34上升一层，铺粉辊组件33开始铺粉这一系列动作。
进一步的，所述材料回收室8包括一对储料抽屉81，分别位于壳体内部下方左右两侧，位于中间隔板6的下方，所述中间隔板6上还开有物料收集口3601。铺粉辊组件33通过推拉动作进行铺粉时，超过成形缸35和粉料缸34后的余料会自动落入两侧的储料抽屉81内，对于落入中间隔板36上的少量余料可采用人工的方式通过中间隔板36上开好的物料收集口3601落入储料抽屉81，实现材料粉末的回收和储存。
进一步的，所述壳体7的左右两侧壁上分别设有提手4。
进一步的，所述壳体7为多块透明亚力克板通过榫接拼接而成并辅以螺纹加固。便于观察壳体7内部的成型情况。
进一步的，还包括电机罩5，所述电机罩5通过螺纹安装在壳体7上。将用于防止固体浸入电机壳以及防止人触及电机壳内危险部件。
进一步的，所述振镜座1502内壁经过镀膜处理。实现对滤光，提高安全性能，减少光污染。
本发明的工作过程为，在开始加工之前，先将充有保护气的工作室升温，并保持在粉末的熔点以下，成型时，粉料缸(35)上升，铺粉辊组件(33)移动，先在工作平台上铺一层粉末材料，然后激光束在计算机控制下按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末溶化继而形成一层固体轮廓，第一层烧结完成后，成形缸(35)下降一截面层的高度，在铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，形成三维的原型零件，过程中产生的多余粉料可通过材料回收室(8)回收和储存，完成基于SLS/SLM原理3D打印机演示机的3D打印演示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，包括壳体(7)、激光控制系统(1)、显示屏(2)、成形室(3)、保护气体瓶(6)和材料回收室(8)；
所述激光控制系统(1)、显示屏(2)、成形室(3)、保护气体瓶(6)和材料回收室(8)均安装在所述壳体(7)上；
所述激光控制系统(1)安装在所述壳体(7)的上部，用于产生激光，并控制激光的去反射、扩束、偏转和聚焦；所述激光控制系统包括激光器安装座(11)、激光器(12)、光束隔离器(13)、扩束镜(14)、振镜组件(15)、激光器安装板(16)和F-θ镜(17)；
所述激光器(12)固接在激光器安装座(11)上，所述光束隔离器(13)、扩束镜(14)和振镜组件(15)三者通过螺纹连接在一起，所述激光器安装座(11)、振镜组件(15)和F-θ镜(17)安装于激光器安装板(16)上，所述激光器安装板(16)连接在所述壳体(7)的内部中部；
所述振镜组件(15)主要包括X轴步进电机(1501)、振镜座(1502)、X轴限位传感器(1503)、X轴振镜(1504)、Y轴振镜(1505)、Y轴限位传感器(1506)、Y轴步进电机(1507)，所述X轴步进电机(1501)和Y轴步进电机(1507)分别与X轴振镜(1504)和Y轴振镜(1505)连接，所述X轴限位传感器(1503)和Y轴限位传感器(1506)固定于振镜座(1502)内壁上；
所述显示屏(2)安装在所述壳体(7)上，且与所述激光控制系统(1)连接，用于显示控制打印的参数；
所述成形室(3)安装在所述壳体(7)的中部，位于所述激光控制系统(1)的下方，用于激光烧结形成三维的待打印零件；所述成形室包括前挡板(31)、后挡板(32)、铺粉辊组件(33)、粉料缸(34)、成形缸(35)和中间隔板(36)，所述粉料缸(34)和成形缸(35)并排设置，底部固定在壳体(7)内侧的底板上，所述中间隔板(36)包括两块，前后对称设置，中间隔板(36)的内侧设置连接在粉料缸(34)和成形缸(35)的中部，外侧与壳体(7)固定，所述前挡板(31)和后挡板(32)分别设置连接在粉料缸(34)和成形缸(35)的前后两侧，所述铺粉辊组件(33)固定在前挡板(31)和后挡板(32)上；
所述铺粉辊组件(33)主要包括刮板压板(3301)、刮板(3302)、箱式滑块(3303)、第一轴座(3304)、第一步进电机、第一限位传感器(3306)、第一联轴器(3307)、螺母座(3308)、第一丝杠(3309)、第一光轴(3310)；所述第一光轴(3310)两端通过螺栓紧固于第一轴座(3304)上，所述箱式滑块(3303)安装在第一光轴(3310)上，用于第一光轴(3310)的导向；所述刮板压板(3301)、刮板(3302)、箱式滑块(3303)通过螺栓紧固成一体；所述第一步进电机和第一丝杠(3309)通过第一联轴器(3307)连接，所述第一丝杠(3309)上装有螺母座(3308)，螺母座(3308)与箱式滑块(3303)通过螺栓紧固成一体；所述第一限位传感器(3306)固定于后挡板(32)上，第一步进电机驱动、第一丝杠(3309)传动和第一光轴(3310)导向实现了刮板(3302)稳定的往复运动；
所述保护气体瓶(6)安装壳体(7)侧壁上，且内部通过管道与成形室(3)连通，用于为成形室(3)内冲入保护性气体；
所述材料回收室(8)安装在所述壳体(7)的下部，且位于所述成形室(3)的下方，用于回收成形室(3)内的余料。
2.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述壳体的(7)前后两侧均设有门式结构，所述门式结构包括铰接在壳体上的翻板门(71)、碰珠(711)和门吸(712)，所述翻板门铰接在壳体上，另一端设有碰珠(711)，与碰珠相对应的壳体(7)上设有门吸(712)。
3.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述粉料缸(34)包括成型腔(3501)、缸活塞板(3502)、第二轴座(3503)、第二丝杠(3504)、一对第二光轴(3505)、丝杠螺母(3506)、光轴轴承(3507)、第二联轴器(3508)、安装板(3509)、缸壁板(3510)、第二步进电机(3511)、第二限位传感器(3512)，所述成型腔(3501)由缸壁板(3510)、前挡板(31)、后挡板(32)和缸活塞板(3502)围成，所述第二光轴(3505)两端装有第二轴座(3503)，所述缸活塞板(3502)和安装板(3509)分别与两根第二光轴(3505)两端的第二轴座(3503)固定成一体，所述第二光轴(3505)上设有固定于中间隔板(36)上的光轴轴承(3507)起到导向作用，实现缸活塞板(3502)与缸壁板(3510)的相对滑动，所述第二步进电机(3511)与第二丝杠(3504)通过第二联轴器(3508)连接并固定在安装板(3509)上，所述第二丝杠(3504)装有固定于中间隔板(36)上的丝杠螺母(3506)，通过第二步进电机(3511)驱动第二丝杠(3504)传动实现缸活塞板(3502)的往复运动；
所述成形缸(35)与粉料缸(34)结构相同，所述成形缸(35)还包括第二限位传感器(3512)，所述第二限位传感器(3512)安装在所述缸壁板(3510)上下部。
4.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述材料回收室(8)包括一对储料抽屉(81)，分别位于壳体内部下方左右两侧，位于中间隔板(36)的下方，所述中间隔板(36)上还开有物料收集口(3601)。
5.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述壳体(7)的左右两侧壁上分别设有提手(4)。
6.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述壳体(7)为多块透明亚力克板通过榫接拼接而成并辅以螺纹加固。
7.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，还包括电机罩(5)，所述电机罩(5)通过螺纹安装在壳体(7)上。
8.如权利要求1所述的一种选择性激光烧结3D打印演示机，其特征在于，所述振镜座(1502)内壁经过镀膜处理。
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