CN108097958A - 一种五轴联动激光3d金属打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种五轴联动激光3D金属打印机，包括底座，底座上装有Y轴滑动导轨、Y轴滚珠丝杠和龙门架，Y轴滑动导轨和Y轴滚珠丝杠上装有工作台，龙门架上装有Z轴滑动导轨、Z轴滚珠丝杠，Z轴滑动导轨和Z轴滚珠丝杠上装有Z轴滑块，Z轴滑块上装有X轴滚珠丝杠、X轴滑动导轨，X轴滚珠丝杠和X轴滑动导轨上装有X轴滑块，X轴滑块通过固定装置装有Z向旋转电机，Z向旋转电机通过连接装置二连接Y向旋转电机，Y向旋转电机通过连接装置一连接激光头。本发明的五轴联动激光3D金属打印机不仅可以实现普通三轴进给打印机的金属零件的快速打印，还可以完成对受损零件的修复。

Description

一种五轴联动激光3D金属打印机
技术领域
本发明涉及3D打印机技术领域，尤其涉及一种五轴联动激光3D金属打印机。
背景技术
目前，很多公司开发的3D打印机多为桌面级别的，并且打印材料多是塑料、尼龙等非金属材料，顾客购买这种昂贵的开源打印机仅仅可以打印一些小型产品，并且打印出的效果也仅仅供观赏，精度不够高。金属3D打印技术是一种全新的制造技术，它是选择性激光烧结(SLS)和激光熔覆技术融合在一起的高新技术，当前大量的研究的结果表明，3D打印技术不仅可以经济快速的打印出金属零件，还可以对破损的金属零件进行修复。
目前主流的3D金属打印机所采用的结构形式是三轴进给系统，该系统虽然能够完成该系统的设计要求，即完成零件的成型工作，但是却忽略了3D金属打印机一个很强大的功能——对金属零件的修复。
发明内容
发明目的：本发明是为了解决上述问题，提供了一种五轴联动激光3D金属打印机，不仅能够完成对金属零件的成型，还可以对受损零件进行修复。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种五轴联动激光3D金属打印机，包括底座，底座上安装有Y轴滑动导轨、Y轴滚珠丝杠、龙门架，Y轴滑动导轨和Y轴滚珠丝杠上安装有工作台，Y轴滚珠丝杠由Y轴驱动电机驱动，Y轴滚珠丝杠带动工作台沿Y轴滑动导轨运动，龙门架上安装有Z轴滑动导轨、Z轴滚珠丝杠，Z轴滑动导轨和Z轴滚珠丝杠上安装有Z轴滑块，Z轴滚珠丝杠由Z轴驱动电机驱动，Z轴滚珠丝杠带动Z轴滑块沿Z轴滑动导轨运动，Z轴滑块上安装有X轴滚珠丝杠、X轴滑动导轨，X轴滚珠丝杠和X轴滑动导轨上安装有X轴滑块，X轴滚珠丝杠由X轴驱动电机驱动，X轴滚珠丝杠带动X轴滑块沿X轴滑动导轨运动，X轴滑块上通过固定装置安装有Z向旋转电机，Z向旋转电机的下端通过连接装置二连接Y向旋转电机，Y向旋转电机通过连接装置一连接激光头。
进一步的，所述Z向旋转电机的上端安装有光纤接口，光纤接口用于连接光纤束，Z向旋转电机中心设有Z向旋转电机中心通孔，Y向旋转电机中心设有Y向旋转电机中心通孔，Z向旋转电机中心通孔和Y向旋转电机中心通孔用于传递激光束，连接装置二设有平面反射镜二，连接装置一设有平面反射镜一，平面反射镜二和平面反射镜一用于反射激光束。
进一步的，所述X轴驱动电机为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动X轴滚珠丝杠进给。
进一步的，所述Z轴驱动电机为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动Z轴滚珠丝杠进给。
进一步的，所述Y轴驱动电机为伺服电机，伺服电机通过减速器驱动Y轴滚珠丝杠进给。
进一步的，所述X轴滑动导轨、Z轴滑动导轨、Y轴滑动导轨均为燕尾导轨。
进一步的，所述Z向旋转电机和Y向旋转电机均为力矩电机。
进一步的，该五轴联动激光3D金属打印机用的送粉器为载气式同轴送粉器，送粉器通过金属软管连接激光头。
进一步的，所述激光头的光束聚焦方式为反射铜镜聚焦。
进一步的，所述激光头喷嘴安装调节转盘，通过调节转盘调节激光头焦距的长短。
有益效果：本发明是在传统的激光3D金属打印机结构基础上，额外在激光头位置增加了两个旋转轴，这就为激光头增加了两个转动自由度，使得激光头更加灵活，该3D金属打印机为五轴联动，其不仅可以实现普通三轴进给打印机的金属零件的快速打印，还可以完成对受损零件的修复。
附图说明
图1是本发明所述一种五轴联动激光3D金属打印机整体结构示意图。
图2是本发明所述一种五轴联动激光3D金属打印机的激光光路示意图。
图中：1、X轴滚珠丝杠；2、X轴滑动导轨；3、X轴滑块；4、Z轴驱动电机；5、龙门架；6、Z轴滑块；7、X轴驱动电机；8、Z轴滑动导轨；9、Z轴滚珠丝杠；10、工作台；11、底座；12、Y轴滑动导轨；13、Y轴滚珠丝杠；14、激光头；15、连接装置一；16、Y向旋转电机；17、连接装置二；18、Z向旋转电机；19、固定装置；20、光纤接口；21、平面反射镜一；22、平面反射镜二；23、Y向旋转电机中心通孔；24、Z向旋转电机中心通孔；25、激光束。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图所示，本发明的一种五轴联动激光3D金属打印机，包括底座11，底座11上安装有Y轴滑动导轨12、Y轴滚珠丝杠13、龙门架5，Y轴滑动导轨12和Y轴滚珠丝杠13上安装有工作台10，Y轴滚珠丝杠13由Y轴驱动电机驱动，Y轴滚珠丝杠13带动工作台10沿Y轴滑动导轨12运动，龙门架5上安装有Z轴滑动导轨8、Z轴滚珠丝杠9，Z轴滑动导轨8和Z轴滚珠丝杠9上安装有Z轴滑块6，Z轴滚珠丝杠9由Z轴驱动电机4驱动，Z轴滚珠丝杠9带动Z轴滑块6沿Z轴滑动导轨8运动，Z轴滑块6上安装有X轴滚珠丝杠1、X轴滑动导轨2，X轴滚珠丝杠1和X轴滑动导轨2上安装有X轴滑块3，X轴滚珠丝杠1由X轴驱动电机7驱动，X轴滚珠丝杠1带动X轴滑块3沿X轴滑动导轨2运动，X轴滑块3上通过固定装置19安装有Z向旋转电机18，Z向旋转电机18的下端通过连接装置17二连接Y向旋转电机16，Y向旋转电机16通过连接装置一15连接激光头14。
如图2所示，所述Z向旋转电机18的上端安装有光纤接口20，光纤接口20用于连接光纤束，Z向旋转电机18中心设有Z向旋转电机中心通孔24，Y向旋转电机16中心设有Y向旋转电机中心通孔23，Z向旋转电机中心通孔24和Y向旋转电机中心通孔23用于传递激光束，连接装置二17设有平面反射镜二22，连接装置一15设有平面反射镜一21，平面反射镜二22和平面反射镜一21用于反射激光束。打印机工作时，激光束25通过光纤束射出后，通过Z向旋转电机中心通孔24后被平面反射镜二22反射，然后通过Y向旋转电机中心通孔23后被平面反射镜一21反射，最后传递至激光头14。
本实施例中，所述X轴驱动电机7为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动X轴滚珠丝杠1旋转。所述Z轴驱动电机4为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动Z轴滚珠丝杠9旋转。所述Y轴驱动电机为伺服电机，伺服电机通过减速器驱动Y轴滚珠丝杠13旋转。所述X轴滑动导轨2、Z轴滑动导轨8、Y轴滑动导轨12均为燕尾导轨。所述Z向旋转电机18和Y向旋转电机16均为力矩电机。
该五轴联动激光3D金属打印机用的送粉器为载气式同轴送粉器，送粉器通过金属软管连接激光头14。因此无论被修复零件哪个角度出现问题时，都可以完成修复。为适应不同的工况的需求，激光头14喷嘴安装调节转盘，通过调节转盘调节激光头14焦距的长短。
使用过程中，由计算机按照所需成形或修复的零件模型规划激光头14的运动路径，各轴配合运动完成五个自由度的运动，从而实现整个零件的成形或修复过程。X轴的运动主要由X轴驱动电机7直接驱动X轴滚珠丝杠1旋转从而带动X轴滑块3沿X轴导轨2水平运动的方式实现。Z轴的运动主要由Z轴驱动电机4直接驱动Z轴滚珠丝杠9旋转从而带动Z轴滑块6沿Z轴导轨8竖直运动的方式实现。Y轴的运动主要由Y轴驱动电机通过减速器驱动Y轴滚珠丝杠13旋转从而带动工作台前后运动的方式实现。安装在X轴滑块3上的激光头14具备两个旋转自由度，Y轴方向上的旋转运动由Y向旋转电机16的旋转实现，Z轴方向上的旋转运动由Z向旋转电机18的旋转实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：包括底座(11)，底座(11)上安装有Y轴滑动导轨(12)、Y轴滚珠丝杠(13)、龙门架(5)，Y轴滑动导轨(12)和Y轴滚珠丝杠(13)上安装有工作台(10)，Y轴滚珠丝杠(13)由Y轴驱动电机驱动，Y轴滚珠丝杠(13)带动工作台(10)沿Y轴滑动导轨(12)运动，龙门架(5)上安装有Z轴滑动导轨(8)、Z轴滚珠丝杠(9)，Z轴滑动导轨(8)和Z轴滚珠丝杠(9)上安装有Z轴滑块(6)，Z轴滚珠丝杠(9)由Z轴驱动电机(4)驱动，Z轴滚珠丝杠(9)带动Z轴滑块(6)沿Z轴滑动导轨(8)运动，Z轴滑块(6)上安装有X轴滚珠丝杠(1)、X轴滑动导轨(2)，X轴滚珠丝杠(1)和X轴滑动导轨(2)上安装有X轴滑块(3)，X轴滚珠丝杠(1)由X轴驱动电机(7)驱动，X轴滚珠丝杠(1)带动X轴滑块(3)沿X轴滑动导轨(2)运动，X轴滑块(3)上通过固定装置(19)安装有Z向旋转电机(18)，Z向旋转电机(18)的下端通过连接装置二(17)连接Y向旋转电机(16)，Y向旋转电机(16)通过连接装置一(15)连接激光头(14)。
2.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述Z向旋转电机(18)的上端安装有光纤接口(20)，光纤接口(20)用于连接光纤束，Z向旋转电机(18)中心设有Z向旋转电机中心通孔(24)，Y向旋转电机(16)中心设有Y向旋转电机中心通孔(23)，Z向旋转电机中心通孔(24)和Y向旋转电机中心通孔(23)用于传递激光束，连接装置二(17)设有平面反射镜二(22)，连接装置一(15)设有平面反射镜一(21)，平面反射镜二(22)和平面反射镜一(21)用于反射激光束。
3.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述X轴驱动电机(7)为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动X轴滚珠丝杠(1)进给。
4.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述Z轴驱动电机(4)为永磁同步齿轮减速电机，直接驱动Z轴滚珠丝杠(9)进给。
5.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述Y轴驱动电机为伺服电机，伺服电机通过减速器驱动Y轴滚珠丝杠(13)进给。
6.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述X轴滑动导轨(2)、Z轴滑动导轨(8)、Y轴滑动导轨(12)均为燕尾导轨。
7.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述Z向旋转电机(18)和Y向旋转电机(16)均为力矩电机。
8.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：该五轴联动激光3D金属打印机用的送粉器为载气式同轴送粉器，送粉器通过金属软管连接激光头(14)。
9.根据权利要求1所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述激光头(14)的光束聚焦方式为反射铜镜聚焦。
10.根据权利要求8所述的一种五轴联动激光3D金属打印机，其特征在于：所述激光头(14)喷嘴安装调节转盘，通过调节转盘调节激光头(14)焦距的长短。
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