CN111151758A - 一种激光环绕跟随3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光环绕跟随3D打印装置，包括控制系统、激光器、喷头和喷头运动执行机构等组成部分，所述喷头运动执行机构包括一主轴，导电浆料喷头安装在所述主轴的底部，其特征在于：所述3D打印装置还设有激光器环绕跟随模块和激光器自动调焦模块。本发明打印装置可确保激光器的光斑始终落在喷头于加工路径中的后方/前方位置，应用在导电线路的打印工艺中，可确保每一位置都实现良好的激光原位固化效果，若应用在FDM增材制造工艺中，可确保FDM工艺加工路径中每一位置都实现良好的层间结合，解决现有增材制造3D打印装置执行非直线运动路径时容易出现的激光照射点偏离路径的问题，提高产品加工质量。

Description

一种激光环绕跟随3D打印装置
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体为一种激光环绕跟随3D打印装置。
背景技术
增材制造技术于20世纪70年代末由美国学者提出，国内学者在上世纪80年代开始相关的研究工作。
采用以纳米银浆料为代表的导电浆料,可以实现高分辨率导电线路的直接成型增材制造，电路的制造过程主要包括打印（挤出、喷射等）成型电路和将成型电路烧结固化的阶段。激光原位固化制造方法以其定位准确度好、加工效率高等优点成为共形导电线路增材制造的关键技术。
目前对于共形电路的制造，通常采用丝杠滑台运动机构来完成工件与喷头之间的相对运动，这种结构形式虽然可以实现空间三维轨迹的运动，但在加工导电线路时只能使基体处于水平位置，那么零件的结构设计和加工效率可能会受此因素影响，使该技术的推广与应用带来局限性，即使采用可倾斜的工作台来规避此缺陷，仍然存在机构庞大复杂、多机构配合造成额外误差等不利影响。并且如图1所示，当喷头的运动轨迹为AB直线段时，激光器的聚焦点落在喷头的正后方，即刚沉积在基体上的浆料上，此时在激光光斑的照射下浆料可以达到良好的原位固化效果。然而由于在当前设备中，激光器发射头与喷头位置都是相对固定的，当喷头的运动轨迹进入BC、CD段时，无论喷头的运动执行端是丝杠滑台机构还是多自由度机器人，激光照射的光斑会在某一时间点或时间段从导电浆料上偏移开的情况，使电路中的若干处浆料没有发生有效的固化成型，而未经激光照射固化的导电浆料形成的导电线路可能会存在力学性能以及导电性能方面的缺陷。
增材制造根据其成型原理及过程可以分为SLM、SLA、FDM等，其中FDM是目前广泛采用的高分子树脂材料增材制造成型技术。但该技术存在成型材料层间结合力较弱的缺陷，该缺陷严重时会导致材料层间发生剥离、破坏，使制备的零件发生失效。激光辅助照射是一种有效的增强FDM制件层间结合力的方式。
当前应用中，用于增强层间结合力的激光器发射头与FDM喷头的位置都是相对固定的。如图5所示，当运动轨迹为AB段时，激光器的聚焦点为当前FDM喷头运动方向的正前端，此时在激光光斑的照射下可以达到良好的层间结合力前处理效果。然而，当运动轨迹为进入BC、CD段时，无论FDM喷头的运动执行端是丝杠滑台机构还是多自由度机器人，由于运动执行端结构的原因激光照射的光斑会出现某一段时间内无法落在FDM喷头运动的正前方，以滑台运动机构为例，运动轨迹由AB段变为BC段时，激光光斑变为了当前运动方向的左侧，此时激光并不能有效地使即将发生层间结合部位的上一层打印的已凝固材料发生有效熔化，无法达到良好的前处理效果，而此处的薄弱结合力可能在零件的使用过程中造成零件的损坏失效。这就限制了FDM技术的进一步广泛应用及推广。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的技术目的在于提供一种激光环绕跟随3D打印装置，确保打印电路的每一位置都实现良好的激光原位固化效果，以及解决现有激光辅助FDM增强层间结合力技术在一些特殊位置无法有效、精确提供激光照射的问题。
为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：
方案一：
一种激光环绕跟随3D打印装置，用于导电线路的打印，包括控制系统、激光器、导电浆料喷头和喷头运动执行机构，所述喷头运动执行机构包括一主轴，导电浆料喷头安装在所述主轴的底部，其特征在于：
所述3D打印装置还设有激光器环绕跟随模块和激光器自动调焦模块；
所述环绕跟随模块包括环绕臂、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂水平设置，安装在主轴上，与主轴相垂直；所述第一驱动设备安装在环绕臂上，通过环绕传动机构控制环绕臂围绕主轴水平转动；
激光器通过所述自动调焦模块与环绕臂连接，所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器相对环绕臂俯仰转动；
所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划激光器的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在导电浆料喷头的运动过程中，使激光束的光斑始终落在导电浆料喷头在加工路径中的后方上游位置，固化已沉积在基体上的导电浆料。
在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：
进一步的，所述环绕传动机构包括固定安装在主轴上的锥面齿圈 ，所述锥面齿圈与主轴同心同轴；所述第一驱动设备采用电机，电机的旋转输出轴与主轴垂直，电机旋转输出轴上安装有与所述锥面齿圈啮合的锥面齿轮，电机输出轴旋转时，驱使锥面齿轮在锥面齿圈的斜面上沿圆周方向滚动，进而带动环绕臂以主轴为中心在水平方向上转动。
进一步的，所述调焦传动机构包括一底座和一激光器安装座，所述底座的内侧一端与环绕臂固定连接，外部设有两个平行的支撑板，一水平设置的转轴设置在两支撑板之间，转轴两端安装在所述两支撑板上；所述第二驱动设备采用电机，电机安装在所述底座上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮，所述传动齿轮亦处于两支撑板之间，位于所述转轴的内侧，电机的旋转输出轴与转轴平行，所述激光器安装座安装在所述转轴上，且背面设有与所述传动齿轮相啮合的齿轮结构，所述齿轮结构的中心落在所述转轴上，则电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装座和激光器以所述转轴为中心俯仰转动。
进一步的，所述激光器安装座的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器安装在所述电动滑台导轨的滑块上，沿导轨做直线运动，设所述导轨的运动方向为X轴，X轴的延伸方向处于竖直面上，其下方向靠近导电浆料喷头的一侧倾斜；所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，控制系统通过对激光器俯仰转动和直线运动的合成，控制激光束光斑精确照射到需要固化的电路位置。
进一步的，所述自动调焦模块与所述环绕跟随模块分别设置在主轴的两侧，以平衡装置配重。
进一步的，所述喷头运动执行机构包括多自由度机械臂，所述主轴通过支架安装在多自由度机械臂的末端。
方案二：
一种激光环绕跟随3D打印装置，用于FDM增材制造，包括控制系统、激光器、FDM喷头与FDM喷头运动执行机构，所述FDM喷头运动执行机构包括喷头主轴，FDM喷头安装在所述喷头主轴的底部，其特征在于，所述装置还设有自动调焦模块与环绕跟随模块；
所述环绕跟随模块包括环绕臂、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂水平设置，安装在喷头主轴上，与喷头主轴相垂直；所述第一驱动设备安装在环绕臂上，通过环绕传动机构控制环绕臂围绕喷头主轴水平转动；
激光器通过所述自动调焦模块与环绕臂连接，所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器相对环绕臂俯仰转动；
所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划激光器的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在FDM喷头的运动过程中，使激光束的光斑始终落在FDM喷头在加工路径中的前方位置，使上一层已经凝固成型的材料表面发生局部融化，辅助材料的层间熔合。
在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：
所述环绕传动机构包括固定安装在喷头主轴上的齿圈，所述齿圈与喷头主轴同心同轴；所述第一驱动设备采用电机，电机的旋转输出轴与喷头主轴相平行，电机旋转输出轴上安装有与所述齿圈相啮合的传动齿轮，则电机输出轴旋转时，可带动环绕臂以喷头主轴为中心在水平方向上转动。
所述调焦传动机构包括一底座和一激光器安装座，所述底座的内侧一端与环绕臂固定连接，外部设有两个平行的支撑板，一水平设置的转轴设置在两支撑板之间，转轴两端安装在所述两支撑板上。所述第二驱动设备采用电机，电机安装在所述底座上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮，所述传动齿轮亦处于两支撑板之间，位于所述转轴的内侧，电机的旋转输出轴与转轴平行，所述激光器安装座安装在所述转轴上，且背面设有与所述传动齿轮相啮合的齿轮结构，所述齿轮结构的中心落在所述转轴上，则电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装座和激光器以所述转轴为中心俯仰转动。
所述激光器安装座的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器安装在所述电动滑台导轨的滑块上，沿导轨做直线运动，设所述导轨的运动方向为X轴，X轴处于竖直面上，其下方向靠近FDM喷头的一侧倾斜；所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，控制系统通过对激光器俯仰转动和直线运动的合成，控制激光束光斑精确照射到即将发生层间熔合的部位。
所述自动调焦模块与环绕跟随模块分别设置在喷头主轴的两侧，以平衡装置配重。
有益效果：
1）本发明用于打印导线线路的激光环绕跟随3D打印装置，通过自动调焦模块与环绕跟随模块，可确保激光器的光斑始终落在导电浆料喷头运动路径的上游，使电路的每一位置都实现良好的激光原位固化效果，避免遗漏，克服了现有技术固化时在转向位置和曲线部位容易出现激光偏离电路的缺陷，保障了产品加工质量。
2）本发明用于FDM增材制造的激光环绕跟随3D打印装置，通过自动调焦模块与环绕跟随模块，可确保激光器的光斑始终落在喷头运动方向的前方路径位置，确保加工路径中每一位置都实现良好的层间结合，解决了现有增材制造3D打印装置执行非直线运动路径时容易出现的激光照射点偏离路径的问题，使加工得到的零部件具有优异的各向同性特点，零部件的力学性能可以得到有效提高，保障加工质量。
3）本发明装置同时具有结构规划合理，易于实现的优点，制造与维护成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为电路打印工艺中复杂加工路径的示意图；
图2为实施例一中激光环绕跟随3D打印装置的结构示意图；
图3为实施例一中环绕跟随模块的内部结构示意图；
图4为实施例二中自动调焦模块的爆炸结构示意图；
图5为FDM增材制造工艺中复杂加工路径的示意图；
图6为实施例三中相邻两道轨迹材料间接触点示意图；
图7为实施例三中激光环绕跟随3D打印装置的结构示意图；
图8为实施例三中环绕跟随模块的内部结构示意图；
图9为实施例四中自动调焦模块的爆炸结构示意图；
图10为实施例四的3D打印装置的整体结构示意图。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做具体的介绍。文中所使用的“水平”“竖直”为装置处于某一状态下的方位描述，本领域人员可知，根据装置整体方位的变化，上述方位描述会产生相应的变化。
实施例一：
如图2至图4所示的一种激光环绕跟随3D打印装置，应用在增材制造的电路打印工艺中，以实现原位固化。
所述激光环绕跟随3D打印装置包括控制系统、激光器1-1、导电浆料喷头1-2、喷头运动执行机构、环绕跟随模块1-3与自动调焦模块等组成部分。
所述喷头运动执行机构、环绕跟随模块1-3、自动调焦模块、激光器1-1和喷头的驱动电路分别与所述控制系统连接，由控制系统根据预设的程序对装置的运行统一调控。
所述喷头运动执行机构包括多自由度机械臂1-4和通过支架安装在其末端的主轴1-7。所述支架与多自由度机械臂1-4之间通过和主轴1-7垂直的转轴铰接，使附着在主轴1-7上的组件在驱动设备的带动下，可相对多自由度机械臂1-4本体转动。导电浆料喷头1-2安装在所述主轴7的底部，所述喷头运动执行机构用于带动导电浆料喷头1-2及其它相关组件在三维空间内运动，机械臂关节的运动可以实现非水平摆放基体材料上的导电线路成型与原位固化过程，通过多自由度机械臂1-4可以实现空间立体电路的成型，成型范围大、加工角度局限小。
所述环绕跟随模块1-3包括环绕臂1-9、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂1-9安装在主轴1-7上，初始状态下主轴1-7竖向设置，环绕臂1-9与主轴1-7相垂直，水平设置。所述第一驱动设备安装在环绕臂1-9上，通过环绕传动机构控制环绕臂1-9围绕主轴1-7水平转动。
本实施例中，所述第一驱动设备采用电机1-5，电机1-5通过连接件固定于环绕臂1-9前端的电机座中，电机1-5水平摆放，其旋转输出轴与主轴7垂直。所述环绕传动机构包括固定安装在主轴1-9上的锥面齿圈1-8（其锥面的水平角为45°），所述锥面齿圈1-8与主轴1-9同心同轴，二者之间不发生位移，电机旋转输出轴上安装有与锥面齿圈适配锥面齿轮1-6。环绕臂1-9的中部设有用于容纳锥面齿圈1-8的安装孔，主轴1-9从安装孔中通过，与安装孔间通过轴承连接，使得二者间可以相对转动。
激光器1-1通过所述自动调焦模块与环绕臂1-9连接，设置在导电浆料喷头1-2的后方。所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器1-1相对环绕臂1-9俯仰转动。
所述调焦传动机构包括一底座1-10和一激光器安装座1-13。所述底座1-10的内侧一端与环绕臂1-9固定连接，外部设有两个平行的支撑板，构成轴座结构。一水平设置的转轴1-12设置在两支撑板之间，转轴1-12两端安装在所述两支撑板上。
所述第二驱动设备也采用电机，其电机安装在所述底座1-10上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮1-11，所述传动齿轮1-11亦处于两支撑板之间，位于所述转轴1-12的内侧。电机的旋转输出轴与转轴1-12平行，所述激光器安装座1-13固定安装在所述转轴1-12上，且背面设有与所述传动齿轮1-11相啮合的扇形齿轮结构，且所述扇形齿轮结构的旋转中心落在所述转轴1-12的中心轴上。则第二驱动设备电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装1-13和激光器1-1以所述转轴1-12为中心俯仰转动。
所述第一驱动设备、第二驱动设备可通过有线或无线传输的方式与所述控制系统进行数据交换，控制系统根据设定好的加工路径，规划环绕跟随动作和自动调焦动作的数据参数，计算出在导电浆料喷头1-2运动方向发生改变时激光器1-1的最优转动方向，并以此为基础控制第一驱动设备、第二驱动设备动作，在导电浆料喷头1-2的运动过程中，使激光束的光斑始终落导电浆料喷头1-2运动轨迹的后方上游位置。
所述自动调焦模块与所述第一驱动设备分别设置在主轴1-7的两侧，以平衡装置配重。
具体工作原理：
当加工路径以及工艺参数被导入控制系统后，控制系统开始对相关参数进行自动处理。控制系统根据工艺参数（导电浆料喷头与基体材料位置参数、激光离焦量等）驱动自动调焦模块动作，使激光光斑可以按照设定的离焦量参数准确的照射到需要进行原位固化的位置。与此同时，控制系统也根据加工路径进行环绕跟随动作的数据处理，并计算出在导电浆料喷头运动方向发生改变时激光器的最优转动方向。
如图1所示，当导电浆料喷头直线轨迹AB移动到轨迹BC和CD时，激光器1-1所发出的加热光斑在激光器自动环绕跟随模块和自动调焦模块的带动下始终保持在导电浆料喷头1-2后方，使得导电浆料液滴从喷头喷出接触基体成形后立即被激光光斑照射固化。
实施例二：
在实施例一的基础上，所述激光器安装座1-13的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器1-1通过夹具1-14可拆卸的安装在电动滑台导轨的滑台上，沿导轨做直线运动。所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，当电动滑台导轨的滑台动作时，激光器1-1即可实现沿图4所示的X轴方向运动。
本实施例中，导电浆料喷头1-2与基体距离发生变化时，控制系统根据工艺参数驱动激光器自动调焦模块动作时，通过合成激光器1-1的俯仰转动和沿X轴的运动，使激光光斑更精确的照射到需要固化的电路位置，本实施例适用的路径类型更广。
实施例三：
如图3至图5所示的一种激光环绕跟随3D打印装置,用于实施FDM增材制造工艺，所述装置包括控制系统、激光器2-1、FDM喷头2-3、FDM喷头运动执行机构、环绕跟随模块2-4与自动调焦模块2-5等组成部分。所述FDM喷头运动执行机构、环绕跟随模块2-4、自动调焦模块2-5、激光器2-1和FDM喷头的驱动电路分别与所述控制系统连接，由控制系统根据预设的程序对装置的运行统一调控。
所述FDM喷头运动执行机构用于带动FDM喷头2-3及其它相关组件在三维空间内运动。所述FDM喷头运动执行机包括一喷头主轴2-9，FDM喷头2-3安装在所述喷头主轴2-9的底部。
所述环绕跟随模块4包括环绕臂2-10、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂2-10安装在喷头主轴2-9上，水平设置，与喷头主轴2-9相垂直。所述第一驱动设备2-6安装在环绕臂2-10上，通过环绕传动机构控制环绕臂2-10围绕喷头主轴2-9水平转动。
本实施例中，所述第一驱动设备采用电机2-6，电机2-6通过连接件固定于环绕臂2-10后端的电机座中，其旋转输出轴与喷头主轴2-9相平行，电机旋转输出轴上安装有与所述齿圈相啮合的传动齿轮2-7。所述环绕传动机构包括固定安装在喷头主轴2-9上的齿圈，所述齿圈与喷头主轴2-9同心同轴，二者之间不发生位移。环绕臂2-10的中部设有用于容纳齿圈的安装孔，喷头主轴2-9从安装孔中通过，与安装孔间通过轴承连接，使得二者间可以相对转动。
激光器2-1通过所述自动调焦模块2-5与环绕臂2-10连接，设置在FDM喷头2-3的前方。所述自动调焦模块2-5包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器2-1相对环绕臂2-10俯仰转动。
所述调焦传动机构包括一底座2-11和一激光器安装座2-14。所述底座2-11的内侧一端与环绕臂2-10固定连接，外部设有两个平行的支撑板，构成轴座结构。一水平设置的转轴2-13设置在两支撑板之间，转轴2-13两端安装在所述两支撑板上。
所述第二驱动设备也采用电机，其电机安装在所述底座2-11上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮2-12，所述传动齿轮2-12亦处于两支撑板之间，位于所述转轴2-13的内侧。电机的旋转输出轴与转轴2-13平行，所述激光器安装座2-14固定安装在所述转轴2-13上，且背面设有与所述传动齿轮2-12相啮合的扇形齿轮结构，且所述扇形齿轮结构的旋转中心落在所述转轴2-13的中心轴上。则第二驱动设备电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装座2-14和激光器2-1以所述转轴2-13为中心俯仰转动。
所述第一驱动设备、第二驱动设备可通过有线或无线传输的方式与所述控制系统进行数据交换，控制系统根据设定好的加工路径，规划环绕跟随动作和自动调焦动作的数据参数，计算出在FDM喷头运动方向发生改变时激光器2-1的最优转动方向，并以此为基础控制第一驱动设备、第二驱动设备动作，在FDM喷头2-3的运动过程中，使激光束的光斑2-2始终落在FDM喷头2-3运动方向在路径中的前方位置，使上一层已经凝固成型的材料表面发生局部融化，辅助材料的层间熔合。
所述自动调焦模块与所述第一驱动设备分别设置在喷头主轴2-9的两侧，以平衡装置配重。
具体工作原理：
当加工路径以及工艺参数被导入控制系统后，控制系统开始对相关参数进行自动处理。控制器根据工艺参数（FDM喷头与基板位置参数、激光离焦量等）驱动自动调焦模块动作，使即将发生层间结合的位置被设定的离焦量激光光斑所照射。另外，也可实现相邻两道轨迹材料间接触点(图2所示E点)的激光照射，并使层间结合力得到有效的提升，该过程亦可通过自动调焦装置实现精确激光对焦。
与此同时，控制系统也根据加工路径进行环绕跟随动作的数据处理，并计算出在FDM喷头3运动方向发生改变时激光器2-1的最优转动方向。
如图1所示，当FDM喷头2-3直线轨迹AB移动到轨迹BC和CD时，激光器2-1所发出的加热光斑2-2在激光器环绕跟随模块2-4与自动调焦模块2-5的带动下，始终保持在FDM喷头2-3运动方向的正前方，使得即将发生层间结合行为处的上一层已凝固成型丝材的表面顶端处发生局部熔化，接下来FDM喷头2-3挤出的半流动状态丝材熔体与顶端呈熔融状态的丝材二者结合并凝固，所形成的层间结合力会优于半流动状态丝材熔体与凝固态丝材结合所形成的层间结合力。
实施例四：
在实施例三的基础上，所述激光器安装座2-14的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器2-1通过夹具2-15可拆卸的安装在电动滑台导轨的滑台上，沿导轨做直线运动。所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，当电动滑台导轨的滑台动作时，激光器2-1即可实现沿图5所示的X轴方向运动。
本实施例中，喷头与基体距离发生变化时，控制系统根据工艺参数驱动激光器自动调焦模块动作时，通过合成激光器2-1的俯仰转动和沿X轴的运动，实现辅助增强层间结合力的激光光斑更精确的照射到即将发生层间熔合的部位，本实施例适用的路径类型更广。
综上所述，采用本发明激光环绕跟随系统辅助增强FDM增材制造层间结合力的装置，可使丝材间的界面粘合行为得到有效提升，尤其增强了FDM喷头转向运动后以及弧线轨迹处丝材间的层间结合力，使加工得到的零部件具有优异的各向同性特点，零部件的力学性能可以得到有效提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种激光环绕跟随3D打印装置，用于导电线路的打印，包括控制系统、激光器(1-1)、导电浆料喷头（1-2）和喷头运动执行机构，所述喷头运动执行机构包括一主轴（1-7），导电浆料喷头（1-2）安装在所述主轴（1-7）的底部，其特征在于：
所述3D打印装置还设有激光器环绕跟随模块（1-3）和激光器自动调焦模块；
所述环绕跟随模块（1-3）包括环绕臂（1-9）、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂（1-9）水平设置，安装在主轴（1-7）上，与主轴（1-7）相垂直；所述第一驱动设备安装在环绕臂（1-9）上，通过环绕传动机构控制环绕臂（1-9）围绕主轴（1-7）水平转动；
激光器（1-1）通过所述自动调焦模块与环绕臂（1-9）连接，所述自动调焦模块包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器（1-1）相对环绕臂（1-9）俯仰转动；
所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划激光器（1-1）的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在导电浆料喷头（1-2）的运动过程中，使激光束的光斑始终落在导电浆料喷头（1-2）在加工路径中的后方上游位置，固化已沉积在基体上的导电浆料。
2.根据权利要求1所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述环绕传动机构包括固定安装在主轴（1-7）上的锥面齿圈（1-8），所述锥面齿圈（1-8）与主轴（1-7）同心同轴；所述第一驱动设备采用电机（1-5），电机（1-5）的旋转输出轴与主轴（1-7）垂直，电机旋转输出轴上安装有与所述锥面齿圈（1-8）啮合的锥面齿轮（1-6），电机输出轴旋转时，驱使锥面齿轮（1-6）在锥面齿圈（1-8）的斜面上沿其圆周方向滚动，进而带动环绕臂（1-9）以主轴（1-7）为中心在水平方向上转动。
3.根据权利要求1所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述调焦传动机构包括一底座（1-10）和一激光器安装座（1-13），所述底座（1-10）的内侧一端与环绕臂（1-9）固定连接，外部设有两个平行的支撑板，一水平设置的转轴（1-12）设置在两支撑板之间，转轴（1-12）两端安装在所述两支撑板上；
所述第二驱动设备采用电机，电机安装在所述底座（1-10）上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮（1-11），所述传动齿轮（1-11）亦处于两支撑板之间，位于所述转轴（1-12）的内侧，电机的旋转输出轴与转轴（1-12）平行，所述激光器安装座（1-13）安装在所述转轴（1-12）上，且背面设有与所述传动齿轮（1-11）相啮合的齿轮结构，所述齿轮结构的中心落在所述转轴（1-12）上，则电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装座（13）和激光器（1-1）以所述转轴（1-12）为中心俯仰转动。
4.根据权利要求3所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述激光器安装座（1-13）的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器（1-1）安装在所述电动滑台导轨的滑块上，沿导轨做直线运动，设所述导轨的运动方向为X轴，X轴的延伸方向处于竖直面上，其下方向靠近导电浆料喷头（1-2）的一侧倾斜；所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，控制系统通过对激光器（1-1）俯仰转动和直线运动的合成，控制激光束光斑精确照射到需要固化的电路位置上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于，所述自动调焦模块与所述环绕跟随模块分别设置在主轴（1-7）的两侧，以平衡装置配重。
6.一种激光环绕跟随3D打印装置，用于FDM增材制造，包括控制系统、激光器(2-1)、FDM喷头（2-3）与FDM喷头运动执行机构，所述FDM喷头运动执行机构包括喷头主轴（2-9），FDM喷头（2-3）安装在所述喷头主轴（2-9）的底部，其特征在于，所述装置还设有激光器环绕跟随模块（2-4）与激光器自动调焦模块（2-5）；
所述环绕跟随模块（2-4）包括环绕臂（2-10）、第一驱动设备和环绕传动机构，所述环绕臂（2-10）水平设置，安装在喷头主轴（2-9）上，与喷头主轴（2-9）相垂直；所述第一驱动设备（2-6）安装在环绕臂（2-10）上，通过环绕传动机构控制环绕臂（2-10）围绕喷头主轴（2-9）水平转动；
激光器（2-1）通过所述自动调焦模块（2-5）与环绕臂（2-10）连接，所述自动调焦模块（2-5）包括第二驱动设备和调焦传动机构，用于控制激光器（2-1）相对环绕臂（2-10）俯仰转动；
所述第一驱动设备和第二驱动设备的控制信号输入端分别与所述控制系统连接，通过控制系统根据设定好的加工路径，规划激光器（2-1）的水平旋转角度和俯仰转动角度，以此控制第一驱动设备和第二驱动设备的动作，在FDM喷头（2-3）的运动过程中，使激光束的光斑始终落在FDM喷头（2-3）在加工路径中的前方位置，使上一层已经凝固成型的材料表面发生局部融化，辅助材料的层间熔合。
7.根据权利要求6所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述环绕传动机构包括固定安装在喷头主轴（2-9）上的齿圈，所述齿圈与喷头主轴（2-9）同心同轴；所述第一驱动设备（2-6）采用电机（2-6），电机（2-6）的旋转输出轴与喷头主轴（2-9）相平行，电机旋转输出轴上安装有与所述齿圈相啮合的传动齿轮（2-7），则电机输出轴旋转时，可带动环绕臂（2-10）以喷头主轴（2-9）为中心在水平方向上转动。
8.根据权利要求6所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述调焦传动机构包括一底座（2-11）和一激光器安装座（2-14），所述底座（2-11）的内侧一端与环绕臂（2-10）固定连接，外部设有两个平行的支撑板，一水平设置的转轴（2-13）设置在两支撑板之间，转轴（2-13）两端安装在所述两支撑板上；
所述第二驱动设备采用电机，电机安装在所述底座上，其旋转输出轴上安装有传动齿轮（2-12），所述传动齿轮（2-12）亦处于两支撑板之间，位于所述转轴（2-13）的内侧，电机的旋转输出轴与转轴（2-13）平行，所述激光器安装座（2-14）安装在所述转轴（2-13）上，且背面设有与所述传动齿轮（2-12）相啮合的齿轮结构，所述齿轮结构的中心落在所述转轴（2-13）上，则电机旋转输出轴转动时，可带动激光器安装座（2-14）和激光器（2-1）以所述转轴（2-13）为中心俯仰转动。
9.根据权利要求8所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于：
所述激光器安装座（2-14）的外侧面设有电动滑台导轨，所述激光器（2-1）安装在所述电动滑台导轨的滑块上，沿导轨做直线运动，设所述导轨的运动方向为X轴，X轴的延伸方向处于竖直面上，其下方向靠近FDM喷头的一侧倾斜；
所述电动滑台导轨滑块的驱动设备与控制系统连接，控制系统通过对激光器（2-1）俯仰转动和直线运动的合成，控制激光束光斑（2-2）精确照射到即将发生层间熔合的部位。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种激光环绕跟随3D打印装置，其特征在于，所述自动调焦模块与所述环绕跟随模块分别设置在喷头主轴（2-9）的两侧，以平衡装置配重。
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