CN113523306A - 一种激光选区熔化快速成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光选区熔化快速成型设备，包括数控系统和激光器，所述数控系统的外部电性连接有激光器，所述数控系统的外壁电性连接有除尘装置、粉料缸、成型缸和保护气缸，所述成型室的上端从左至右依次安装有振镜、光束扩展器和光束分离器，所述成型室的内壁下方右侧活动相连有刮板，所述除尘装置的内壁上方中心安装有动力组件。该激光选区熔化快速成型设备，通过成型缸、升降台、成型件、激光器、光束分离器、光束扩展器、振镜和f‑θ镜之间的配合，成型缸内部的升降台可将成型件向上输送至特定高度，融化过程中保护气缸可释放保护气体，避免了现有技术无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题。

Description

一种激光选区熔化快速成型设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种激光选区熔化快速成型设备。

背景技术

3D打印技术从诞生至今30余年，目前处于多技术路线共存的状态，根据国际标准化组织ISO/TC261增材制造技术委员会2015年新发布的国际标准ISO/ASTM52900：2015，将增材制造工艺原理分为粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床选区熔化、薄材叠层、立体光固化七类，虽然现有技术能够通过3D打印实现选区熔化快速成型，但是现有技术存在无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题，不便于在不影响使用的情况下对堵塞的布袋进行更换无法满足使用的问题，在进行布袋更换时产生的粉尘容易通过内撑支架的末端开口进入排气处导致容易影响下次使用以及布袋堵塞时无法通过自动触发进行必要操作的问题。

而金属激光选区熔化快速成型是利用高能量激光束将金属粉末逐层选择熔化并成型为金属零件的一种技术，具有制作形状复杂、相对密度高、节省材料等优点，在缩短新产品研发周期、实现可高效成型更为复杂的结构、实现一体化和轻量化设计、实现优良的力学性能等方面具有传统精密加工所无法比拟的巨大优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光选区熔化快速成型设备，以解决上述背景技术中提出的无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光选区熔化快速成型设备，包括数控系统和激光器，所述数控系统的外部电性连接有激光器，所述数控系统的外壁电性连接有除尘装置、粉料缸、成型缸和保护气缸，所述除尘装置的外壁通过排气管和进气管连接固定有成型室，所述成型室的左端与保护气缸相连通，所述成型室的左侧上方安装有f-θ镜，所述成型室的上端从左至右依次安装有振镜、光束扩展器和光束分离器，所述成型室的内壁下方右侧活动相连有刮板，所述除尘装置的内壁上方外侧安装有卡位组件，所述除尘装置的内壁上方中心安装有动力组件，所述激光器的末端射有激光束。

优选的，所述除尘装置包括排气口、布袋、内撑支架、外壳、进气口、底板、挡板、料斗、垫板和顶板；

所述外壳的下端固定安装有料斗，所述外壳的外壁左部两侧分别安装有排气口和进气口，所述排气口的末端通过法兰与排气管相连通，所述进气口的末端通过法兰与进气管相连通，所述外壳的内壁两侧分别设置有顶板和底板，所述顶板的上端固接有多个垫板，所述垫板的下端中心均固接有内撑支架，且内撑支架均贯穿顶板的内壁，所述内撑支架的外壁安装有布袋，所述底板的上端左右两侧内壁均放置有挡板。

优选的，所述外壳的外壁右侧内部安装有除尘箱盖，所述除尘箱盖的外壁四角内部均设置有螺栓，多个所述螺栓与除尘箱盖和外壳均螺纹相连，所述料斗的外壁下部一侧焊接固定有支架。

优选的，所述卡位组件包括传感器、连杆、滑块、竖杆、盖板、活塞、卡块、滑杆、第一弹簧和第二弹簧；

多个所述活塞分别位于顶板的左右两端中心内壁，所述活塞的外壁与顶板相贴合，所述活塞的上端固接有竖杆，所述竖杆的外壁设置有第二弹簧，所述第二弹簧的两侧分别与活塞和顶板固定相连，所述竖杆的上端通过多个连杆与滑块活动相连，多个所述滑块均滑动相连在外壳的上端内部，所述滑块的内部均卡接有卡块，所述卡块的末端均固接有盖板，所述盖板的内壁两侧均间隙配合有滑杆，所述滑杆的上下两侧分别与外壳和垫板固定相连，所述卡块的外壁设置有第一弹簧，所述第一弹簧的两侧分别与外壳和横板固定相连。

优选的，左右两侧所述滑块、卡块和竖杆三者之间的结构形状完全一致，同侧多个所述滑块和卡块均镜像分布在竖杆的轴线两侧。

优选的，所述动力组件包括伺服电机、转轴、轴承和隔板；

所述伺服电机固接在外壳的上端中心，所述伺服电机的输出轴固接有转轴，所述转轴的外壁上下两侧均通过轴承与外壳转动相连，所述转轴的外壁前后两侧均固接有隔板，所述隔板的外壁均与外壳的内壁相贴合，多个所述轴承位于顶板和底板的外壁内部，所述轴承的内侧分别与顶板和底板固定相连，所述轴承的外壁与外壳的内壁固定相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该激光选区熔化快速成型设备：

通过成型缸、升降台、成型件、激光器、光束分离器、光束扩展器、振镜和f-θ镜之间的配合，成型缸内部的升降台可将成型件向上输送至特定高度，随后启动激光器，激光器发射的激光束可经过光束分离器、光束扩展器、振镜和f-θ镜的分离、放大、反射和折射等调整后照射在成型件的表面进行选区熔化，融化过程中保护气缸可释放保护气体，避免了现有技术无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题。

通过活塞、竖杆、滑块、卡块、传感器、布袋和伺服电机之间的配合，随着不断使用除尘装置的内部左侧气压会不断升高，此时气体压力会不断推动活塞和竖杆向上移动，而竖杆可通过连杆带动滑块向外移动，解除滑块与卡块之间的卡接，同时滑块会触发传感器，使伺服电机转动，驱使顶板和底板进行180°转动，即将左右两侧布袋的位置调换，此时原本右侧未堵塞的布袋进行除尘工作，而使用者则可在不停机工作的情况下，卸下除尘箱盖将堵塞的布袋进行更换，避免了现有技术不便于在不影响使用的情况下对堵塞的布袋进行更换无法满足使用的问题；

同时在卸下布袋的过程中，可打开挡板使粉尘通过料斗排出，且由于在此过程中，盖板会受第二弹簧的弹力紧紧压在垫板上，因此，更换布袋过程中的粉尘不会从垫板的内孔跑到顶板之上，避免了在进行布袋更换时产生的粉尘容易通过内撑支架的末端开口进入排气处导致容易影响下次使用；

完成布袋最后更换前，使用者只需手动将盖板向上推动复位，使盖板向上移动，卡块与滑块再次形成卡接，同时活塞由于气压平衡也会自动复位，整体触发过程无法操作者做过多操作，避免了布袋堵塞时无法通过自动触发进行必要操作的问题。

附图说明

图1为本发明的原理结构示意图；

图2为图1中A处的结构放大示意图；

图3为图1中除尘装置的结构示意图；

图4为图3中B处的结构放大示意图；

图5为图3中C处的结构放大示意图；

图6为图3中I处的结构放大示意图。

图中：1、数控系统，2、除尘装置，201、排气口，202、布袋，203、内撑支架，204、外壳，205、进气口，206、底板，207、挡板，208、料斗，209、垫板，210、顶板，3、卡位组件，301、传感器，302、连杆，303、滑块，304、竖杆，305、盖板，306、活塞，307、卡块，308、滑杆，309、第一弹簧，310、第二弹簧，4、动力组件，401、伺服电机，402、转轴，403、轴承，404、隔板，5、振镜，6、f-θ镜，7、保护气缸，8、激光束，9、成型件，10、成型缸，11、刮板，12、升降台，13、粉料缸，14、排气管，15、进气管，16、成型室，17、激光器，18、光束分离器，19、光束扩展器，20、除尘箱盖，21、螺栓，22、支架。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-6，本发明提供一种方案：一种激光选区熔化快速成型设备，包括数控系统1和激光器17，数控系统1的外部电性连接有激光器17，数控系统1的外壁电性连接有除尘装置2、粉料缸13、成型缸10和保护气缸3，数控系统1可通过数据信号控制激光器1、除尘装置2、粉料缸13、成型缸10和保护气缸7，除尘装置2的外壁通过排气管14和进气管15连接固定有成型室16，成型室16的左端与保护气缸7相连通，保护气缸7用于成型室16的保护气注入，成型室16的左侧上方安装有f-θ镜6，成型室16的上端从左至右依次安装有振镜5、光束扩展器19和光束分离器18，成型室16的内壁下方右侧活动相连有刮板11，刮板11的后端安装有可左右往复移动的动力结构，除尘装置2的内壁上方外侧安装有卡位组件3，除尘装置2的内壁上方中心安装有动力组件4，粉料缸13和成型缸10的内部均安装有升降台12，左侧所述升降台12的上方放置有成型件9，激光器17的末端射有激光束8，激光器17的末端可发射激光束8；

通过成型缸10、升降台12、成型件9、激光器17、光束分离器18、光束扩展器19、振镜5和f-θ镜6之间的配合，成型缸10内部的升降台12可将成型件9向上输送至特定高度，随后启动激光器17，激光器17发射的激光束可经过光束分离器18、光束扩展器19、振镜5和f-θ镜6的分离、放大、反射和折射等调整后照射在成型件9的表面进行选区熔化，融化过程中保护气缸7可释放保护气体，避免了现有技术无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题。

除尘装置2包括排气口201、布袋202、内撑支架203、外壳204、进气口205、底板206、挡板207、料斗208、垫板209和顶板210，外壳204的下端固定安装有料斗208，外壳204的外壁左部两侧分别安装有排气口201和进气口205，排气口201的末端通过法兰与排气管14相连通，进气口205的末端通过法兰与进气管15相连通，外壳204的内壁两侧分别设置有顶板210和底板206，顶板210的上端固接有多个垫板209，顶板210可对垫板209进行支撑，垫板209的下端中心均固接有内撑支架203，内撑支架 203有利于布袋202的展开支撑，二者之间通过粘连方式固定，且内撑支架203均贯穿顶板210的内壁，内撑支架203的外壁安装有布袋202，底板206的上端左右两侧内壁均放置有挡板207，挡板207具有一定重量，且放置在底板206可保持密封，外壳204的外壁右侧内部安装有除尘箱盖20，除尘箱盖20的外壁四角内部均设置有螺栓21，多个螺栓21与除尘箱盖20和外壳204均螺纹相连，料斗208的外壁下部一侧焊接固定有支架22。

卡位组件3包括传感器301、连杆302、滑块303、竖杆304、盖板305、活塞306、卡块307、滑杆308、第一弹簧309和第二弹簧310，多个活塞306分别位于顶板210的左右两端中心内壁，活塞306的外壁与顶板210相贴合，活塞306的上端固接有竖杆304，竖杆304的外壁设置有第二弹簧310，第二弹簧310的两侧分别与活塞306和顶板210固定相连，第二弹簧310的弹性系数K为2000N/m，竖杆304的上端通过多个连杆302与滑块303活动相连，多个滑块303均滑动相连在外壳204的上端内部，滑块303的内部均卡接有卡块307，滑块303可限制卡块307的位置，卡块307的末端均固接有盖板305，盖板305可带动卡块307进行移动，盖板305的内壁两侧均间隙配合有滑杆308，滑杆308的上下两侧分别与外壳204和垫板209固定相连，卡块307的外壁设置有第一弹簧309，第一弹簧309的弹性系数为800N/m，第一弹簧309的两侧分别与外壳204和横板305固定相连，左右两侧滑块303、卡块307和竖杆304三者之间的结构形状完全一致，同侧多个滑块303和卡块307均镜像分布在竖杆304的轴线两侧，外侧滑块303的外端均设置有传感器301，传感器301为压力传感器，滑块303的末端与传感器301贴合时可产生触发信号；

通过活塞306、竖杆304、滑块303、卡块307、传感器301、布袋202和伺服电机401之间的配合，随着不断使用除尘装置2的内部左侧气压会不断升高，此时气体压力会不断推动活塞306和竖杆304向上移动，而竖杆304可通过连杆302带动滑块303向外移动，解除滑块303与卡块307之间的卡接，同时滑块303会触发传感器301，使伺服电机401转动，驱使顶板210和底板206进行180°转动，即将左右两侧布袋202的位置调换，此时原本右侧未堵塞的布袋202进行除尘工作，而使用者则可在不停机工作的情况下，卸下除尘箱盖20将堵塞的布袋202进行更换，避免了现有技术不便于在不影响使用的情况下对堵塞的布袋202进行更换无法满足使用的问题；

同时在卸下布袋202的过程中，可打开挡板207使粉尘通过料斗208排出，且由于在此过程中，盖板305会受第二弹簧309的弹力紧紧压在垫板209上，因此，更换布袋202过程中的粉尘不会从垫板209的内孔跑到顶板210之上，避免了在进行布袋202更换时产生的粉尘容易通过内撑支架203的末端开口进入排气处导致容易影响下次使用；

完成布袋202最后更换前，使用者只需手动将盖板305向上推动复位，使盖板305向上移动，卡块307与滑块303再次形成卡接，同时活塞306由于气压平衡也会自动复位，整体触发过程无法操作者做过多操作，避免了布袋202堵塞时无法通过自动触发进行必要操作的问题。

动力组件4包括伺服电机401、转轴402、轴承403和隔板404，伺服电机401固接在外壳204的上端中心，伺服电机401的型号为MR-J2S-10A，伺服电机401的输出轴固接有转轴402，转轴402的外壁上下两侧均通过轴承403与外壳204转动相连，转轴402的外壁前后两侧均固接有隔板404，隔板404的外壁均与外壳204的内壁相贴合，隔板404可在外壳204的内壁转动并保证两侧的相对密封，多个轴承403位于顶板210和底板206的外壁内部，轴承403的内侧分别与顶板210和底板206固定相连，轴承403的外壁与外壳204的内壁固定相连。

当需要此激光选区熔化快速成型设备使用时，首先使用者先将整体结构设备连接完成，在使用过程中，成型缸10内部的升降台12可将成型件9向上输送至特定高度，随后启动激光器17，激光器17发射的激光束可经过光束分离器18、光束扩展器19、振镜5和f-θ镜6的分离、放大、反射和折射等调整后照射在成型件9的表面进行选区熔化，融化过程中保护气缸7可释放保护气体，除尘装置2可将空气中因熔化产生的粉末进行除尘后将气体排回成型室16的内部，而成型室16的内壁下方粉末由不断左右移动的刮板11刮到粉料缸13的内部备用，避免了现有技术无法实现制作形状复杂、相对密度高、节省材料的工件问题，同时随着除尘装置2的不断使用，其内部左侧的布袋202表面粉尘不断堆积，其透气率大大降低，此时除尘装置2的内部左侧气压会不断升高，此时气体压力会不断推动活塞306和竖杆304向上移动，而竖杆304可通过连杆302带动滑块303向外移动，解除滑块303与卡块307之间的卡接，此时盖板305会受第二弹簧309的弹力紧紧压在垫板209上，同时滑块303会触发传感器301，使伺服电机401转动，驱使顶板210和底板206进行180°转动，即将左右两侧布袋202的位置调换，此时原本右侧未堵塞的布袋202进行除尘工作，而使用者则可在不停机工作的情况下，卸下除尘箱盖20将堵塞的布袋202进行更换，避免了现有技术不便于在不影响使用的情况下对堵塞的布袋202进行更换无法满足使用的问题，同时在卸下布袋202的过程中，可打开挡板207使粉尘通过料斗208排出，且由于在此过程中，盖板305早已被紧紧压在垫板209上，因此，更换布袋202过程中的粉尘不会从垫板209的内孔跑到顶板210之上，避免了在进行布袋202更换时产生的粉尘容易通过内撑支架203的末端开口进入排气处导致容易影响下次使用，而完成布袋202最后更换前，使用者只需手动将盖板305向上推动复位，使盖板305向上移动，卡块307与滑块303再次形成卡接，同时活塞306由于气压平衡也会自动复位，整体触发过程无法操作者做过多操作，避免了布袋202堵塞时无法通过自动触发进行必要操作的问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端” 、 “顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中， 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、 “连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种激光选区熔化快速成型设备，包括数控系统（1）和激光器（17），所述数控系统（1）的外部电性连接有激光器（17），其特征在于：所述数控系统（1）的外壁电性连接有除尘装置（2）、粉料缸（13）、成型缸（10）和保护气缸（7），所述除尘装置（2）的外壁通过排气管（14）和进气管（15）连接固定有成型室（16），所述成型室（16）的左端与保护气缸（7）相连通，所述成型室（16）的左侧上方安装有f-θ镜（6），所述成型室（16）的上端从左至右依次安装有振镜（5）、光束扩展器（19）和光束分离器（18），所述成型室（16）的内壁下方右侧活动相连有刮板（11），所述除尘装置（2）的内壁上方外侧安装有卡位组件（3），所述除尘装置（2）的内壁上方中心安装有动力组件（4），所述粉料缸（13）和成型缸（10）的内部均安装有升降台（12），左侧所述升降台（12）的上方放置有成型件（9），所述激光器（17）的末端射有激光束（8）。

2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化快速成型设备，其特征在于：所述除尘装置（2）包括排气口（201）、布袋（202）、内撑支架（203）、外壳（204）、进气口（205）、底板（206）、挡板（207）、料斗（208）、垫板（209）和顶板（210）；

所述外壳（204）的下端固定安装有料斗（208），所述外壳（204）的外壁左部两侧分别安装有排气口（201）和进气口（205），所述排气口（201）的末端通过法兰与排气管（14）相连通，所述进气口（205）的末端通过法兰与进气管（15）相连通，所述外壳（204）的内壁两侧分别设置有顶板（210）和底板（206），所述顶板（210）的上端固接有多个垫板（209），所述垫板（209）的下端中心均固接有内撑支架（203），且内撑支架（203）均贯穿顶板（210）的内壁，所述内撑支架（203）的外壁安装有布袋（202），所述底板（206）的上端左右两侧内壁均放置有挡板（207）。

3.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化快速成型设备，其特征在于：所述外壳（204）的外壁右侧内部安装有除尘箱盖（20），所述除尘箱盖（20）的外壁四角内部均设置有螺栓（21），多个所述螺栓（21）与除尘箱盖（20）和外壳（204）均螺纹相连，所述料斗（208）的外壁下部一侧焊接固定有支架（22）。

4.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化快速成型设备，其特征在于：所述卡位组件（3）包括传感器（301）、连杆（302）、滑块（303）、竖杆（304）、盖板（305）、活塞（306）、卡块（307）、滑杆（308）、第一弹簧（309）和第二弹簧（310）；

多个所述活塞（306）分别位于顶板（210）的左右两端中心内壁，所述活塞（306）的外壁与顶板（210）相贴合，所述活塞（306）的上端固接有竖杆（304），所述竖杆（304）的外壁设置有第二弹簧（310），所述第二弹簧（310）的两侧分别与活塞（306）和顶板（210）固定相连，所述竖杆（304）的上端通过多个连杆（302）与滑块（303）活动相连，多个所述滑块（303）均滑动相连在外壳（204）的上端内部，所述滑块（303）的内部均卡接有卡块（307），所述卡块（307）的末端均固接有盖板（305），所述盖板（305）的内壁两侧均间隙配合有滑杆（308），所述滑杆（308）的上下两侧分别与外壳（204）和垫板（209）固定相连，所述卡块（307）的外壁设置有第一弹簧（309），所述第一弹簧（309）的两侧分别与外壳（204）和横板（305）固定相连，外侧所述滑块（303）的外端均设置有传感器（301）。

5.根据权利要求4所述的一种激光选区熔化快速成型设备，其特征在于：左右两侧所述滑块（303）、卡块（307）和竖杆（304）三者之间的结构形状完全一致，同侧多个所述滑块（303）和卡块（307）均镜像分布在竖杆（304）的轴线两侧。

6.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化快速成型设备，其特征在于：所述动力组件（4）包括伺服电机（401）、转轴（402）、轴承（403）和隔板（404）；

所述伺服电机（401）固接在外壳（204）的上端中心，所述伺服电机（401）的输出轴固接有转轴（402），所述转轴（402）的外壁上下两侧均通过轴承（403）与外壳（204）转动相连，所述转轴（402）的外壁前后两侧均固接有隔板（404），所述隔板（404）的外壁均与外壳（204）的内壁相贴合，所述转轴（402）的外壁两侧分别与顶板（210）和底板（206）固定相连，多个所述轴承（403）位于顶板（210）和底板（206）的外壁内部，所述轴承（403）的内侧分别与顶板（210）和底板（206）固定相连，所述轴承（403）的外壁与外壳（204）的内壁固定相连。

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