CN114406289A - 一种送粉式激光3d打印头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种送粉式激光3D打印头，涉及激光打印头领域。所述送粉式激光3D打印头包括熔覆头和送粉头，熔覆头的输入端连接有激光光纤；所述熔覆头内沿激光方向依次设有准直镜和聚焦镜；所述送粉头上设有激光出口和粉料出口；所述熔覆头的输出端与所述送粉头之间通过轴向间距微调结构连接。所述送粉式激光3D打印头可快速完成送粉式激光3D打印所需加工激光光斑直径大小的调整。

Description

一种送粉式激光3D打印头

技术领域

本申请涉及激光打印头领域，尤其涉及一种送粉式激光3D打印头。

背景技术

增材制造（又称3D打印）作为21世纪最具代表性的新兴技术，是推动制造业新一轮生产方式变革的重要技术之一，已经引起全世界的广泛关注。与传统“减材”制造过程截然相反，增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造，逐层叠加的方式制造三维实体，是集先进制造、智能制造、绿色制造、新材料、精密控制等技术于一体的新技术。送粉式激光3D打印是增材制造中的一个重要分支，是利用高能量密度的激光作为热源，按照预定的加工路径，将同步送进的金属粉末逐层融化堆积，并与基体材料形成冶金结合，并最终形成具有一定几何形状的打印件，从而实现金属零件的直接制造和修复。

送粉式激光3D打印在加工过程中需要根据输出激光功率的大小调节激光工作光斑直径的大小，使其能充分熔融同步送进的金属粉末并逐层堆积。根据送粉式激光3D打印头结构，由于熔覆头的准直镜和聚焦镜位置相对固定，其加工光斑直径大小只能通过调节聚焦镜输出后焦点距离实现离焦光斑直径大小的改变。目前在送粉式3D打印实际使用中，一般均是通过更换聚焦镜与喷嘴之间不同固定长度连接座来实现离焦打印光斑直径大小的改变，操作复杂，从而导致效率低下，影响了生产效率。

发明内容

本申请的目的是提供一种送粉式激光3D打印头，可快速完成送粉式激光3D打印所需加工激光光斑直径大小的调整。

为实现上述目的，本申请提供一种送粉式激光3D打印头，包括熔覆头和送粉头，熔覆头的输入端连接有激光光纤；

所述熔覆头内沿激光方向依次设有准直镜和聚焦镜；

所述送粉头上设有激光出口和粉料出口；

所述熔覆头的输出端与所述送粉头之间通过轴向间距微调结构连接。

作为本申请的一些可选实施方式，所述轴向间距微调结构包括均呈筒状的第一连接座和第二连接座；

所述第一连接座其中一端与所述熔覆头的输出端连接；

所述第二连接座其中一端与所述送粉头连接；

所述第一连接座和所述第二连接座两者的另一端之间轴向移动配合。

作为本申请的一些可选实施方式，所述轴向间距微调结构还包括设置在所述第一连接座内壁的第一内螺纹和设置在所述第二连接座外壁的第一外螺纹；

所述第一连接座和所述第二连接座相套接且两者通过所述第一内螺纹和所述第一外螺纹相配合。

作为本申请的一些可选实施方式，所述轴向间距微调结构还包括套筒结构；

所述套筒结构一端与所述第一连接座一端转动连接；

所述套筒结构另一端内侧设有第二内螺纹；

所述第二连接座外壁设有第二外螺纹；

所述第二连接座的第二外螺纹与所述套筒结构的第二内螺纹相配合。

作为本申请的一些可选实施方式，所述套筒结构外侧连接有拨杆。

作为本申请的一些可选实施方式，所述第一连接座和所述第二连接座之间设有轴向移动导向结构。

作为本申请的一些可选实施方式，所述轴向移动导向结构包括导轨；

所述第一连接座外壁设有第一延伸部；

所述第二连接座外壁设有第二延伸部；

所述导轨一端与所述第二延伸部固定连接，所述第一延伸部与所述导轨滑动配合。

作为本申请的一些可选实施方式，所述套筒结构内侧设有环形限位槽；

所述第一连接座一端外壁设有环形凸起部，所述环形凸起部位于所述环形限位槽内且两者之间设有滚珠。

作为本申请的一些可选实施方式，所述激光出口位于送粉头的一端中部，所述粉料出口绕设在激光出口的外侧。

作为本申请的一些可选实施方式，所述送粉头内设有送粉通道；

所述送粉通道的输入端连接有粉料输送管道，所述粉料输送管道位于所述送粉头外侧；所述送粉通道的输出端与所述粉料出口连通。

本申请所述送粉式激光3D打印头可快速完成送粉式激光3D打印所需加工激光光斑直径大小的调整。通过制造一个可轴向调整长度的连接座，实现对3D打印头离焦打印光斑直径大小的调整，优化了原来需要手动更换不同固定长度连接座实现离焦打印光斑直径大小调整的操作。该装置具有结构简单，操作方便，效率高，劳动强度低等特点。其可以应用于各类送粉式激光3D打印光斑调整中，从而缩短设备停机时间，提升生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为实施例1中的送粉式激光3D打印头剖视图；

图2为实施例2中的送粉式激光3D打印头剖视图；

其中，1为激光光纤，2为熔覆头，3为准直镜，4为聚焦镜，5为第一连接座，51为第一内螺纹，52为环形凸起部，53为第一延伸部，6为第二连接座，61为第一外螺纹，62为第二外螺纹，63为第二延伸部，7为送粉头，71为激光出口，72为粉料出口，73为送粉通道，8为套筒结构，81为环形限位槽，82为滚珠，83为拨杆，84为第二内螺纹，9为导轨，10为粉料输送管道。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

增材制造（又称3D打印）作为21世纪最具代表性的新兴技术，是推动制造业新一轮生产方式变革的重要技术之一，已经引起全世界的广泛关注。与传统“减材”制造过程截然相反，增材制造以三维数字模型为基础，将材料通过分层制造，逐层叠加的方式制造三维实体，是集先进制造、智能制造、绿色制造、新材料、精密控制等技术于一体的新技术。送粉式激光3D打印是增材制造中的一个重要分支，是利用高能量密度的激光作为热源，按照预定的加工路径，将同步送进的金属粉末逐层融化堆积，并与基体材料形成冶金结合，并最终形成具有一定几何形状的打印件，从而实现金属零件的直接制造和修复。

送粉式激光3D打印在加工过程中需要根据输出激光功率的大小调节激光工作光斑直径的大小，使其能充分熔融同步送进的金属粉末并逐层堆积。根据送粉式激光3D打印头结构，由于熔覆头的准直镜和聚焦镜位置相对固定，其加工光斑直径大小只能通过调节聚焦镜输出后焦点距离实现离焦光斑直径大小的改变。目前在送粉式3D打印实际使用中，一般均是通过更换聚焦镜与喷嘴之间不同固定长度连接座来实现离焦打印光斑直径大小的改变。操作复杂，效率低下，导致加工准备时间长，严重影响生产效率。

基于此，本申请提出的实施例方案是：

如图1所示，一种送粉式激光3D打印头，包括熔覆头2和送粉头7，熔覆头2的输入端连接有激光光纤1，熔覆头2内沿激光方向依次设有准直镜3和聚焦镜4。送粉头7上设有激光出口71和粉料出口72。激光出口71贯通送粉头7的中部。熔覆头2输出端与送粉头7之间通过轴向间距微调结构连接。熔覆头2呈直筒状。送粉头7呈锥型。激光出口71和粉料出口72均位于送粉头7上远离熔覆头2的一端。激光光纤1输出端、熔覆头2、准直镜3、聚焦镜4和激光出口71五者均位于同一中心线上。

激光出口71位于送粉头7的一端中部，粉料出口72绕设在激光出口71的外侧。送粉头7内设有送粉通道73，送粉通道73的输入端连接有粉料输送管道10，粉料输送管道10位于送粉头7外侧。送粉通道73的输出端与所述粉料出口72连通。

轴向间距微调结构包括均呈筒状的第一连接座5和第二连接座6。第一连接座5其中一端通过螺栓螺母和法兰结构与位于熔覆头2输出端连接，第二连接座6其中一端也通过螺栓螺母和法兰结构与送粉头7连接。第一连接座5和第二连接座6两者的另一端之间轴向移动配合。

本实施例中，轴向间距微调结构还包括设置在第一连接座5内壁的第一内螺纹51和设置在第二连接座6外壁的第一外螺纹61。第一连接座5和第二连接座6相套接且两者通过第一内螺纹51和第一外螺纹61相配合。

送粉式激光3D打印头在工作时，激光（图中虚线部分）经激光光纤1进入熔覆头2，依次经过准直镜3和聚焦镜4后被聚焦形成加工激光光斑。需要调节离焦打印光斑直径大小时，让第二连接座6与第一连接座5相对旋转，即可调节聚焦镜4与激光出口71的间距，从而实现调节位于激光出口71外的离焦打印光斑直径大小，结构简单且操作方便。

作为本申请的另一种可实施技术方案，如图2所示，所述送粉式激光3D打印头的轴向间距微调结构还包括套筒结构8，套筒结构8一端与第一连接座5一端转动连接。套筒结构8另一端内侧设有第二内螺纹84。第二连接座6外壁设有第二外螺纹62。第二连接座6的第二外螺纹62与套筒结构8的第二内螺纹84相配合。第一连接座5和第二连接座6两者之间通过套筒结构进8行过渡。操作时只需旋转套筒结构8，熔覆头2、送粉头7、第一连接座5和第二连接座6四者均无作旋转运动。调节加工激光光斑直径大小过程中，不会出现激光光纤1或与送粉头7连接的粉料输送管道因旋转而缠绕的问题。

具体的，套筒结构8内侧设有环形限位槽81，第一连接座5一端外壁设有环形凸起部52。环形凸起部52位于环形限位槽81内且两者之间设有滚珠82。设置滚珠82可减少转动阻力，调节加工激光光斑直径大小时更省力。

套筒结构8外侧连接有横向延伸的拨杆83。通过拨杆，可利用杠杆原理更省力地操作套筒进行旋转。

第一连接座5和第二连接座6之间设有轴向移动导向结构。轴向移动导向结构包括导轨9。第一连接座5外壁设有第一延伸部53，第二连接座6外壁设有第二延伸部63。导轨9一端与第二延伸部63固定连接，第一延伸部53与导轨9滑动配合。通过导轨可防止第一连接座和第二连接座之间出现相对旋转。

本实施例中，需要调节送粉式激光3D打印头的加工激光光斑直径大小时，只需旋转套筒8。该过程中，熔覆头2、送粉头7、第一连接座5和第二连接座6四者均无作旋转运动。调节加工激光光斑直径大小过程中，不会出现激光光纤1或与送粉头7连接的粉料输送管道10因旋转而缠绕的问题，避免了激光光纤1或粉料输送管道10被扭断的风险。

本申请所述送粉式激光3D打印头可快速完成送粉式激光3D打印所需加工激光光斑直径大小的调整。通过制造一个可轴向调整长度的连接座，实现对3D打印头离焦打印光斑直径大小的调整，优化了原来需要手动更换不同固定长度连接座实现离焦打印光斑直径大小调整的操作。该装置具有结构简单，操作方便，效率高，劳动强度低等特点。其可以应用于各类送粉式激光3D打印光斑调整中，从而缩短设备停机时间，提升生产效率。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，包括熔覆头（2）和送粉头（7），熔覆头（2）的输入端连接有激光光纤（1）；

所述熔覆头（2）内沿激光方向依次设有准直镜（3）和聚焦镜（4）；

所述送粉头（7）上设有激光出口（71）和粉料出口（72）；

所述熔覆头（2）的输出端与所述送粉头（7）之间通过轴向间距微调结构连接。

2.根据权利要求1所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述轴向间距微调结构包括均呈筒状的第一连接座（5）和第二连接座（6）；

所述第一连接座（5）其中一端与所述熔覆头（2）的输出端连接；

所述第二连接座（6）其中一端与所述送粉头（7）连接；

所述第一连接座（5）和所述第二连接座（6）两者的另一端之间轴向移动配合。

3.根据权利要求2所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述轴向间距微调结构还包括设置在所述第一连接座（5）内壁的第一内螺纹（51）和设置在所述第二连接座（6）外壁的第一外螺纹（61）；

所述第一连接座（5）和所述第二连接座（6）相套接且两者通过所述第一内螺纹（51）和所述第一外螺纹（61）相配合。

4.根据权利要求2所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述轴向间距微调结构还包括套筒结构（8）；

所述套筒结构（8）一端与所述第一连接座（5）一端转动连接；

所述套筒结构（8）另一端内侧设有第二内螺纹（84）；

所述第二连接座（6）外壁设有第二外螺纹（62）；

所述第二连接座（6）的第二外螺纹（62）与所述套筒结构（8）的第二内螺纹（84）相配合。

5.根据权利要求4所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述套筒结构（8）外侧连接有拨杆（83）。

6.根据权利要求4所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述第一连接座（5）和所述第二连接座（6）之间设有轴向移动导向结构。

7.根据权利要求6所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述轴向移动导向结构包括导轨（9）；

所述第一连接座（5）外壁设有第一延伸部（53）；

所述第二连接座（6）外壁设有第二延伸部（63）；

所述导轨（9）一端与所述第二延伸部（63）固定连接，所述第一延伸部（53）与所述导轨（9）滑动配合。

8.根据权利要求4所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述套筒结构（8）内侧设有环形限位槽（81）；

所述第一连接座（5）一端外壁设有环形凸起部（52），所述环形凸起部（52）位于所述环形限位槽（81）内且两者之间设有滚珠（82）。

9.根据权利要求1所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述激光出口（71）位于送粉头（7）的一端中部，所述粉料出口（72）绕设在激光出口（71）的外侧。

10.根据权利要求1所述的一种送粉式激光3D打印头，其特征在于，所述送粉头（7）内设有送粉通道（73）；

所述送粉通道（73）的输入端连接有粉料输送管道（10），所述粉料输送管道（10）位于所述送粉头（7）外侧；所述送粉通道（73）的输出端与所述粉料出口（72）连通。

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