CN203305521U

CN203305521U - 3d激光打印机

Info

Publication number: CN203305521U
Application number: CN2013202708260U
Authority: CN
Inventors: 张溪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-05-17

Abstract

本实用新型公开了一种3D激光打印机，包括承载盒，规定承载盒的长度方向为Y轴、宽度方向为X轴、高度方向为Z轴，承载盒内设有Z轴移动机构，该Z轴移动机构上连接有水平的托物板，还包括给料装置、激光发生装置、激光扫描装置。给料装置悬空设置在承载盒上方，包括两个与X轴平行的给料斗，两个给料斗的出料口之间设有与X轴平行的两根压平辊；激光发生装置包括激光发生器；激光扫描装置包括与给料斗连接的平台，平台上沿Y轴从右至左顺序依次设有旋转棱镜、场镜组合和反射镜组，本实用新型通过激光扫描装置采用线扫描，达到边扫描边进行激光烧结的目的，提高打印效率。

Description

3D激光打印机

技术领域

本实用新型涉及3D快速制造技术领域，尤其涉及3D激光打印机。

背景技术

现有的3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而已，具有速度快、价格便宜、简单易用等优点，目前，市面上的3D打印技术通常有立体光固化成型法（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、层实体制造（LOM）。

SLS工艺又称为选择性激光烧结，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R. Dechard于1989年研制成功。SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。

现有3D激光选择性烧结技术使用激光打标机的振镜技术进行平面扫描，打标机因为是对固体物品平面进行激光雕刻，雕刻之前，平面已经存在，所以采用X轴Y轴振镜组合形成激光面扫描可以提高雕刻速度，但对于激光选择性烧结加工，原料为粉状或膏状物质，需要一道刮研或辊轴压平的工艺产生一个打印平面，这就是简称的铺粉过程，现有振镜技术在必须在铺粉结束后才可以在形成的平面上烧结。

上述激光打标机的缺点在于：①需要先完成整个打印平面的铺粉，才进行烧结，所费时间过长；②给料器出口只设有一根压平辊，粉料只可以单方向进行给料铺平，激光对压平面进行选择性烧结，烧结完一层粉料后，给料器需要恢复原位，以便下次单方向铺料和烧结，浪费时间；③激光烧结后的粉料由于液体表面张力的存在会有收缩成球状隆起的现象，影响成品质量；④现有的激光打标机等设备扫描部分采用扫描振镜，体积庞大价格昂贵，且振镜的驱动电机在使用过程中如果没有良好散热会因过热会发生退磁现象，缩短其使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高效的3D激光打印机，保证扫描和烧结同时进行，提高打印效率。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：一种3D激光打印机，包括控制和承载盒，规定承载盒的长度方向为Y轴、宽度方向为X轴、高度方向为Z轴，承载盒上设有控制承载盒沿Y轴移动的第一步进电机，承载盒内设有沿Z轴移动的升降机构，该升降机构由第二步进电机控制，升降机构上端连接有托物板，第一步进电机和第二步进电机与控制器连接，控制器还连接有第三步进电机，该3D激光打印机还包括给料装置、激光发生装置、激光扫描装置：

给料装置悬空设置在承载盒上方，其包括两个与X轴平行的给料斗，两个给料斗的出料口之间设有与X轴平行的两根压平辊；

激光发生装置包括朝向旋转棱镜发出激光的激光发生器13；

激光扫描装置包括与给料斗连接的平台，平台上沿Y轴从右至左顺序依次设有旋转棱镜、场镜组合和反射镜组，所述旋转棱镜由第三步进电机控制，所述场镜组合由若干个F-θ场镜平行排列而成；所述反射镜组从右至左包括凹面反射镜、柱面反射镜和平面反射镜，所述柱面反射镜、凹面反射镜均与平台呈夹角α，柱面反射镜、凹面反射镜的镜面相对且平行；所述平面反射镜与凹面反射镜镜面相对，平面反射镜镜面下方的平台开有供激光通过的通孔，此通孔位于两个压平辊之间；所述平面反射镜的两侧均设有传感器反射镜，传感器反射镜的相对位置设有与控制器连接的激光传感器。

上述技术方案与现有技术的区别在于：①给料斗在两个给料斗的出料口之间设有两个压平辊，给料斗在给料的同时，当承载盒沿Y轴左移或者右移的时，此时邻近此给料斗的压平辊可压平物料层，远离此给料斗的压平辊可对烧结物料层进行冷却，对熔化粉末进行压平，即实现了物料的双向供给铺平，又可防止烧结后出现收缩成球状隆起的现象；②平台与给料斗连接，平台上设有激光通过的通孔，激光从通孔扫描到铺料面上，烧结形成一条物料线，之后托物板沿Y轴移动一条物料线宽度的距离，激光再次对铺料面进行烧结，相比现有3D打印机需要进行完成整面铺料后再进行整面烧结固化，本实用新型铺料和烧结可同时进行，打印效率更高；③旋转棱镜由步进电机驱动单向旋转，无需向振镜一样来回摆动，单向旋转的步进电机只需稳定转动速度，能量用量少，发热少，控制电路简单；④激光传感器可将激光烧结单条物料线的开始时间点和结束时间点反馈到控制器进行处理；⑤凹面反射镜和柱面反射镜相互平行，激光由旋转棱镜射入柱面反射镜，柱面反射镜再将激光按与朝向旋转棱镜的方向折射到凹面反射镜上，通过这样的反向折射可对激光光路进行可折叠，缩短光路长度，同时有利于减少光学镜组的体积。

进一步地，所述F-θ场镜呈扁平条状，即可满足线扫描的需求又缩小了场镜体积。

进一步地，所述所述夹角α的角度范围为0°～90°，柱面反射镜、凹面反射镜与平台的夹角α决定了激光光路的长短，夹角α角度越大光路折叠距离越多。

进一步地，所述激光传感器包括传感器反射镜、与传感器反射镜镜面相对的传感元件，采用传感镜可对激光进行反射和衰减，防止激光直接射入到传感元件导致其损坏。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型3D激光打印机实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型3D激光打印机实施例的激光光路图。

具体实施方式

参见图1和图2，一种3D激光打印机，包括承载盒1和控制器，控制器连接有第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机，规定承载盒1的长度方向为Y轴、宽度方向为X轴、高度方向为Z轴，承载盒1沿Y轴的移动由第一步进电机驱动，承载盒1内设有可上下升降的活塞，活塞由第二步进电机控制，该活塞上端连接有水平的托物板，本实施例还包括给料装置、激光发生装置、激光扫描装置。给料装置悬空设置在承载盒1上方，其包括两个与X轴平行的给料斗2，两个给料斗2的出料口之间设有与X轴平行的两根压平辊3；激光发生装置包括顺次排列的激光发生器13、衰减器和光束整形器，激光发生器13发出激光，经衰减和整形后射向旋转棱镜5。

激光扫描装置包括与给料斗2连接的平台4，平台4上沿Y轴从右至左顺序依次设有旋转棱镜5、场镜组合和反射镜组，旋转棱镜5由第三步进电机驱动。场镜组合由三个较薄的扁平条状的F-θ场镜6平行排列而成；反射镜组从右至左包括凹面反射镜7、柱面反射镜8和平面反射镜9，所述柱面反射镜8、凹面反射镜7均与平台4呈夹角α，夹角α的范围为0°～90°，柱面反射镜8、凹面反射镜7的镜面相对且平行；平面反射镜9与凹面反射镜7镜面相对，平面反射镜9与平台4呈夹角45°,平面反射镜9镜面下方的平台4开有供激光通过的通孔10，此通孔10位于两个压平辊3之间；所述平面反射镜9长度方向的两侧分别固定有第一传感器反射镜11和第二传感器反射镜12，两个传感器反射镜镜面相对的方向上分别固定有第一传感元件和第二传感元件，两个传感元件与控制器连接，根据控制器的内置逻辑程序，第一传感元件传入的信号表示扫描开始，第二传感元件传入的信号表示扫描结束。

3D激光打印机的使用方法，包括以下步骤：

1.生成扫描图：由计算机按层分解3D立体图，形成从下至上一系列序号的平面图，即每层得到一个平面图，存储在计算机内存中。计算机输出端与激光3D打印机的控制器输入端连接，控制器可以对计算机内存的图像进行正向地址顺序读取或者逆向地址顺序读取，从而产生正反两种扫描方式。

2.触发扫描：启动3D打印机，给料斗2对承载盒1内托物板进行给料，第一步进电机带动承载盒1沿Y轴移动一条物料线宽度的距离，此时邻近此工作给料斗2的压平辊3滚动，完成物料的压平。激光发生器13发出激光，经过衰减、整形后射入旋转棱镜5，经柱面反射镜、凹面反射镜7、第一传感器反射镜11后、射入第一传感元件上，控制器接收到第一传感元件的信号后，表示扫描开始。

3.打印开始：控制器将输入的图形信号进行分解成扫描线信号，控制器开始按照读取的图像数据控制激光发生器13发出激光，同时第三步进电机驱动旋转棱镜5单向旋转，激光经衰减、整形后射入旋转棱镜5，激光沿旋转棱镜5——F-θ场镜6——柱面反射镜8——凹面反射镜7——平面反射镜9前进，最终沿平台4通孔10射到物料面上，同时，由于旋转棱镜5不断旋转，激光从通孔10内射出并沿X轴移动扫描，将物料烧结成物料线。当激光继续移动到平面反射镜9一侧的第二传感器反射镜12时，控制器检测到表明这此条物料线的扫描结束的第二传感元件信号后，第一步进电机驱动承载盒1沿Y轴再移动一条物料线宽度的距离，压平辊3滚动铺面，激光再次对铺面物料线进行烧结。依次类推，3D打印机通过线扫描将物料烧结固化，完成单层物料面的打印工作，完成一层面后，第二步进电机控制活塞下移，托物板托起物料烧结面下移一个铺料面厚度的距离，再以相同的方法完成后续物料面的铺料烧结。

4.打印结束：当完成存储图像所有面的烧结后，该3D打印机停止打印。

全文中提到的物料线为激光沿通孔10扫描一次，烧结铺面物料所形成的线状固化物料。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利实用性。

Claims

1.一种3D激光打印机，包括控制和承载盒，规定承载盒的长度方向为Y轴、宽度方向为X轴、高度方向为Z轴，承载盒上设有控制承载盒沿Y轴移动的第一步进电机，承载盒内设有沿Z轴移动的升降机构，该升降机构由第二步进电机控制，升降机构上端连接有托物板，第一步进电机和第二步进电机与控制器连接，控制器还连接有第三步进电机，其特征在于，还包括给料装置、激光发生装置、激光扫描装置：

激光发生装置包括朝向旋转棱镜发出激光的激光发生器（13）；

2.根据权利要求1所述的3D激光打印机，其特征在于：所述F-θ场镜呈扁平条状。

3.根据权利要求1或2所述3D激光打印机，其特征在于：所述夹角α的角度范围为0°～90°。

4.根据权利要求1或2所述的3D激光打印机，其特征在于：所述激光传感器包括传感器反射镜、与传感器反射镜镜面相对的传感元件。