CN204449296U - 一种便携式多功能激光3d打印及修复熔焊装备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，包括设备柜体和多功能打印头，设备柜体上设有电控柜、送粉机构、激光器、水冷机构和送丝机构，电控柜上设有操作显示面板，所述水冷机构、送丝机构、激光器和送粉机构均与电控柜连接并集中控制，所述多功能打印头包括固定一起的打印主体和手柄，所述送丝机构和送粉机构通过相应管路与打印主体连接，激光器和电控柜通过线缆与打印主体及手柄连接；所述设备柜体底部安装有脚轮。本技术方案将加工头、激光器、送料机构、冷却水及保护气集中安装于一体并且做好控制相关逻辑关联保护，只需要使用单一的启停信号控制即可。
Description
技术领域
本实用新型属于3D打印机激光成型及修复装备领域，具体涉及一种3D打印机便携式的激光成型装备及用于现场修复的装备，可应用于激光3D打印所需要的成型部分以及现场激光修复等领域。
背景技术
在激光3D打印技术领域，有一项关键技术是负责产品的成型塑造，通过行走机构将加工头按照生成的程序进行工作，加工头内使用激光将组成产品结构的物料进行熔化并打印出来。激光在不同功率的情况下可以产生熔化所需要的合适温度，物料形式则以粉末和细丝状两种为主。行走机构在运行的过程中，在需要打印的位置对成型相关的设备发送控制信号，比如打开保护气、送料、冷却水以及激光等设备。
在激光修复领域中，设备均为固定摆放式的机器，当有工件损伤需要修复时，必须将其拆卸下来运送至设备现场，并且装夹在相应的夹具上。不同规格尺寸的工件使用通用性能较强的夹具或者定做特制的工装夹具。当遇到尺寸超大的工件时，通常提前预判其尺寸进行非标定制或者重新修改机械结构来适应。当工件在生产中无法拆卸的时候，则只能将修复的机器进行拆解，运送至修复现场，根据现场的工况条件进行重新组装来实现修复工作。同时修复时使用送粉还是送丝也需要配备不同的加工头。
以上两个使用激光熔化物料成型的技术中，不论是送粉还是送丝都需要配备相应的加工头，而且3D打印的装夹型和激光修复的手持型都有不同的设计形式，几种条件之间不考虑通用互换功能，造成设备只能实现单一工艺方式的加工用途，缺乏不同场合工况、不同工件材料及多种工艺要求的多用性。同时由于成型加工的组成设备方面，送粉机构、送丝机构、激光器、保护气阀及冷却水机构等均为独立成套设备，不但需要在使用前期将这些设备进行组装调试，而且要求执行机构配备相应电控功能，包括各个组成设备的开启、参数控制以及之间相应逻辑关系的保护设置，因此也需要对执行机构进行大量的修改或者增配功能模块等工作。
分体式的结构在安装空间上相对占用较大，而且搬运复杂，各个组成设备都要使用不同的环境进行独立的保护。同时由于其控制均需要执行机构统一调用，使得各个部分需要紧密的关联在一起，对执行机构进行捆绑的同时，其使用成本也较大。
实用新型内容
为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，将成型部分所有的相关设备集成于一身，本装备将加工头、激光器、送料机构、冷却水及保护气集中安装于一体并且做好控制相关逻辑关联保护，只需要使用单一的启停信号控制即可。
为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：
一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，包括设备柜体和多功能打印头，设备柜体上设有电控柜、送粉机构、激光器、水冷机构和送丝机构，电控柜上设有操作显示面板，所述水冷机构、送丝机构、激光器和送粉机构均与电控柜连接并集中控制，所述多功能打印头包括固定一起的打印主体和手柄，所述送丝机构和送粉机构通过相应管路与打印主体连接，激光器和电控柜通过线缆与打印主体及手柄连接；所述设备柜体底部安装有脚轮。
作为优选，所述设备柜体上设有送丝及水冷机仓和激光仓，电控柜位于送丝及水冷机仓前侧，激光仓位于送丝及水冷机仓上方，送丝及水冷机仓内安装有水冷机构和送丝机构，激光仓内安装有激光器，送粉机构安装在电控柜上面。
作为优选，所述送粉机构采用变频控制的送粉电机。
作为优选，所述打印主体上设有外部安装孔。
作为优选，所述手柄上设有启动按钮和三位置按钮。
作为优选，所述操作显示面板包括触摸屏。
本实用新型由于采用了以上的技术方案，装备在进行3D打印工作时，可以方便快捷的整体运送至现场，因设备情况使用各自特有的夹具将打印头安装在用于3D打印工作的数控机床、机器人或者特定设备的加工头上。在运行过程中只需要对本装备发送加工信号即可，同时本装备具有便携式及多功能集成的特点，使得3D打印的执行机构除了成型程序动作的执行设备外，将其他所有的加工设备集成于一体，既便于组装运送，也避免了动作执行设备、电控装置、送料装置、激光设备、冷却设备等各个独立、组装繁杂、占地面积较大以及不方便快捷运输的问题。
在进行修复工作时，只需要将单体设备运送至现场，由操作人员手持多功能打印头的手柄，对受损部位进行实时的修覆工作，由于本设备的便携和高集成度，因此对于在受损工件不方便拆卸或者体积过于庞大的情况下可以有效的进行使用。本装备实现了3D打印设备的快捷组装、运输以及使用的功能，同时由于其具备了高集成度和便携式的特点，可以很方便快捷的运送到不同的3D打印动作执行机构旁边，并且安装在其执行机构的加工头上，所有的成型功能控制集成于一身，使得组装时不需要对各个组成部分进行分别装配调试，其便携式的修复功能对于多种场合及情况具有很大优势，如：部分受损的工件不方便或拆卸复杂，或者工件身处于连续运转的系统之中条件不允许停机拆卸，或者受损体积过于庞大、运输成本高、修复场地无法容纳工件，或者固定式的修复设备无法装夹等情况。同时普通修复设备占地空间较大，均为固定式安装在厂房等地方，需要长期固定的占用空间来存放，因此本设备可以弥补以上的问题，在不需要时可以存放于仓库之中，使用时无须将工件拆除，只需要将设备运送至旁边，由操作人员手工操作修复即可，同时由于设备相对小巧的体积，在运输问题上也非常的便捷。本设备可应用于激光立体快速成型、3D打印的成型执行装备；受损工件的现场及时修复等领域。
高集成度和便捷的运送方式，使得本装备可以适应多种不同条件的现场环境，除了手持式的操作按钮外同时也配备了外控接口，直观的人机界面触摸屏上可以设置多种打印时要求的工艺参数，如物料输送量，激光功率模式，保护气控制及安全互锁等功能。在3D打印领域中，会使用到很多种类的运动执行机构，而需要进行打印的时候只需要输出单一信号给本装备即可，将执行机构的电气改造降到最低。在修复领域中，本装备可以人工使用手柄操作打印头进行修复工作，人工观测在合适位置按下启动按钮即可修复。高集成度和便捷的运输方式可以使本装备在不使用时存放到仓库及角落等不占用生产场地的位置，所有加工方面的参数也可以在触摸屏上进行预先设置也省去了执行机构对这方面功能的考虑，同时本机融合了送粉加工和送丝加工两种工艺方式的选择，令装备可适用的加工领域也变得广阔，多功能的打印头除了具备粉和丝两类材质的加工功能以外在机械结构上也拥有固定安装孔和手持式手柄，也增加了本装备的应用领域可便捷性。相对于同类产品，本设备具备了单体设备集成多种模块组合，小尺寸的空间占用，多种材料和方式的选择，不同实用方法的兼顾都使得本装备在成本上降低了很多。节约了生产制造及客户使用的场地占用成本，扩大了应用领域及工艺要求的应用范围，增加了多种环境和要求的适用性，将提高了很大的市场竞争力。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图之一；
图2是本实用新型的结构示意图之二；
图3是打印头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例1：
如图1、图2所示的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，包括设备柜体和多功能打印头5，设备柜体上设有电控柜1、送粉机构4、激光器31、水冷机构21和送丝机构22，电控柜1上设有操作显示面板11，所述水冷机构21、送丝机构22、激光器31和送粉机构4均与电控柜1连接并集中控制，如图3所示，所述多功能打印头5包括固定一起的打印主体51和手柄52，所述送丝机构22和送粉机构4通过相应管路与打印主体51连接，激光器31和电控柜1通过线缆与打印主体51及手柄52连接；所述设备柜体底部安装有脚轮。
本实施例中，所述设备柜体上设有送丝及水冷机仓2和激光仓3，电控柜1位于送丝及水冷机仓2前侧，激光仓3位于送丝及水冷机仓2上方，送丝及水冷机仓2内安装有水冷机构21和送丝机构22，激光仓3内安装有激光器31，送粉机构4安装在电控柜1上面。所述送粉机构4采用变频控制的送粉电机，使用变频技术控制送粉电机，通过PLC可以有效的控制送粉速度，整体装备在拥有触摸屏操作控制的同时也预留外部控制及报警反馈给外部接入使用，形式及数量可以根据需求设定为单一或者多个控制点及不同的通讯方式，数字量、模拟量及总线协议等方式，并设有外部控制模式。所述打印主体51上设有外部安装孔。所述手柄52上设有启动按钮521和三位置使能按钮522，在修复使用人工手动操作时，使用三位置按钮作为使能控制和启动按钮共同控制，三位置按钮只有在中间位置才可以激活手柄操作的功能，实现了人员在遇到紧急状况时松手或者握紧都可以达到紧急停止的目的，配合启动按钮进行两次操作启动保证了使用安全。两种功效的按钮外形和安装方式可以为一体或者分体，圆形或方形，常开或者常闭，各功效可以使用单个按钮或多个按钮共同实现。所述操作显示面板11包括触摸屏。
本便携式设备底部配备了脚轮方便运输，柜体内部将水冷机及送丝机安装在后方底部空间，激光模块安装在后方的上部空间，装备柜体前方安装电控柜，在电控柜上部安装控制面板操作屏等用于所有组成模块的监控，设备最顶端安装送粉机构可以直接将粉末输送出去，所有加工时使用的粉/丝/保护气/激光等均使用输送管路统一连接在多功能打印头上。使用时，将设备整体运送至现场后将多功能打印头安装在预定机构上或者由操作者手持，并接通供电总电源及外部保护气，在控制面板上控制开启激光模块，水冷机，送丝机，送粉机构的供电电源及预运行或需要连续运行部件的手动开启。同时选择工艺要求的材料方式送粉或送丝，并且设置好加工参数如物料输送速度，保护气流速，激光功率等。
在使用3D打印功能时，可以利用安装孔将多功能打印头安装在执行机构上，同时接入控制的使能、启动及报警反馈信号。使用送粉式3D打印功能，在触摸屏上选择送粉模式，开启激光器，水冷等组成部件的供电，然后设置各个参数，如激光功率1000W，送粉速度5.0g/min，粉末密度7.85g/mm3，或直接设置送粉盘转速3.5r/min等，以及最先出保护气、再送粉、最后出光，关闭时先关光、再关粉、最后关气等顺序及延时间隔2.0s或同时启停设置0秒等参数，自动生成送粉速度后可能与实际设想不同，如果不想修改粉末速度参数也可以输入如1.111或0.888形式的比例矫正参数。具体实际参数将根据工艺要求设置。由于3D打印时，粉及光开启时间频率差异较大，也可以选择分别单独控制，由执行机构直接调用。连接并设置好相应参数及控制后，本装备便可以跟随执行机构进行3D打印的加工工作了。
本装备在进行送粉熔覆修复时，可以选择固定安装以及手持两种操作方式，固定安装在特定机构上的方法同上面3D打印功能的使用方式，按如上方法开启并设置送粉相关的各个参数，利用指示红光对准修复点按照修复执行机构的要求发送加工信号，开启本装备进行修复工作。使用手持功能时，可以直接由操作人员直接手持打印头的手柄，出于稳定考虑建议双手扶持。对准修复点，在修复前先按下使能开关在中间位置，后按下启动按钮，使能开关要在启动按钮松开后才可以放开，功能类似于急停功效。在松开和握到最紧时都会失效，保证人员在紧张时松开或握紧都能实现急停效果。本装备的控制也具有手动开启功能，可以根据要求将送粉功能手动开启一直运行，用启动按钮单独控制出光修复加工。
使用送丝功能进行熔覆修复时，同样可以选择固定安装以及手持两种操作方式，固定及手持操作方法与送粉式熔覆方法相同。控制方面，需要在在进行送丝操作前，先在触摸屏上选择送丝加工方式，同时设置送丝模式相关的参数。如送丝速度比例10.0％，激光功率1000W，先出保护气，后出激光，最后出丝，关闭时先停丝后关光，最后关闭保护气及各时间间隔2.0s，另外加工时出光延时可以设置为负数，则变更为先出丝后出激光。同样实际的参数值可以根据工艺要求进行调整及设置为0s实现同时启停。
本装备同样也可以选择无料时的单激光熔焊加工功能，固定安装与操作人员手持的方法与如上送料加工方式相同。只需要在电控的触摸屏上关闭送料的控制(即不启动)，只设置激光功率如1000W。瞄准加工点后，对本装备输入加工启动信号或按下使能及启动按钮开启激光即可。
多输入的控制方式，可通过不同的启动组合来实现不同顺序功能模块的运行调用。如料、气、光等模块的时间间隔启动要求。
本便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，在激光的出光控制上也增设了全新的控制方式，在功率确定如1000W的情况下，可以选择连续出光加工和脉冲出光两种方式，脉冲方式则可以选择激活高速脉冲10KHz频率或PMW脉冲占空比为占4ms空1ms两种脉冲方式。均可以在使用前通过触摸屏预先设置完成即可。
本装备涵盖了送丝和送粉两种的加工功能，可以根据工艺要求再装入其他物料输送方式的机构，各个部件可以安装在便携式壳体内部或者悬挂安装在外部。使用了多功能打印头，可以实现送丝或者送粉等多种方式的激光打印及修复工作，并且预留外部安装孔和手持式手柄，适用于多种要求和条件。使用了PLC及触摸屏等电控系统，可以根据工艺要求预先设置保护气，送粉或丝，出光三者之间的先后及时间间隔，满足多种条件的使用。使用PLC及触摸屏可以设置激光的输出功率如0-1000W，其功率大小和范围可以根据激光器规格和要求进行调整。该系统还具备设置出光方式的能力，如连续出光加工或者脉冲出光加工，脉冲方式则可以选择激活高速脉冲如1～10KHz频率或PMW脉冲占空比为如占4ms空1ms两种脉冲方式。送粉速度的控制上，可以直接设置送粉盘的转速，如转速在0.1～10r/min可调，或者设定所需的送粉量及粉末密度，PLC将自动计算出相应的粉盘转速。同时，该系统也具备标定功能，可以人工测量三组一定时间内的送粉量，对送粉速率进行标定和调整。对应的送丝机构，可在控制面板上设置送丝的速度，送丝进给速度在0.1％～100％之间可调。且送丝的方式可设为连续或频率可调的脉冲送丝。
需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，包括设备柜体和多功能打印头(5)，设备柜体上设有电控柜(1)、送粉机构(4)、激光器(31)、水冷机构(21)和送丝机构(22)，电控柜(1)上设有操作显示面板(11)，所述水冷机构(21)、送丝机构(22)、激光器(31)和送粉机构(4)均与电控柜(1)连接并集中控制，所述多功能打印头(5)包括固定一起的打印主体(51)和手柄(52)，所述送丝机构(22)和送粉机构(4)通过相应管路与打印主体(51)连接，激光器(31)和电控柜(1)通过线缆与打印主体(51)及手柄(52)连接；所述设备柜体底部安装有脚轮。
2.根据权利要求1所述的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，所述设备柜体上设有送丝及水冷机仓(2)和激光仓(3)，电控柜(1)位于送丝及水冷机仓(2)前侧，激光仓(3)位于送丝及水冷机仓(2)上方，送丝及水冷机仓(2)内安装有水冷机构(21)和送丝机构(22)，激光仓(3)内安装有激光器(31)，送粉机构(4)安装在电控柜(1)上面。
3.根据权利要求1所述的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，所述送粉机构(4)采用变频控制的送粉电机。
4.根据权利要求1所述的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，所述打印主体(51)上设有外部安装孔。
5.根据权利要求1所述的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，所述手柄(52)上设有启动按钮(521)和三位置按钮(522)。
6.根据权利要求1所述的一种便携式多功能激光3D打印及修复熔焊装备，其特征在于，所述操作显示面板(11)包括触摸屏。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150708 Termination date: 20171226 |
|
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