CN206296583U - 一种基于反射镜平移的激光切割与3d打印自由切换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,该装置通过反射镜的推入或者取出,在激光切割和激光3D打印的两种加工方式中自由切换,并且切换系统所需光学元件少,结构简单,操作速度快速,不存在激光损耗的问题,切换过程是通过电控制,只需开关电机,开电就成产生平移的运动,推动反射镜进入传输光路,断电则电机回位,拉动反射镜退出光路,操作简单快捷。同时,该装置采用一个激光器实现两路激光输出,而且各路激光功率可调。解决常用的两个激光器提供光源,这样减少了激光器的数量,降低了设备的成本,同时也减少激光器所需空间,增加设备的紧凑型。

Description

一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置
技术领域
本实用新型涉及激光切割以及3D打印技术领域,具体涉及一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置。
背景技术
零件加工成型的方法,从基本思路来说可以分成两大类,一种就是传统的从整体逐渐去除材料而最终得到成品零件,如传统的车、铣、钻、磨、刨等;另一种就是从离散添加的角度,逐层添加材料来堆积出所需零件,如各种快速成型方法,SLS、LOM、FDM等,人们分别沿两种思路,或将两种思路结合,开发出各种新的机械加工成型设备,比如电火花成型,线切割技术、激光切割、水刀切割技术等。现代以增材制造思想为指导的3D打印技术尤其受到社会各方面的广泛关注,不同国家和地区,分别从不同的角度对其进行研究,开发出了各种各样的3D打印机。而金属3D打印是整个3D打印体系中最前沿也是最具潜力和应用价值的技术,是先进制造技术的重要发展方向。具有快速成型,细化晶粒,组织均匀无缺陷,结构强度高,易加工复杂形状结构件等诸多优异特点。
金属3D打印技术首先是在计算机上建立零件的三维CAD模型,而后利用软件进行分层切片,将零件的三维数据信息离散成一系列的二维轮廓信息,之后再利用3D打印设备通过每一层不同的图形的累积,最后形成一个三维物体。因此,从原理上讲,无论结构多么复杂的零件对于3D打印来说都可以加工,成形的零件几乎不用后续加工,真正实现快速加工金属零件。缩短产品开发至投入市场的时间,使产品开发成本极大地降低,尤其能使产品的制造更快速、柔性、个性化和多样化。在新产品开发和单件小批量生产中具有无可比拟的优势,便于实现网络制造。
金属3D打印产品时需要考虑生成的晶体组织是否良好、整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等问题。所以需要考虑多种制造参数配合,例如激光的功率和能量分布、激光聚焦点的移动速度和路径、加料速度、保护气压、外部温度等等,造成成型速度较慢,效率较低。而传统的减材加工方式采用切除的方法具有效率高,热影响小特点。将减材技术和增材制造思想相结合,开发新型加工成型的方法,不仅有利于提高加工速度和精度,而且容易实现加工过程自动化。
目前减材技术和增材制造相结合的方法主要包括增材技术和传统数控机床相结合,如CN201510796063.7(一种金属零件3D打印数控机床)、CN201510 911945.3(一种金属激光3D处理设备)、CN201510796063.7(一种金属零件3D打印数控机床)、CN201510077392.6(一种新型综合性数控3D打印设备及使用方法)采用传统机床与激光堆砌相结合,但切削加工采用传统接触式加工,加工精度不高;另外一种如201420843821.7(一种激光3D快速成形装置)采用激光切割和激光3D打印相结合的办法,该方法提出激光切割和3D打印相结合,但是缺乏具体方案,仅以激光切割头和热熔打印头表示是通过激光实现上述加工方法,没有具体的激光器和相应的激光光路。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷,提供一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到:
一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,所述自由切换装置包括:
激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、第五反射镜10、第六反射镜17、第七反射镜18、激光切割头12、3D打印头13、3D打印送粉装置以及三维工作台;
所述激光切割头12以及所述3D打印头13安装在所述三维工作台上,并由所述三维工作台控制三维运动;
其中,所述第二反射镜3可平移运动进而选择进入或者退出激光传输光路;
当所述第二反射镜3在电机的推动下进入激光传输光路,由所述激光器1输出的激光经过所述第一反射镜2,垂直于原光路传输,所述第二反射镜3再次改变激光传输方向,使光线再次平行于原光路传输,再依次经过所述第三反射镜4、所述第四反射镜5反射进入与垂直光轴成45度的所述第六反射镜17,激光在所述第六反射镜17发射下形成了光轴垂直工作面的光路,最后在所述激光切割头12的聚焦下,在工件的工作面上形成焦点用于切割加工;
当所述第二反射镜3在电机的推动下退出激光传输光路,由所述激光器1输出的激光经过所述第一反射镜2,垂直于原光路传输,直到经过第五反射镜10反射后,改变方向进入与垂直光轴成45度的第七反射镜18,最后在所述3D打印头13作用下聚焦于工件的工作面上,所述3D打印送粉装置将合金粉末吹入焦点处,熔化的合金粉末在基材表面铺开,形成堆砌加工。
进一步地,所述三维工作台包括由第一纵向导轨6、第二纵向导轨9、横向导轨11构成的二维工作台以及第一上下导轨7、第二上下导轨8,
所述激光切割头12与所述3D打印头13安装在所述横向导轨11上,所述激光切割头12与所述3D打印头13通过所述横向导轨11实现X方向运动,通过所述第一纵向导轨6和所述第二纵向导轨9实现Y方向运动;
所述二维工作台固定在上下结构的所述第一上下导轨7和所述第二上下导轨8,所述激光切割头12与所述3D打印头13通过所述第一上下导轨7和所述第二上下导轨8实现Z方向运动。
进一步地,所述第二反射镜3由电机驱动产生平移运动。
进一步地,所述第六反射镜17安装在所述第一上下导轨7上。
进一步地,所述第七反射镜18安装在所述第二上下导轨8上。
进一步地,所述3D打印送粉装置包括送粉系统15和侧向送粉头14,所述送粉系统15中的合金粉末通过所述侧向送粉头14吹入所述3D打印头13形成的激光焦点处。
进一步地,所述激光器1采用半导体激光器。
进一步地,所述激光器1采用波长1064nm的半导体激光器。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果:
1)本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,采用一种增材和减材相结合的混合加工方式,既可激光切割又能激光3D打印,从而保证加工设备既有激光切割速度快、效率高等特点,又具3D打印的复杂的零件加工能力,以及其柔性、个性化和多样化的特色。有利于提高零件的加工速度和精度,而且容易实现加工过程自动化。
2)本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,可在成本较低的原材料基础上进行粗加工,激光切割去除多余的部分。对零件中精度要求高、结构复杂及特殊要求部分则采用堆叠加工,这将大幅节省贵重的工件材料和降低加工成本,节约材料成本,减少加工的时间,又能保证零件重要部位的质量和精度。有着材料选择范围广、材料价格便宜,成本低,材料利用率高等特点。
3)本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,通过反射镜的推入或者取出,在激光切割和激光3D打印的两种加工方式中自由切换。并且切换系统所需光学元件少,结构简单,操作速度快速,不存在激光损耗的问题。切换过程是通过电控制,只需开关电机,开电就成产生平移的运动,推动反射镜进入传输光路,断电则电机回位,拉动反射镜退出光路,操作简单快捷。具有体积小、结构简单、系统高效、操作简便、切换速度快、制作成本低,不存在激光损耗的特点。
4)本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,采用一个激光器实现两路激光输出,而且各路激光功率可调。解决常用的两个激光器提供光源,这样减少了激光器的数量,降低了设备的成本,同时也减少激光器所需空间,增加设备的紧凑型。
附图说明
图1是本实用新型公开的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置中激光切割时的装置示意图;
图2是本实用新型公开的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置中3D打印时的装置示意图;
图3是本实用新型公开的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置的A-A剖面图;
其中,1---激光器,2---第一反射镜,3---第二反射镜,4---第三反射镜,5---第四反射镜,6---第一纵向导轨,7---第一上下导轨,8---第二上下导轨,9---第二纵向导轨,10---第五反射镜,11---横向导轨,12---激光切割头,13---3D打印头,14---侧向送粉头,15---送粉系统,16---工件,17---第六反射镜,18---第七反射镜。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1至图3所示的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,由激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、第五反射镜10、第六反射镜17、第七反射镜18、激光切割头12、3D打印头13构成激光切割和3D打印自由切换装置的光路;侧向送粉头14、送粉系统15构成3D打印送粉装置,而第一纵向导轨6、第一上下导轨7、第二上下导轨8、第二纵向导轨9、横向导轨11构成装置的三维工作台,用于控制所述激光切割头12或者3D打印头13的三维运动。
激光器1采用半导体激光器,具有重量轻,运转可靠、耗电少、效率高、体积小,便携性好的优点,波长1064nm,用于提供激光切割和3D打印的光源。
由激光器1输出的激光经过第一反射镜2,垂直于原光路传输,这时第二反射镜3在电机的推动下进入激光传输光路,如图1所示,再次改变激光传输方向,使光线再次平行于原光路传输。再依次经过第三反射镜4、第四反射镜5反射进入第一上下导轨7中与垂直光轴成45度的第六反射镜17,如图3所示。激光在该反射镜发射下形成了光轴垂直工作面的光路,最后在激光切割头12的聚焦下,在工件16的工作面上形成焦点用于切割加工。
当从第一反射镜2输出的激光没有经过第二反射镜3反射,即电机没有把第二反射镜3推入光路,如图2所示。激光继续传输直到经过第五反射镜10反射后,改变方向进入第二上下导轨8中与垂直光轴成45度的第七反射镜18,如图3所示,并在3D打印头13作用下聚焦于工件16的工作面上,送粉系统15中侧向送粉头14将合金粉末吹入焦点处,熔化的合金粉末在基材表面铺开,形成堆砌加工。
激光切割和3D打印两种加工,可以通过第二反射镜3的推入或者取出自由的切换,并且切换系统所需光学元件少,结构简单,操作速度快速,不存在激光损耗的问题。切换过程是通过电控制,只需开关电机,开电就成产生平移的运动,推动反射镜进入传输光路,断电则电机回位,拉动反射镜退出光路,操作简单快捷。
第一纵向导轨6、第二纵向导轨9、横向导轨11一起构成一个二维工作台,激光切割头12与3D打印头13安装在横向导轨11上,随着工作台做X方向和Y方向运动。第一上下导轨7、第二上下导轨8是上下结构的导轨,用于保证激光切割头12与3D打印头13在Z方向的运动。这样第一纵向导轨6、第一上下导轨7、第二上下导轨8、第二纵向导轨9、横向导轨11一起构成一个三维工作平台,用于激光加工运动。
综上所述,本实用新型公开了一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,采用在激光器发出的激光中插入或者取出反射镜的工作方式,在激光加工与3D打印两种加工方式之间自由切换,形成一种增材和减材相结合的混合加工设备,保证加工设备既有激光切割速度快、效率高等特点,又具3D打印的复杂的零件加工能力,以及其柔性、个性化和多样化的特色。该装置采用一个激光器实现两路激光输出,而且各路激光功率可调。解决常用的两个激光器提供光源,这样减少了激光器的数量,降低了设备的成本,同时也减少激光器所需空间,增加设备的紧凑型。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,所述自由切换装置包括:
激光器(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、第五反射镜(10)、第六反射镜(17)、第七反射镜(18)、激光切割头(12)、3D打印头(13)、3D打印送粉装置以及三维工作台;
所述激光切割头(12)以及所述3D打印头(13)安装在所述三维工作台上,并由所述三维工作台控制三维运动;
其中,所述第二反射镜(3)可平移运动进而选择进入或者退出激光传输光路;
当所述第二反射镜(3)平移运动进入激光传输光路,由所述激光器(1)输出的激光经过所述第一反射镜(2),垂直于原光路传输,所述第二反射镜(3)再次改变激光传输方向,使光线再次平行于原光路传输,再依次经过所述第三反射镜(4)、所述第四反射镜(5)反射进入与垂直光轴成45度的所述第六反射镜(17),激光在所述第六反射镜(17)发射下形成了光轴垂直工作面的光路,最后在所述激光切割头(12)的聚焦下,在工件的工作面上形成焦点用于切割加工;
当所述第二反射镜(3)在电机的推动下退出激光传输光路,由所述激光器(1)输出的激光经过所述第一反射镜(2),垂直于原光路传输,直到经过第五反射镜(10)反射后,改变方向进入与垂直光轴成45度的第七反射镜(18),最后在所述3D打印头(13)作用下聚焦于工件的工作面上,所述3D打印送粉装置将合金粉末吹入焦点处,熔化的合金粉末在基材表面铺开,形成堆砌加工。
2.根据权利要求1所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述三维工作台包括由第一纵向导轨(6)、第二纵向导轨(9)、横向导轨(11)构成的二维工作台以及第一上下导轨(7)、第二上下导轨(8),
所述激光切割头(12)与所述3D打印头(13)安装在所述横向导轨(11)上,所述激光切割头(12)与所述3D打印头(13)通过所述横向导轨(11)实现X方向运动,通过所述第一纵向导轨(6)所述第二纵向导轨(9)实现Y方向运动;
所述二维工作台固定在上下结构的所述第一上下导轨(7)和所述第二上下导轨(8),所述激光切割头(12)与所述3D打印头(13)通过所述第一上下导轨(7)和所述第二上下导轨(8)实现Z方向运动。
3.根据权利要求1所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述第二反射镜(3)由电机驱动产生平移运动。
4.根据权利要求2所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述第六反射镜(17)安装在所述第一上下导轨(7)上。
5.根据权利要求2所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述第七反射镜(18)安装在所述第二上下导轨(8)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述3D打印送粉装置包括送粉系统(15)和侧向送粉头(14),所述送粉系统(15)中的合金粉末通过所述侧向送粉头(14)吹入所述3D打印头(13)形成的激光焦点处。
7.根据权利要求1所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述激光器(1)采用半导体激光器。
8.根据权利要求1所述的一种基于反射镜平移的激光切割与3D打印自由切换装置,其特征在于,
所述激光器(1)采用波长1064nm的半导体激光器。
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