CN207914594U - 一种激光熔丝式金属3d打印装置的送丝喷头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，包括用于将丝材输送至送丝喷头的同轴送丝机构；送丝喷头包括激光槽，该激光槽分为激光入射光路和信号光反馈光路；该激光槽包括三个转折角；在第一和第二转折角处安装有第一硅反射镜，在第二转折角处安装有第二硅反射镜；其中，第三转折角位于送丝喷头的端侧，并在该端侧对称设有第三硅反射镜组；激光由激光入射光路的激光入射端依次经过第一、第二硅反射镜以及第三硅反射镜组的折射，将激光光斑聚焦至送丝喷头出丝口的丝材上。本实用新结构简单，集成光路传输与送丝的一体，效率高、丝材适用性广等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于金属3D打印装置中的部件，尤其涉及一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头。
背景技术
如今普及的金属3D打印技术大概可分为三种，第一种是电子束选区熔化技术(EBSM)，该技术采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成形的部分粘接，层层堆积，直至整个零件全部熔化完成，但其存在的明显缺陷是，具有动能的电子束易将粉末颗粒推开形成溃散现象，且电子束难以像激光束一样聚焦出细微的光斑，因此成型件难以达到较高的尺寸精度。第二种是激光同轴送粉净成型，采用喷头送粉并激光实时熔化凝固方式制造大型复杂结构件，该种方式可以制造航空航天大型关键结构件，但制造精密金属构件存在精度低、设备繁重。第三种是激光选区熔化技术，通过将激光聚焦到30-100微米光斑熔化预置好的金属粉末层，根据单层截面形状选区熔化并快速凝固，层层熔化堆积获得高精度的金属零件。三种金属3D打印技术中，激光选区熔化技术和电子束选区熔化属于金属3D打印的主流，但这两种也存在设备硬件成本高，操作流程复杂和加工工艺过程难以实施监控等缺陷。
开发一种低成本可监控的3D打印技术具有良好的前景，已经有一些研究人员考虑在目前FDM(熔融沉积成型)技术基础上，将ABS、PLA等非金属材料更换成低熔点技术丝，通过有规律送金属丝方式制造金属零件。但如果采用传统的送丝喷头，则最高温度只能承受300度，大大约束了丝材(金属丝材)的种类选择。且目前的FDM技术采用电阻丝加热，效率非常低，喷头挤出的精度也比较差。上述原因导致基于FDM技术制造金属3D打印技术存在材料非常受限、精度低等问题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，本实用新型在具备传统送丝喷头基础上，集成了激光光路及信号光光路于一体。克服了现有喷头因传统加热方式导致的喷头耐温低、效率低、丝材适用性差等缺陷。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，包括用于将丝材9输送至送丝喷头6的同轴送丝机构8；
送丝喷头6包括激光槽，该激光槽分为激光入射光路和信号光反馈光路；
该激光槽包括第一转折角、第二转折角、第三转折角；在第一转折角和第二转折角处安装有第一硅反射镜1，在第二转折角处安装有第二硅反射镜2；其中，第三转折角位于送丝喷头6的端侧，并在该端侧对称设有第三硅反射镜组3；
激光由激光入射光路的激光入射端依次经过第一硅反射镜1、第二硅反射镜2、第三硅反射镜组3的折射，将激光光斑10聚焦至送丝喷头6出丝口的丝材9上。
该信号光反馈光路，用于检测丝材9是否送达至送丝喷头6的出丝口；
在送丝喷头6的出丝口端部两侧的前端，对称设置有第一信号光反射镜4和第二信号光反射镜5；
信号光反馈光路包括信号光发射端和信号光接收端；
信号光由信号光发射端入射，依次经过第一硅反射镜1、第二硅反射镜2、第一信号光反射镜4、第二信号光反射镜5后，再经过第二硅反射镜2和第一硅反射镜1的反射后由信号光接收端接收。
所述信号光发射端通过端口连接设置在送丝喷头6外部的信号光发射器；所述信号光接收端通过端口连接设置在送丝喷头6外部的信号光接收器。
所述激光入射光路的入射端口连接设置在送丝喷头6外部的激光发生器。
所述第一转折角和第二转折角处的硅反射镜安装角为45°；
第三硅反射镜组3反射面法线方向与成型基座7平面法线方向的安装角度为67.5°，使入射的激光束围绕轴心形成一个圆锥角为90°的倒圆锥，使得激光光斑10聚焦在轴心径向投影点，即送丝喷头6端部平面上。
所述同轴送丝机构包括丝速检测机构和速率可变机构。
所述送丝喷头6的喷头本体采用镍基合金制成。
所述成型基座7内部设置有冷却水环形流道。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
在具备传统送丝喷头的送丝功能基础上，增加了激光入射光路和信号光反馈光路；
在激光入射光路中通过多个硅反射镜的反射，将激光引导并聚焦至送丝喷头端部前方(大约0.5-2mm)处的丝材上，对丝材(金属丝)快速熔化并凝固在成型基座上。
信号光反馈光路中将信号光由信号光发射端入射，依次经过第一硅反射镜、第二硅反射镜、第一信号光反射镜、第二信号光反射镜后，再经过第二硅反射镜和第一硅反射镜的反射后由信号光接收端接收。
当丝材由同轴送丝机构输送至送丝喷头端部出口时，丝材将隔断第一信号光反射镜与第二信号光反射镜之间的光信号通路，此时激光发生器开始作业，激光在激光入射光路的引导下，聚焦在露出送丝喷头的丝材上，对其进行熔化。本实用新型在具体应用中，可通过监测激光与丝材作用点处的温度情况，以适配送丝喷头(打印轴)工作速率、送丝速率、激光功率等。
本实用新结构简单，效率高、丝材适用性广等优点。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本实用新型公开了一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，包括用于将丝材9输送至送丝喷头6的同轴送丝机构8；其特征在于：
送丝喷头6包括激光槽，该激光槽分为激光入射光路和信号光反馈光路；
该激光槽包括第一转折角、第二转折角、第三转折角；在第一转折角和第二转折角处安装有第一硅反射镜1，在第二转折角处安装有第二硅反射镜2；其中，第三转折角位于送丝喷头6的端侧，并在该端侧对称设有第三硅反射镜组3；
激光由激光入射光路的激光入射端依次经过第一硅反射镜1、第二硅反射镜2、第三硅反射镜组3的折射，将激光光斑10聚焦至送丝喷头6出丝口的丝材9上。
该信号光反馈光路，用于检测丝材9是否送达至送丝喷头6的出丝口；
在送丝喷头6的出丝口端部两侧的前端，对称设置有第一信号光反射镜4和第二信号光反射镜5；
信号光反馈光路包括信号光发射端和信号光接收端；
信号光由信号光发射端入射，依次经过第一硅反射镜1、第二硅反射镜2、第一信号光反射镜4、第二信号光反射镜5后，再经过第二硅反射镜2和第一硅反射镜1的反射后由信号光接收端接收。当丝材由同轴送丝机构输送至送丝喷头端部出口时，丝材将隔断第一信号光反射镜与第二信号光反射镜之间的光信号通路，此时激光发生器开始作业，激光在激光入射光路的引导下，聚焦在露出送丝喷头的丝材上，对其进行熔化。
所述信号光发射端通过端口连接设置在送丝喷头6外部的信号光发射器；所述信号光接收端通过端口连接设置在送丝喷头6外部的信号光接收器。
所述激光入射光路的入射端口连接设置在送丝喷头6外部的激光发生器。
所述第一转折角和第二转折角处的硅反射镜安装角为45°；
第三硅反射镜组3反射面法线方向与成型基座7平面法线方向的安装角度为67.5°，使入射的激光束围绕轴心形成一个圆锥角为90°的倒圆锥，使得激光光斑10聚焦在轴心径向投影点，即送丝喷头6端部平面上。
所述同轴送丝机构包括丝速检测机构和速率可变机构。
所述送丝喷头6的喷头本体采用镍基合金制成，可耐温高达到900℃以上。送丝喷头6本体内部可增加循环冷却流道，以提高送丝喷头的稳定性。
所述成型基座7内部设置有冷却水环形流道。根据零件大小可以调节冷却水环形流道的冷却水流速，以达到控制打印零件金属组织性能的效果。
作业时，选取100-500um丝径的金属丝材，电机和减速箱控制送丝速率，丝速检测机构监控送丝速率以及滑丝、断丝等常规功能检测；当金属丝材送出至打印轴端(送丝喷头)0.5-2mm处时，金属丝材将隔断由信号光发射端的光信号，此时即可认为金属丝材到达指定位置，此时激光在激光入射光路的引导下，聚焦在露出送丝喷头的丝材上，对其进行熔化并凝固在成型基座7上的指定位置。如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他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)
1.一种激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，包括用于将丝材(9)输送至送丝喷头(6)的同轴送丝机构(8)；其特征在于：
送丝喷头(6)包括激光槽，该激光槽分为激光入射光路和信号光反馈光路；
该激光槽包括第一转折角、第二转折角、第三转折角；在第一转折角和第二转折角处安装有第一硅反射镜(1)，在第二转折角处安装有第二硅反射镜(2)；其中，第三转折角位于送丝喷头(6)的端侧，并在该端侧对称设有第三硅反射镜组(3)；
激光由激光入射光路的激光入射端依次经过第一硅反射镜(1)、第二硅反射镜(2)、第三硅反射镜组(3)的折射，将激光光斑(10)聚焦至送丝喷头(6)出丝口的丝材(9)上。
2.根据权利要求1所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：该信号光反馈光路，用于检测丝材(9)是否送达至送丝喷头(6)的出丝口；
在送丝喷头(6)的出丝口端部两侧的前端，对称设置有第一信号光反射镜(4)和第二信号光反射镜(5)；
信号光反馈光路包括信号光发射端和信号光接收端；
信号光由信号光发射端入射，依次经过第一硅反射镜(1)、第二硅反射镜(2)、第一信号光反射镜(4)、第二信号光反射镜(5)后，再经过第二硅反射镜(2)和第一硅反射镜(1)的反射后由信号光接收端接收。
3.根据权利要求2所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述信号光发射端通过端口连接设置在送丝喷头(6)外部的信号光发射器；所述信号光接收端通过端口连接设置在送丝喷头(6)外部的信号光接收器。
4.根据权利要求1所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述激光入射光路的入射端口连接设置在送丝喷头(6)外部的激光发生器。
5.根据权利要求2所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述第一转折角和第二转折角处的硅反射镜安装角为45°；
第三硅反射镜组(3)反射面法线方向与成型基座(7)平面法线方向的安装角度为67.5°，使入射的激光束围绕轴心形成一个圆锥角为90°的倒圆锥，使得激光光斑(10)聚焦在轴心径向投影点，即送丝喷头(6)端部平面上。
6.根据权利要求1所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述同轴送丝机构包括丝速检测机构和速率可变机构。
7.根据权利要求1所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述送丝喷头(6)的喷头本体采用镍基合金制成。
8.根据权利要求5所述激光熔丝式金属3D打印装置的送丝喷头，其特征在于：所述成型基座(7)内部设置有冷却水环形流道。
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Assignee: SHAOGUAN HUAYAN MACHINERY Co.,Ltd. Assignor: SOUTH CHINA University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980053316 Denomination of utility model: A wire feeding nozzle for a laser fused metal 3D printing device Granted publication date: 20180928 License type: Common License Record date: 20231221 |
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