CN208019420U - 3d打印加热系统和3d骨骼打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印加热系统和3D骨骼打印机。本实用新型旨在解决现有技术中激光熔化成型的“人造骨骼”内部热应力大、容易变形的问题。为此目的，本实用新型的第一方面提供了一种3D打印加热系统，其中，3D打印加热系统中的激光器与激光传递管的进口连接，激光传递管用于将激光器发射的激光波传递至成型室，成型室与激光传递管的出口密封连接，成型室内与激光传递管出口相对的位置设置有工作面板，工作面板可以通过移动设备移动至与成型室相通的热处理系统中。本实用新型通过热处理系统对位于工作面板上的“人造骨骼”进行回火处理，以降低“人造骨骼”在回火冷却过程中的内部热应力。

Description

3D打印加热系统和3D骨骼打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印机技术领域，具体涉及一种3D打印加热系统和3D骨骼打印机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

3D打印机出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印机的工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这种打印技术称为3D立体打印技术。

3D骨骼打印技术基于现有3D打印技术，以陶瓷粉末或金属粉末等作为“打印材料”，通过电脑控制3D骨骼打印机把陶瓷粉末或金属粉末等“打印材料”在打印机台面上一层层叠加起来，利用SLM技术(选择性激光熔化技术)通过加热系统将一层层陶瓷粉末或金属粉末熔化粘接在一起形成“人造骨骼”结构，其具体工作方式是将陶瓷粉末或金属粉末在打印机台面上铺设一层后用激光选择性熔化，然后将陶瓷粉末或金属粉末再铺设一层，再激光熔化一次，循环上述步骤直到得到三维立体的“人造骨骼”结构。采用SLM技术虽然能够将一层层陶瓷粉末或金属粉末熔化粘接在一起形成“人造骨骼”结构，但是，由于激光对陶瓷粉末或金属粉末的激光熔化作用是一个快速熔化、快速凝固的过程，最高瞬时温度甚至可以达到2000摄氏度以上，并且这个过程在极短的时间内发生，因此，在激光熔化陶瓷粉末或金属粉末的过程中，当陶瓷粉末或金属粉末与外界环境的温度梯度较大时其内部会产生很大的热应力，使得成型后的“人造骨骼”结构出现变形现象，严重影响成型后的“人造骨骼”形状和尺寸精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足提出一种用于降低成型后的“人造骨骼”内部热应力的3D打印加热系统，以减少成型后的“人造骨骼”出现变形的现象，提高“人造骨骼”的形状和尺寸精度。该目的通过以下技术方案实现的。

本实用新型的第一方面提供了一种3D打印加热系统，其中，3D打印加热系统包括激光器、激光传递管、成型室和热处理系统，其中，激光器为3D打印加热系统的热源，激光器与激光传递管的进口连接，激光传递管用于将激光器发射的激光波传递至成型室，成型室与激光传递管的出口密封连接，成型室内与激光传递管出口相对的位置设置有工作面板，工作面板可以通过移动设备移动至与成型室相通的热处理系统中。

优选地，热处理系统包括：热处理室，热处理室位于成型室下方并与成型室相通，工作面板通过移动设备能够在热处理室与成型室之间运动。

优选地，热处理系统还包括：抽真空设备，抽真空设备的抽气口与热处理室相通，用于抽取热处理室内的气体，使热处理室处于真空状态。

优选地，热处理系统还包括：储油箱，储油箱内储存有冷却油，储油箱的出油口与热处理室相通，用于向热处理室内输入冷却油。

优选地，热处理系统还包括：储水箱，储水箱内储存有冷却水，储水箱的出水口与热处理室相通，用于向热处理室内输入冷却水。

优选地，热处理系统还包括：温度调节装置，温度调节装置分别与储油箱和储水箱连接，用于调节储油箱内的冷却油温度和储水箱内的冷却水温度。

优选地，移动设备包括：驱动装置，驱动装置设置于热处理室的下方；传动装置，传动装置设置于驱动装置与工作面板之间，并分别与驱动装置和工作面板连接；密封件，密封件用于密封传动装置与热处理室连接处的缝隙。

优选地，3D打印加热系统还包括预热系统，预热系统包括：预热室，预热室与成型室相通，用于在激光器熔化待加工材料前对成型室进行预热；充气室，充气室内储存有保护气，充气室与预热室相通，充气室内的保护气流经预热室后流入成型室对成型室进行预热。

优选地，3D打印加热系统还包括：抽气设备，抽气设备的抽气口与成型室相通，用于在预热系统对成型室进行预热前抽取成型室内的空气体。

本实用新型还提供了一种3D骨骼打印机，其中，3D骨骼打印机包括本实用新型第一方面的3D打印加热系统。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，通过3D打印加热系统中的热处理系统，可以对激光熔化成型的“人造骨骼”进行回火冷却处理，以降低“人造骨骼”在冷却过程中的内部热应力，减少“人造骨骼”在冷却过程中出现的变形现象，提高“人造骨骼”的形状和尺寸精度。具体地，本实用新型的热处理系统包括与成型室相通的热处理室以及与热处理室相通的抽真空设备，在对“人造骨骼”进行回火冷却处理前，首先通过抽真空设备抽取热处理室内的空气，再通过移动设备将“人造骨骼”移动至热处理室，从而对热处理室内的“人造骨骼”进行真空回火处理，或者通过储油箱向热处理室内充入冷却油，对热处理室内的“人造骨骼”进行油冷回火处理，或者通过储水箱向热处理室内充入冷却水，对热处理室内的“人造骨骼”进行水冷回火处理，最终使热处理室内的“人造骨骼”在合适的环境和温度下进行回火冷却，降低“人造骨骼”在回火冷却过程中的内部热应力，减少“人造骨骼”在冷却过程中出现的变形现象，从而提高“人造骨骼”的形状和结构精度。

进一步地，本实用新型的3D打印加热系统中还设置有预热系统，通过预热系统在激光器熔化金属粉末等待加工材料前对成型室进行预热，可以降低激光器熔化金属粉末时金属粉末与成型室环境的温度梯度，从而降低“人造骨骼”成型过程中的内部热应力，再进一步地，预热系统通过惰性气体等保护气对成型室进行预热可以减少成型室内的氧气与“人造骨骼”发生氧化反应的现象。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型的优选实施例的3D打印加热系统处于预热状态的结构示意图。

图2是本实用新型的优选实施例的3D打印加热系统处于热处理状态的结构示意图。

10、激光器；20、激光传递管；21、扩束镜；22、振镜；23、集束镜；30、成型室；40、工作面板；50、热处理室；60、抽真空设备；70、储油箱；80、储水箱；90、驱动装置；91、传动套管；92、传动轴；100、预热室；101、换热管；102、充气管道；110、抽气设备；120、控制系统。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

图1是本实用新型的优选实施例的3D打印加热系统处于预热状态的结构示意图。

图2是本实用新型的优选实施例的3D打印加热系统处于热处理状态的结构示意图。

如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例，3D打印加热系统包括激光器10、激光传递管20和成型室30，其中，激光器10为3D打印加热系统的热源，激光器10与激光传递管20的进口连接，激光传递管20用于将激光器10发射的激光波传递至成型室30，成型室30与激光传递管20的出口密封连接，成型室30内与激光传递管20出口相对的位置设置有工作面板40，成型室30内的金属粉末等“打印材料”在工作面板40上经激光波熔化成型为“人造骨骼”结构。具体地，3D打印加热系统的控制系统120控制激光器10向激光传递管20发射激光波，激光传递管20中设置有光纤，激光波通过光纤在激光传递管20中传递，且激光传递管20中依次设置有通过光纤连接的扩束镜21、振镜22和集束镜23，用于在激光波传递过程中对激光波的方位进行调节，使激光波从激光传递管20出口发射时正好对准工作面板40上的待加工金属粉末，使金属粉末经激光熔化形成“人造骨骼”结构。特别地，本实用新型的3D打印加热系统还包括位于成型室30下方并与成型室30相通的热处理系统，当成型室30内的“人造骨骼”加工成型后，“人造骨骼”结构经移动设备的拖动从成型室30移动至热处理系统中，热处理系统对“人造骨骼”结构进行回火冷却处理，以降低激光熔化成型的“人造骨骼”内部热应力，减少“人造骨骼”在回火冷却过程中出现的变形现象，从而提高“人造骨骼”的形状和结构精度。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，热处理系统具体包括：热处理室50，热处理室50位于成型室30下方并与成型室30相通，工作面板40可以通过移动设备能够在热处理室50与成型室30之间运动。其中，移动设备包括驱动装置90和传动装置，驱动装置90设置于热处理室50的下方，传动装置设置于驱动装置90与工作面板40之间，并分别与驱动装置90和工作面板40连接。具体地，本实用新型的驱动装置90包括设置于热处理室50下方的液压驱动装置90，以及与液压驱动装置90连接并贯穿热处理室50和成型室30的传动套管91和传动轴92，传动轴92以液压驱动的方式在传动套管91内上下移动，工作面板40设置于传动轴92的端部，因此，工作面板40以及工作面板40上的“人造骨骼”结构可以通过传动轴92在热处理室50与成型室30之间移动。进一步地，为了防止热处理室50内的物质从热处理室50的底部漏出，本实用新型的传动套管91与热处理室50的连接部位设置有密封件(图中未示出)，密封件用于密封传动装置与热处理室50连接处的缝隙，以减少热处理室50内的物质从热处理室50底部漏出的现象。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，热处理系统还包括：抽真空设备60，抽真空设备60的抽气口与热处理室50相通，用于抽取热处理室50内的空气，使热处理室50处于真空状态。本实用新型的抽真空设备60可以为抽真空泵等常见的抽真空设备60，抽真空泵在移动设备将“人造骨骼”结构移动至热处理室50前对热处理室50进行抽真空处理，以达到对“人造骨骼”结构进行真空回火冷却的目的，从而降低“人造骨骼”结构在冷却过程中的内部热应力。其中，抽真空设备60与控制系统120连接，控制系统120控制抽真空设备60的开关。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，热处理系统还包括：储油箱70，储油箱70内储存有冷却油，储油箱70的出油口与热处理室50相通，用于向热处理室50内输入冷却油。其中，储油箱70与热处理室50相通，且储油箱70与热处理室50之间的通道内设置有开关阀门，开关阀门可以为常见的电磁阀等，且电磁阀与控制系统120连接，控制系统120控制电磁阀的开关，即当控制系统120控制电磁阀开时，储油箱70内的冷却油流向热处理室50内并完全浸没“人造骨骼”结构，达到对“人造骨骼”进行油冷回火处理的目的，从而降低“人造骨骼”结构在回火冷却过程中的内部热应力。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，热处理系统还包括：储水箱80，储水箱80内储存有冷却水，储水箱80的出水口与热处理室50相通，用于向热处理室50内输入冷却水。其中，储水箱80与热处理室50相通，且储水箱80与热处理室50之间的通道内设置有开关阀门，开关阀门可以为常见的电磁阀等，电磁阀与控制系统120连接，控制系统120控制电磁阀的开关，即当控制系统120控制电磁阀开时，储水箱80内的冷却水流向热处理室50内并完全浸没“人造骨骼”结构，达到对“人造骨骼”进行水冷回火处理的目的，从而降低“人造骨骼”结构在回火冷却过程中的内部热应力。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，热处理系统还包括：温度调节装置(图中未示出)，温度调节装置分别与储油箱70和储水箱80连接，用于调节储油箱70内的冷却油温度和储水箱80内的冷却水温度。其中，温度调节装置可以为设置于储油箱70和储水箱80底部的换热管，在储油箱70内的冷却油和储水箱80内的冷却水通入热处理室50前，温度调节装置首先将储油箱70内的冷却油和储水箱80内的冷却水调节至合适温度，再将储油箱70内的冷却油和储水箱80内的冷却水通入热处理室50内，用于提高冷却油和冷却水对“人造骨骼”回火冷却的效果，降低“人造骨骼”回火过程中的内部热应力。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，为了减少“人造骨骼”激光熔化过程中的内部热应力，3D打印加热系统还包括预热系统，预热系统包括预热室100和充气室(图中未示出)，其中，预热室100与成型室30相通，用于在激光器10熔化金属粉末等待加工材料前对成型室30进行预热，充气室内储存有保护气，充气室与预热室100相通，充气室内的保护气流经预热室100后流入成型室30对成型室30进行预热。具体地，预热室100内设置有换热管101以及与换热管101连接的换热片，充气室内的惰性气体等保护气通过充气管道102流入预热室100内并与预热室100内的换热管101以及换热片进行热交换，再充入成型室30内对成型室30进行温度调节，以此降低激光器10熔化金属粉末时金属粉末与成型室30环境的温度梯度，降低“人造骨骼”成型过程中的内部热应力，再进一步地，预热系统通过惰性气体等保护气对成型室30进行预热可以减少成型室30内的氧气与“人造骨骼”发生氧化反应的现象。

继续参阅图1和图2，根据本实用新型的实施例，3D打印加热系统还包括：抽气设备110，抽气设备110的抽气口与成型室30相通，用于在预热系统对成型室30进行预热前抽取成型室30内的气体。具体地，本实用新型的抽气设备110可以为抽气泵等常见的抽气设备110，抽气泵在预热系统对成型室30进行预热前抽取成型室30内的空气，以减少空气中的氧气与“人造骨骼”发生氧化反应的现象。

最后，根据本实用新型的第二方面，本实用新型还提出了一种3D骨骼打印机，其中，3D骨骼打印机包括本实用新型第一方面的3D打印加热系统。因此，本实用新型的3D骨骼打印机具有本实用新型3D打印加热系统的一切技术效果，在此不再赘述。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种3D打印加热系统，其特征在于，所述3D打印加热系统包括激光器、激光传递管、成型室和热处理系统，其中，所述激光器为所述3D打印加热系统的热源，所述激光器与所述激光传递管的进口连接，所述激光传递管用于将所述激光器发射的激光波传递至所述成型室，所述成型室与所述激光传递管的出口密封连接，所述成型室内与所述激光传递管出口相对的位置设置有工作面板，所述工作面板可以通过移动设备移动至与所述成型室相通的热处理系统中。

2.根据权利要求1所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述热处理系统包括：

热处理室，所述热处理室位于所述成型室下方并与所述成型室相通，所述工作面板通过移动设备能够在所述热处理室与所述成型室之间运动。

3.根据权利要求2所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述热处理系统还包括：

抽真空设备，所述抽真空设备的抽气口与所述热处理室相通，用于抽取所述热处理室内的气体，使所述热处理室处于真空状态。

4.根据权利要求2所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述热处理系统还包括：

储油箱，所述储油箱内储存有冷却油，所述储油箱的出油口与所述热处理室相通，用于向热处理室内输入冷却油。

5.根据权利要求4所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述热处理系统还包括：

储水箱，所述储油箱内储存有冷却水，所述储水箱的出水口与所述热处理室相通，用于向热处理室内输入冷却水。

6.根据权利要求5所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述热处理系统还包括：

温度调节装置，所述温度调节装置分别与所述储油箱和所述储水箱连接，用于调节所述储油箱内的冷却油温度和所述储水箱内的冷却水温度。

7.根据权利要求1所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述移动设备包括：

驱动装置，所述驱动装置设置于所述热处理室的下方；

传动装置，所述传动装置设置于所述驱动装置与所述工作面板之间，并分别与所述驱动装置和所述工作面板连接；

密封件，所述密封件用于密封所述传动装置与所述热处理室连接处的缝隙。

8.根据权利要求1所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述3D打印加热系统还包括预热系统，所述预热系统包括：

预热室，所述预热室与所述成型室相通，用于在所述激光器熔化待加工材料前对所述成型室进行预热；

充气室，所述充气室内储存有保护气，所述充气室与所述预热室相通，所述充气室内的保护气流经所述预热室后流入所述成型室对所述成型室进行预热。

9.根据权利要求8所述的3D打印加热系统，其特征在于，所述3D打印加热系统还包括：

抽气设备，所述抽气设备的抽气口与所述成型室相通，用于在所述预热系统对所述成型室进行预热前抽取所述成型室内的空气。

10.一种3D骨骼打印机，其特征在于，所述3D骨骼打印机包括权利要求1至9中任一项所述3D打印加热系统。