CN213080075U - 一种激光头局部气氛保护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光头局部气氛保护结构，包括激光模块，所述激光模块包括第三基座、激光头以及用于驱动激光头直线运动的第四驱动模块，所述第三基座与激光头滑动连接，所述激光头包括镜筒、准直镜、聚焦镜、保护镜以及保护罩，准直镜、聚焦镜以及保护镜依次从上往下安装固定于镜筒内，所述镜筒的底端侧面开设有第一进气口，第一进气口与镜筒的内部空间连通，所述保护罩上开设有第二进气口，第二进气口与保护罩的内部空间连通，保护罩的底端为圆环结构，保护罩的底端开设有若干出气孔。本实用新型简化操作流程，提高了工作效率和人机交互性，且装置适用性高，利于配合其它驱动设备共同使用，操作方便。

Description

一种激光头局部气氛保护结构

技术领域

本实用新型涉及装置保护领域，具体涉及一种激光头局部气氛保护结构。

背景技术

当前，在金属增材制造领域，为了获得更高的精度，增材和减材复合越来越成为一个重要的技术方向。增减材复合加工技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新技术。借助于计算机生成的CAD模型，并将其按一定的厚度分层，从而将零件的三维数据信息转换为一系列的二维或三维轮廓几何信息，层面几何信息融合沉积参数和机加工参数生成增材制造加工路径数控代码，最终成型三维实体零件。然后针对成形的三维的实体零件进行测量与特征提取，并与CAD模型进行对照寻找误差区域后，基于减材制造，对零件进行进一步加工修正，直至满足产品设计要求。

金属增材制造技术根据其原料供给的方式不同，简单分为两个大类：铺粉式的增材制造技术和送粉送丝式的增材制造技术。在送粉式金属增减材复合方面，主要采用数控加工中心附加增材功能的方式；在铺粉式金属增减材复合方面，主要采用增材制造设备增加切削功能的方式。

目前，为了获得高精度的3D打印效果，通常采用铺粉型金属3D打印技术，气氛保护是3D打印的要点，主要采用整体气氛舱或部分气氛舱的结构。这种结构采用封闭工作区域的方式，制作气氛舱密闭性要求高，同时需要配套气体净化装置，因此成本高。另外，封闭工作区域也影响人机交互，并且由于气氛舱准备时间长，工件、材料以及工具进出舱体需要经过过渡舱，过程复杂，生产效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提高工作效率且具有局部气氛保护功能的激光头局部气氛保护结构。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种激光头局部气氛保护结构，包括激光模块，所述激光模块包括第三基座、激光头以及用于驱动激光头直线运动的第四驱动模块，所述第三基座与激光头滑动连接，所述激光头包括镜筒、准直镜、聚焦镜、保护镜以及保护罩，准直镜、聚焦镜以及保护镜依次从上往下安装固定于镜筒内，通过设置保护镜，避免操作过程中产生喷溅的熔渣与金属熏烟污染到光学镜组，进而降低光学镜组被损毁的机率，降低制作成本，保护罩安装固定于镜筒的底端，所述准直镜和聚焦镜均为凸透镜，所述镜筒的底端侧面开设有第一进气口，第一进气口与镜筒的内部空间连通，所述保护罩上开设有第二进气口，第二进气口与保护罩的内部空间连通，保护罩的底端为圆环结构，保护罩的底端开设有若干出气孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第四驱动模块包括第三电机、第二齿轮组以及第二螺纹杆，第三电机固定连接于第三基座上，所述第二齿轮组包括第四齿轮和第五齿轮，第四齿轮固定连接于第三电机的输出轴上，第五齿轮与第二螺纹杆的一端固定连接，第四齿轮与第五齿轮啮合，第二螺纹杆的另一端转动连接于第三基座上，所述激光头开设有螺纹孔，激光头与第二螺纹杆螺纹配合。通过第三电机转动带动第二齿轮组转动，使得第二螺纹杆转动，从而使得激光头在第三基座上直线移动，达到控制激光头直线移动的目的。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一进气口和第二进气口中输入的气体均为惰性气体，第一进气口中输入的气体流速大于第二进气口中输入的气体流速，使得保护罩内气体流失速度减慢，提高气氛保护效果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述保护罩在激光头运作时，保护罩的底端距离工作面的距离为1mm-20mm，便于气体从保护罩的出气孔流出后能够在保护罩与工作面之间形成气氛保护区域，防止氧化和氮化现象出现，避免部件损伤。

作为上述技术方案的进一步改进，所述保护罩的上端为圆台形，保护罩的下端为圆柱形，扩大气体弥漫的空间从而提高气氛保护范围。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本实用新型通过单激光头方式代替振镜头结构以及激光头上的同轴气氛保护结构，实现了对激光直接照射区域的气氛保护，减少了气氛舱、净化装置以及真空装置等结构，降低成本且简化了操作流程，提高人机交互性和工作效率。通过同轴气氛保护结构和保护罩结构形成气氛保护空间，防止氧化和氮化现象，避免激光照射造成部件损伤,同时也起到防止飞溅和烟尘的作用。进一步的，通过第三基座使得装置能都安装于其它的驱动装置上，配合第四驱动模块，从而能够实现激光头二维运动或三维运动，适用性高且利于操作方便，提高工作效率。

附图说明

图1是实施例一一种增减材复合型金属3d打印设备正面的结构示意图。

图2是图1中所示铺粉模块局部的结构剖视图。

图3是图1中所示铺粉模块的结构剖视图。

图4是实施例一一种增减材复合型金属3d打印设备侧面的结构示意图。

图5是图4中所示龙门模块的结构剖视图。

图6是图4中所示切削模块的结构剖视图。

图7是图4中所示激光模块的结构剖视图。

图8是图7中所示激光头的结构剖视图。

图9是实施例二中第五驱动模块的结构示意图。

其中，1-底座，11-第一驱动模块，111-第一电机，112-第一螺纹杆，113-第一滑动杆，2-龙门模块，21-第一基座，22-切削模块，221-第二基座，222-切削头，223-第三驱动模块，23-激光模块，231-第三基座，232-激光头，2321-镜筒，23211-第一进气口，2322-准直镜，2323-聚焦镜，2324-保护镜，2325-保护罩，23251-第二进气口，23252-出气孔，233- 第四驱动模块，24-第二驱动模块，241-第二电机，242-第一齿轮组，2421-第一齿轮，2422- 第二齿轮，2423-第三齿轮，243-第一转轴，244-第一槽柱，245-第一单向轴承，246-第二转轴，247-第二槽柱，248-第二单向轴承，25-第三电机，26-第二齿轮组，261-第四齿轮，262-第五齿轮，27-第二螺纹杆，3-铺粉模块，31-第四基座，311-收集槽，32-成型模块，321-成型基板，322-第六驱动模块，33-送粉模块，331-送粉基板，332-第七驱动模块， 34-滑条，341-刮刀，35-第五驱动模块，351-第四电机，352-锥齿轮组，3521-第一锥齿轮， 3522-第二锥齿轮，353-第三螺纹杆，354-第二滑动杆，36-第五电机，37-第四螺纹杆，38- 第一滑块，39-第二滑块，40-剪叉机构，4-滑动销，5-导向槽，6-控制器，71-第六电机， 72-同步带轮组，721-第一同步带轮，722-第二同步带轮，723-同步带，73-第五螺纹杆， 74-第三滑动杆。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例一。

参见图1-图8，本实施例一种增减材复合型金属3d打印设备，包括底座1、龙门模块2以及铺粉模块3，所述底座1上设有用于驱动龙门模块2直线运动的第一驱动模块11，所述龙门模块2包括第一基座21、切削模块22、激光模块23以及用于驱动切削模块22及激光模块23直线运动的第二驱动模块24，所述切削模块22包括第二基座221、切削头222 以及用于驱动切削头222直线运动的第三驱动模块223，激光模块23包括第三基座231、激光头232以及用于驱动激光头232直线运动的第四驱动模块233，所述铺粉模块3位于底座1与龙门模块2之间，铺粉模块3上外接有控制器6，铺粉模块3包括第四基座31、成型模块32、送粉模块33、安装有刮刀341的滑条34以及用于驱动滑条34直线运动的第五驱动模块35，所述第四基座31上开设有两个用于容纳铺粉时剩余金属粉的收集槽311，所述成型模块32包括成型基板321和用于驱动成型基板321直线运动的第六驱动模块322，送粉模块33包括送粉基板331和用于驱动送粉基板331直线运动的第七驱动模块332，所述第一驱动模块11包括第一电机111、第一螺纹杆112以及两个第一滑动杆113，第一电机111固定安装于底座1上，第一电机111的输出轴与第一螺纹杆112的一端固定连接，第一螺纹杆112的另一端与底座1转动连接，第一基座21开设有螺纹孔，第一螺纹杆112 与第一基座21螺纹配合，第一滑动杆113分别位于第一螺纹杆112的两侧，第一滑动杆113 固定连接于底座1上，第一基座21滑动连接于第一滑动杆113上，所述第二驱动模块24 包括第二电机241、第一齿轮组242、第一转轴243、第一槽柱244、第一单向轴承245、第二转轴246、第二槽柱247以及第二单向轴承248，第二电机241固定连接于第一基座21 上，所述第一齿轮组242包括第一齿轮2421、第二齿轮2422以及第三齿轮2423，第一齿轮2421固定连接于第二电机241的输出轴上，第二齿轮2422与第一转轴243的一端固定连接，第二齿轮2422与第一齿轮2421啮合，第一转轴243的另一端与第一基座21转动连接，第一槽柱244转动连接于第一转轴243上，第一单向轴承245的内圈与第一转轴243 固定连接，第一单向轴承245的外圈与第一槽柱244的左端固定连接，第三齿轮2423与第二转轴246的一端固定连接，第三齿轮2423与第一齿轮2421啮合，第二转轴246的另一端与第一基座21转动连接，第二槽柱247转动连接于第二转轴246上，第二单向轴承248 的内圈与第二转轴246固定连接，第二单向轴承248的外圈与第二槽柱247的右端固定连接，所述第二基座221和第三基座231上均一体式连接有滑动销4，第一槽柱244和第二槽柱247上均开设有导向槽5，第二基座221的滑动销4的一端位于第一槽柱244的导向槽5内以使得第一槽柱244转动时第一槽柱244驱动第二基座221滑动，第三基座231的滑动销4的一端位于第二槽柱247的导向槽5内以使得第二槽柱247转动时第二槽柱247驱动第三基座231滑动，所述第一单向轴承245和第二单向轴承248的转动方向相反，所述第三驱动模块223与第四驱动模块233结构相同，第三驱动模块223和第四驱动模块233均包括第三电机25、第二齿轮组26以及第二螺纹杆27，第三驱动模块223的第三电机25固定连接于第二基座221上，第四驱动模块233的第三电机25固定连接于第三基座231上，所述第二齿轮组26包括第四齿轮261和第五齿轮262，第四齿轮261固定连接于第三电机 25的输出轴上，第五齿轮262与第二螺纹杆27的一端固定连接，第四齿轮261与第五齿轮262啮合，第三驱动模块223的第二螺纹杆27的另一端转动连接于第二基座221上，第四驱动模块233的第二螺纹杆27的另一端转动连接于第三基座231上，所述切削头222和激光头232均开设有螺纹孔，切削头222和激光头232均与第二螺纹杆27螺纹配合，所述激光头232包括镜筒2321、准直镜2322、聚焦镜2323、保护镜2324以及保护罩2325，准直镜2322、聚焦镜2323以及保护镜2324依次从上往下安装固定于镜筒2321内，保护罩2325 安装固定于镜筒2321的底端，所述准直镜2322和聚焦镜2323均为凸透镜，所述镜筒2321 的底端侧面开设有第一进气口23211，第一进气口23211与镜筒2321的内部空间连通，所述保护罩2325上开设有第二进气口23251，第二进气口23251与保护罩2325的内部空间连通，保护罩2325的底端为圆环结构，保护罩2325的底端开设有若干出气孔23252,所述第一进气口(23211)和第二进气口中(23251)输入的气体均为惰性气体，第一进气口(23211)中输入的气体流速大于第二进气口中(23251)输入的气体流速，所述保护罩(2325)在激光头运作时，保护罩(2325)的底端距离工作面的距离为1mm-20mm，所述保护罩(2325)的上端为圆台形，保护罩(2325)的下端为圆柱形，所述第五驱动模块35包括第四电机351、锥齿轮组 352、第三螺纹杆353以及第二滑动杆354，第四电机351固定连接于第四基座31上，所述锥齿轮组352包括第一锥齿轮3521和第二锥齿轮3522，第一锥齿轮3521固定连接于第四电机351的输出轴上，第二锥齿轮3522固定连接于第三螺纹杆353上，第一锥齿轮3521 和第二锥齿轮3522啮合，第三螺纹杆353转动连接于第四基座31上，所述滑条34的一端开设有螺纹孔，滑条34的一端与第三螺纹杆353螺纹配合，滑条34的另一端开设有穿孔，第二滑动杆354穿过穿孔以使得滑条34的另一端滑动连接于第二滑动杆354上，第二滑动杆354与第四基座31固定连接，所述第六驱动模块322与第七驱动模块332结构相同，第六驱动模块322和第七驱动模块332均包括第五电机36、第四螺纹杆37、第一滑块38、第二滑块39以及剪叉机构40，第五电机36固定连接于第四基座31上，第五电机36的输出轴与第四螺纹杆37的一端固定连接，第四螺纹杆37的另一端与第四基座31转动连接，所述第一滑块38与第四基座31滑动连接，第一滑块38上开设有螺纹孔，第一滑块38与第四螺纹杆37螺纹配合，剪叉机构40底端的一端与第一滑块38铰接，剪叉机构40底端的另一端与第四基座31铰接，所述第六驱动模块322的第二滑块39与成型基板321滑动连接，第七驱动模块332的第二滑块39与送粉基板331滑动连接，剪叉机构40顶端的一端与第二滑块39铰接，所述第六驱动模块322的剪叉机构40顶端的另一端与成型基板321 铰接，第七驱动模块332的剪叉机构40顶端的另一端与送粉基板331铰接。

综上所述，本实用新型使用方法如下：

步骤一：第一电机转动，第一基座滑动，调整水平x轴方向上激光头位置，第二电机转动，第三基座滑动，调整水平y轴方向上激光头位置，第三电机转动，激光头滑动，调整竖直z轴上激光头位置，激光头运作打印，惰性气体输入激光头内；

步骤二：第五电机转动，成型基板下降，送粉基板上升，第四电机转动，滑条滑动，刮刀将送粉基板上的金属粉推至成型基板上，多余金属粉被推入收集槽内；

步骤三：打印完成，第二电机转动，第三基座滑动，调整激光头至最侧边位置；

步骤四：第一电机转动，第一基座滑动，调整水平x轴方向上切削头位置，第二电机转动，第二基座滑动，调整水平y轴方向上切削头位置，第三电机转动，切削头滑动，调整竖直z轴上切削头位置，切削头运作进行精加工。

实施例二。

参见图9，本实施例一种增减材复合型金属3d打印设备的其它结构与实施例一基本相同，不同之处在于：所述第五驱动模块35包括第六电机71、同步带轮组72、第五螺纹杆73以及第三滑动杆74，第六电机71固定连接于第四基座31上，所述同步带轮组72包括第一同步带轮721和第二同步带轮722，第一同步带轮721固定连接于第六电机71的输出轴上，第二同步带轮722固定连接于第五螺纹杆73上，第一同步带轮721和第二同步带轮 722通过同步带723传动连接，第五螺纹杆73转动连接于第四基座31上，所述滑条34的一端开设有螺纹孔，滑条34的一端与第五螺纹杆73螺纹配合，滑条34的另一端开设有穿孔，第三滑动杆74穿过穿孔以使得滑条34的另一端滑动连接于第三滑动杆74上，第三滑动杆74与第四基座31固定连接。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光头局部气氛保护结构，其特征在于：包括激光模块(23)，所述激光模块(23)包括第三基座(231)、激光头(232)以及用于驱动激光头(232)直线运动的第四驱动模块(233)，所述第三基座(231)与激光头(232)滑动连接，所述激光头(232)包括镜筒(2321)、准直镜(2322)、聚焦镜(2323)、保护镜(2324)以及保护罩(2325)，准直镜(2322)、聚焦镜(2323)以及保护镜(2324)依次从上往下安装固定于镜筒(2321)内，保护罩(2325)安装固定于镜筒(2321)的底端，所述准直镜(2322)和聚焦镜(2323)均为凸透镜，所述镜筒(2321)的底端侧面开设有第一进气口(23211)，第一进气口(23211)与镜筒(2321)的内部空间连通，所述保护罩(2325)上开设有第二进气口(23251)，第二进气口(23251)与保护罩(2325)的内部空间连通，保护罩(2325)的底端为圆环结构，保护罩(2325)的底端开设有若干出气孔(23252)。

2.根据权利要求1所述的激光头局部气氛保护结构，其特征在于：所述第四驱动模块(233)包括第三电机(25)、第二齿轮组(26)以及第二螺纹杆(27)，第三电机(25)固定连接于第三基座(231)上，所述第二齿轮组(26)包括第四齿轮(261)和第五齿轮(262)，第四齿轮(261)固定连接于第三电机(25)的输出轴上，第五齿轮(262)与第二螺纹杆(27)的一端固定连接，第四齿轮(261)与第五齿轮(262)啮合，第二螺纹杆(27)的另一端转动连接于第三基座(231)上，所述激光头(232)开设有螺纹孔，激光头(232)与第二螺纹杆(27)螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的激光头局部气氛保护结构，其特征在于：所述第一进气口(23211)和第二进气口(23251) 中输入的气体均为惰性气体，第一进气口(23211)中输入的气体流速大于第二进气口(23251) 中输入的气体流速。

4.根据权利要求1所述的激光头局部气氛保护结构，其特征在于：所述保护罩(2325)在激光头运作时，保护罩(2325)的底端距离工作面的距离为1mm-20mm。

5.根据权利要求1所述的激光头局部气氛保护结构，其特征在于：所述保护罩(2325)的上端为圆台形，保护罩(2325)的下端为圆柱形。

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