CN219025939U - 一种金属3d打印的工具端 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于3D打印技术领域，公开了一种金属3D打印的工具端，包括支架和从支架内部空间伸出的执行工具，温度场传感器和/或点云传感器分别通过一调节机构安装于支架上，且分别位于执行工具的两侧，温度场传感器和点云传感器均能通过对应的调节机构相对于支架进行位置和角度的调节；图像传感器通过调节组件可调节地安装于支架上，通过调节组件相对于支架进行位置和角度的调节。通过对3D打印中的温度、尺寸和形状以及熔池状态进行监控和测量，保证了金属零件3D打印过程中打印工件的形状和尺寸的精确度以及打印过程的稳定性，提高了金属零件3D打印质量。

Description

一种金属3D打印的工具端

技术领域

本实用新型涉及一种金属3D打印工具，属于3D打印技术领域。

背景技术

对于电弧增材的金属零件3D打印目前是采用电弧作为热源，对材料进行加热，用金属丝材作为填充材料，使同种或异种材料达到原子间结合从而形成工件的一种加工方法。金属零件3D打印过程中，填充材料的温度、打印过程中的熔池状况、打印过程中零件的形状尺寸等等，均对零件的打印质量控制产生重要影响。因此，有必要对打印过程进行监控和测量，以最大程度上保证金属零件3D打印质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种金属3D打印的工具端，解决金属零件3D打印过程中打印工件的形状和尺寸的精确度以及打印过程的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种金属3D打印的工具端，包括支架和从支架内部空间伸出的执行工具，温度场传感器和/或点云传感器分别通过一调节机构安装于支架上，且分别位于执行工具的两侧，温度场传感器和/或点云传感器通过对应的调节机构相对于支架进行位置和角度的调节；图像传感器通过调节组件可调节地安装于支架上，通过调节组件相对于支架进行位置和角度的调节。

进一步地，所述执行工具为焊枪。

进一步地，还包括一激光器，激光器安装于所述调节组件上，通过调节组件相对于支架进行位置和角度的调节。

进一步地，所述调节机构包括连接在支架端部的端板、通过转轴铰接于端板上的滑板和可沿滑板上的燕尾槽滑动的燕尾滑块，所述燕尾滑块固定在温度场传感器或点云传感器背面。

进一步地，所述端板上设置有直通槽或以转轴为中心的弧形通槽，滑板相对于端板转动调节至所需的角度位置时，采用锁紧螺钉穿过直通槽或弧形通槽，顶紧或螺纹连接在滑板上。

进一步地，温度场传感器和点云传感器上均安装有可由驱动机构驱动实现启闭动作的防护罩。

进一步地，所述调节组件包括两个对称地分别与支架连接固定的固定板，每一固定板上连接一相对固定板可调节的调节板，两块调节板之间连接一相对调节板可调节的安装板，图像传感器与激光器均连接在安装板上。

进一步地，调节板与固定板之间通过第一腰槽和可沿第一腰槽调节并锁紧于第一螺孔内的第一锁紧螺钉相配合，实现调节板与固定板之间的竖向角度调节及固定。

进一步地，调节板与安装板之间通过第二腰槽和可沿第二腰槽调节并锁紧于第二螺孔内的第二锁紧螺钉相配合，实现调节板与安装板之间的水平调节及固定。

进一步地，固定板上设置有辅助弧形腰槽，调节板上设置有可配合沿辅助弧形腰槽滑动的弧形块；调节板上设置有辅助直线槽，安装板的两端设置有可配合地沿辅助直线槽滑动调节的凸块。

进一步地，所述支架包括两块平行的侧板，侧板内部设有贯通的水冷流道，两块侧板上的水冷流道通过金属管连接实现贯通；其中一块侧板的水冷流道具有与外部连通的入水口，另一块侧板的水冷流道具有与外部连通的出水口。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型的金属3D打印的工具端，通用性高，在有限的空间中集成了温度场传感器、点云传感器、图像传感器和激光器，集成程度好。温度场传感器用于采集3D打印工件的温度信息。点云传感器用于采集3D打印工件的形状和尺寸信息。温度场传感器和点云传感器均能通过调节机构实现位置和角度的调节。图像传感器在3D打印工件时可以近距离对熔池状态进行实时采集，以便于对熔池状况进行监控。激光器在图像传感器采集熔池时发射激光增强光照，使图像传感器能够采集得到更清晰的熔池状态图像。图像传感器和激光器能通过调节组件调节到朝向溶池的合适的角度和距离，使图像传感器能够准确采集到熔池状态图像。两块侧板中的水冷流道可以带走各传感器传导到侧板中的热量，从而保护传感器不会过热而影响寿命。

通过对3D打印中的温度、尺寸和形状以及熔池状态进行监控和测量，保证了金属零件3D打印过程中打印工件的形状和尺寸的精确度以及打印过程的稳定性，提高了金属零件3D打印质量。

附图说明

图1是本实施例中的防护罩转动至遮挡位时的金属3D打印的工具端总装图；

图2是图1中的金属3D打印的工具端另一视角总装图；

图3是图1中的防护罩转动至避让位时的金属3D打印的工具端总装图；

图4是图1中的温度场传感器及其调节机构连接示意图；

图5是图4中露出驱动机构内部的另一视角示意图；

图6是图1中的点云传感器及其调节机构连接示意图；

图7是图6中露出驱动机构内部的另一视角连接示意图；

图8是图1中的图像传感器、激光器及其调节组件连接示意图；

图9是图8中的图像传感器、激光器及其调节组件另一视角连接示意图；

图10是图1中的支架与温度场传感器、点云传感器连接示意图；

图中，背板1，支架2，侧板21，水冷流道211，金属管22，入水口23，出水口24，执行工具3，温度场传感器4，点云传感器5，驱动机构41、51，防护罩42、52，调节机构6，转轴61，端板62，滑板63，燕尾槽631，燕尾滑块64，锁紧螺钉65，弧形通槽66，图像传感器7，激光器8，调节组件9，固定板91，辅助弧形腰槽911，调节板92，第一腰槽921，第一锁紧螺钉922，第二腰槽923，第二锁紧螺钉924，弧形块925，辅助直线槽926，安装板93，凸块931，支板94，调节手柄95。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1、图2和图3所示，本实施例中的金属3D打印的工具端包括背板1、安装于背板1上的支架2和执行工具3。温度场传感器4、点云传感器5分别通过一调节机构6安装于支架2上，且分别位于执行工具3的两侧，温度场传感器4和点云传感器5均能通过对应的调节机构6相对于支架2进行位置和角度的调节。图像传感器7及激光器8通过调节组件9可调节地安装于支架2上，且位于执行工具3的下方，图像传感器7及激光器8均可通过调节组件9相对于支架2进行位置和角度的调节。

本实施例中执行工具3为焊枪。在其他实施方式中，执行工具3也可以为其他执行具体加工操作的工具。

结合图4-图7，本实施例中，调节机构6采用燕尾槽结构，包括通过转轴61铰接于端板62上的滑板63和可沿滑板63上的燕尾槽631滑动的燕尾滑块64，燕尾滑块64固定在温度场传感器4和点云传感器5背面。温度场传感器4、点云传感器5均能通过燕尾滑块64与燕尾槽631的滑动实现位置调节。调节至所需位置后，采用锁紧螺钉65通过滑板63外壁上的螺纹通孔拧紧抵于燕尾槽631内的燕尾滑块64上，实现对温度场传感器4和点云传感器5位置的固定。两块端板62分别连接在支架2同一端的两个端部，端板62上设置有以转轴61为中心的弧形通槽66，滑板63相对于端板62转动调节至所需的角度位置时，可采用锁紧螺钉65穿过弧形通槽66顶紧或螺纹连接在滑板63上，实现了对温度场传感器4和点云传感器5相对于支架2的角度的调节与固定。

温度场传感器4和点云传感器5上均安装有可由驱动机构41、51驱动实现启闭动作的防护罩42、52，执行工具3处于工作状态时，防护罩42、52转动至遮挡位将温度场传感器4和点云传感器5的镜头罩住，以保护相机镜头，执行工具3处于非工作状态时，防护罩42、52转动至避让位，露出温度场传感器4和点云传感器5的镜头，使温度场传感器4和点云传感器5可以正常采集数据。温度场传感器4用于采集3D打印工件的温度信息。点云传感器5用于采集3D打印工件的形状形貌点云数据信息。

本实施例中驱动机构41、51为舵机。在其他实施方式中，驱动机构也可以为电机或可使防护罩转动的其他驱动机构；温度场传感器也可以采用温度相机，点云传感器也可以采用三维相机。

结合图8和图9所示，本实施例中，图像传感器7及激光器8通过调节组件9可调节地安装于支架2上且位于焊枪的下方。图像传感器7用于在3D打印工件时可以近距离对熔池状态进行实时采集，以便于对熔池状况进行监控。

较佳地，与图像传感器7相配合，可以设置一激光器8。激光器8通过调节组件9可调节地安装于支架2上且位于焊枪的下方。激光器8用于在图像传感器7拍摄熔池时发射激光增强光照，使图像传感器7能够采集得到更清晰的熔池状态图像。图像传感器7和激光器8通过调节组件9调节到朝向溶池的合适的角度和距离，使图像传感器7能够准确采集到熔池图像形貌，调节组件9调节完成后使图像传感器7固定不发生位置移动。

在其他实施方式中，图像传感器也可以采用熔池相机。

具体地，本实施例中调节组件9为对称结构，增加稳定性和美观度。调节组件9包括两个对称地可分别与支架2连接固定的固定板91，每一固定板91上连接一相对固定板91可调节的调节板92，两块调节板92之间连接一相对调节板92可调节的安装板93。图像传感器7与激光器8均连接在安装板93上，通过安装板93实现对图像传感器7与激光器8的同步位置调整。

调节板92与固定板91之间通过第一腰槽921和可沿第一腰槽921调节并锁紧于第一螺孔内的第一锁紧螺钉922相配合，实现调节板92与固定板91之间的竖向角度调节及固定。第一腰槽921为沿竖向走向的弧形腰槽。

调节板92与安装板93之间通过第二腰槽923和可沿第二腰槽923调节并锁紧于第二螺孔内的第二锁紧螺钉924相配合，实现调节板92与安装板93之间的水平调节及固定。第二腰槽923为与第一腰槽走向相垂直的直线腰槽。

本实施例中，在调节板92上设置第一腰槽921，固定板91上设置第一螺孔，调节板92相对于固定板91调节至所需角度时，由第一锁紧螺钉922穿过第一腰槽与固定板91上的第一螺孔螺纹连接使调节板92锁紧固定在固定板91上。

本实施例中，在调节板92上还设置第二腰槽923，安装板93上设置第二螺孔，安装板93相对于调节板92调节至所需距离时，由第二锁紧螺钉924穿过第二腰槽923与安装板93上的第二螺孔螺纹连接使安装板93锁紧固定在调节板92上。

进一步地，为了保持调节固定的稳定性，第一腰槽921、第一螺孔、第一锁紧螺钉922均对应设置不少于两组。同理，第二腰槽923、第二螺孔、第二锁紧螺钉924也均对应设置不少于两组。

进一步地，为了保持调节板92与固定板91在调节及固定时的稳定性和易操作性，固定板91上设置有辅助弧形腰槽911，调节板92上设置有可配合沿辅助弧形腰槽911滑动的弧形块925，辅助弧形腰槽911与弧形的第一腰槽921为同心结构。当调节板92相对于固定板91调节时，由弧形块925的支撑保持稳定和易调节操作，并且弧形块925还可以增加调节板92与固定板91之间固定时的稳定性和可靠性，降低第一锁紧螺钉922的强度和不可靠性。

进一步地，为了保持安装板93与调节板92在调节及固定时的稳定性和易操作性，调节板92上设置有辅助直线槽926，安装板93的两端设置有可配合地沿辅助直线槽926滑动调节的凸块931，辅助直线槽926与第二腰槽923相互平行。当安装板93相对于调节板92调节时，由凸块931的支撑保持稳定和易调节操作，并且凸块931还可以增加安装板93与调节板92固定时的稳定性和可靠性，降低第二锁紧螺钉924的强度和不可靠性。

在其他实施方式中，本领域技术人员可以预见，第一腰槽921与第一螺孔也可在调节板92与固定板91上进行位置互换，第二腰槽923与第二螺孔也可在调节板92与安装板93上进行位置互换。同理，辅助弧形腰槽911、弧形块925也可以位置互换，辅助直线槽926、凸块931也可以位置互换。

本实施例中，为了方便调节图像传感器7和激光器8，在两块调节板92之间连接固定一支板94，保持两块调节板92之间的稳定，同时，一调节手柄95螺纹连接在支板94上，并穿过支板94与安装板93可转动地连接。当转动调节手柄95时，调节手柄95带动安装板93，使安装板93可以相对于支板94和调节板92运动，从而实现安装板93与调节板92之间的水平滑动调节，实现图像传感器7和激光器8相对于调节板92之间的前后位置移动调节。

结合图10所示，支架2包括两块平行的侧板21，侧板21内部设有贯通的水冷流道211，两块侧板21上的水冷流道211通过金属管22连接实现贯通。其中一块侧板21的水冷流道具有与外部连通的入水口23，另一块侧板的水冷流道具有与外部连通的出水口24，使低温的循环水可以从入水口进入，经过循环后从出水口流出。各个相机在设备工作中产生的热量通过所连接接触的金属部件传导扩散至支架2中，由支架2中流动的循环水带走，从而实现给各个相机降温的目的，使各相机在高温的工作环境中能保持较低的温度不会损坏。

较佳地，水冷流道为弯曲结构，更利于循环水散热。

本实施例中的金属3D打印的工具端可以通过背板1与3D打印设备中的机器人相连，由机器人支持完成金属零件的3D打印工作。

在其他实施方式中，支架2也可以采用U形架，或其他一体结构，可以省略背板1，支架2直接与3D打印设备相连，执行工具3直接安装在支架2上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属3D打印的工具端，其特征是，包括支架和从支架内部空间伸出的执行工具，温度场传感器和/或点云传感器分别通过一调节机构安装于支架上，且分别位于执行工具的两侧，温度场传感器和/或点云传感器通过对应的调节机构相对于支架进行位置和角度的调节；图像传感器通过调节组件可调节地安装于支架上，通过调节组件相对于支架进行位置和角度的调节。

2.根据权利要求1所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，所述执行工具为焊枪。

3.根据权利要求1所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，还包括一激光器，激光器安装于所述调节组件上，通过调节组件相对于支架进行位置和角度的调节。

4.根据权利要求1所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，所述调节机构包括连接在支架端部的端板、通过转轴铰接于端板上的滑板和可沿滑板上的燕尾槽滑动的燕尾滑块，所述燕尾滑块固定在温度场传感器或点云传感器背面。

5.根据权利要求4所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，所述端板上设置有直通槽或以转轴为中心的弧形通槽，滑板相对于端板转动调节至所需的角度位置时，采用锁紧螺钉穿过直通槽或弧形通槽，顶紧或螺纹连接在滑板上。

6.根据权利要求1所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，温度场传感器和点云传感器上均安装有可由驱动机构驱动实现启闭动作的防护罩。

7.根据权利要求1或3所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，所述调节组件包括两个对称地分别与支架连接固定的固定板，每一固定板上连接一相对固定板可调节的调节板，两块调节板之间连接一相对调节板可调节的安装板，图像传感器与激光器均连接在安装板上。

8.根据权利要求7所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，调节板与固定板之间通过第一腰槽和可沿第一腰槽调节并锁紧于第一螺孔内的第一锁紧螺钉相配合，实现调节板与固定板之间的竖向角度调节及固定；

调节板与安装板之间通过第二腰槽和可沿可沿第二腰槽调节并锁紧于第二螺孔内的第二锁紧螺钉相配合，实现调节板与安装板之间的水平调节及固定。

9.根据权利要求7所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，固定板上设置有辅助弧形腰槽，调节板上设置有可配合沿辅助弧形腰槽滑动的弧形块；调节板上设置有辅助直线槽，安装板的两端设置有可配合地沿辅助直线槽滑动调节的凸块。

10.根据权利要求1所述的一种金属3D打印的工具端，其特征是，所述支架包括两块平行的侧板，侧板内部设有贯通的水冷流道，两块侧板上的水冷流道通过金属管连接实现贯通；其中一块侧板的水冷流道具有与外部连通的入水口，另一块侧板的水冷流道具有与外部连通的出水口。

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