CN219966444U - 3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及3D打印技术领域，旨在解决一些已知的3D打印设备的整体制造效率较低、制造可靠性不高的技术问题，提供3D打印设备，其包括成型装置、第一激光装置、第二激光装置、探测装置和控制装置。第一激光装置用于产生第一激光成型实体部分，第一激光装置用于产生第二激光对实体部分进行减材加工。第二激光装置用于发出泵浦光和探测光，泵浦光先于探测光发出，泵浦光用于激发实体部分，探测光用于探测实体部分。探测装置用于接收实体部分接收探测光后产生的衍射信号，并生成实体部分的实时图像信息。控制装置用于调整第一激光的运行参数或者第二激光的运行参数。本申请的有益效果是提高了工件的打印效率和打印质量。

Description

3D打印设备

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体而言，涉及3D打印设备。

背景技术

一些已知的3D打印方式，如选择性激光熔化，其实现实体成形的方式是依靠激光选择性照射于加工平面上的金属粉末层，并进行增材加工或减材加工。然而一些已知的3D打印机仅能在打印前设置加工参数，在工件完成打印后再判断工件的打印效果是否满足需求，使得工件的整体制造效率较低、制造可靠性不高。

实用新型内容

本申请提供3D打印设备，以解决一些已知的3D打印设备的整体制造效率较低、制造可靠性不高的技术问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请提供一种3D打印设备，包括成型装置、第一激光装置、第二激光装置、探测装置和控制装置。所述第一激光装置用于产生第一激光来成型工件，所述第一激光装置还用于产生第二激光用于对所述工件进行减材加工。所述第二激光装置用于向所述工件发出泵浦光和探测光，所述泵浦光先于所述探测光发出，所述泵浦光用于激发所述工件，所述探测光用于照射于所述工件并产生衍射信号。所述探测装置设于所述成型装置的一侧，所述探测装置用于接收所述衍射信号，并生成所述工件的实时图像信息。所述控制装置用于接收所述实时图像信息，并根据所述实时图像信息和所述工件的理论图像信息控制所述第一激光装置调整所述第一激光的运行参数或者所述第二激光的运行参数。

本申请的3D打印设备工作时，每完成一个成型层的增材制造，可通过第二激光装置和探测装置获取工件的实时图像信息，控制装置可根据实时图像信息实时控制第一激光装置的第一激光的运行参数或第二激光的运行参数，从而达到对该成型层的加工控制。如此，通过第二激光装置和探测装置配合，实现对各层成型层的实时图像信息的实时监测，且泵浦光与探测光的利用，可以提高实时图像信息的探测准确性，还能够实现高速获取实时图像信息，对整个成型过程几乎没有影响，再通过控制装置实时分析实时图像信息，控制第一激光装置的加工参数，实现在线的质量控制的和优化制造。由此，本申请的3D打印设备可以提高制造过程的稳定性和可控性，有效降低制造成本和提高制造效率，还能够减少制造中的废品率和缺陷率，提高工件成品质量和可靠性。

在一种可能的实施方式中：

所述3D打印设备还包括打印舱，所述第二激光装置和所述探测装置均设于所述打印舱内侧，所述第一激光装置设于所述打印舱外侧。

在一种可能的实施方式中：

所述3D打印设备还包括移载组件，所述移载组件连接于所述打印舱内；

所述第二激光装置和所述探测装置均连接于所述移载组件，并能够在所述移载组件的带动下移动至所述成型装置处或者避让所述第一激光和所述第二激光。

在一种可能的实施方式中：

所述移载组件包括第一驱动模组和第二驱动模组。所述第一驱动模组连接所述打印舱。所述第二驱动模组连接所述第一驱动模组，并能够在所述第一驱动模组的带动下沿水平方向移动，所述第二驱动模组连接所述第二激光装置和所述探测装置，并用于驱动所述第二激光装置和所述探测装置沿竖直方向移动。

在一种可能的实施方式中：

所述3D打印设备还包括固定部，所述固定部连接于所述移载组件，所述第二激光装置和所述探测装置均固定连接于所述固定部，且相互间隔设置。

在一种可能的实施方式中：

所述3D打印设备还包括惰性保护气源，所述惰性保护气源连通至所述打印舱内，并用于充入惰性保护气体至所述打印舱。

在一种可能的实施方式中：

成型装置包括成型缸和成型平台。所述成型缸限定一端开口的成型腔。所述成型平台可滑动地设于所述成型缸内，所述成型平台用于承载打印粉末，所述成型平台还用于接收所述第一激光以使所述打印粉末成型为所述工件。

在一种可能的实施方式中：

所述3D打印设备还包括送粉装置，所述送粉装置设于所述成型装置的一侧，所述送粉装置用于向所述成型装置输送粉末。

在一种可能的实施方式中：

所述送粉装置包括储粉组件和铺粉组件。所述储粉组件设于所述成型装置的一侧，所述储粉组件用于储存打印粉末。所述铺粉组件用于带动所述储粉组件内的打印粉末移动至所述成型装置处。

在一种可能的实施方式中：

所述储粉组件包括储粉缸和储粉平台。所述储粉缸限定一端开口的储粉腔。所述储粉平台可滑动地设于所述储粉缸内，所述储粉缸的内表面与所述储粉平台围成储粉槽，所述储粉槽用于储存打印粉末，所述储粉平台用于带动所述打印粉末从所述储粉腔的开口排出，以供所述铺粉组件铺设至所述成型装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的3D打印设备的结构示意图；

图2为本申请一实施例的第二激光装置、探测装置和移载组件的正视图；

图3为本申请一实施例的第二激光装置、探测装置和移载组件的侧视图；

图4为本申请一实施例的第二激光装置、探测装置和移载组件的仰视图；

图5为本申请一实施例的第二激光装置、探测装置和移载组件的立体结构示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

一些已知的3D打印方式，如选择性激光熔化，其实现实体成形的方式是依靠激光选择性照射于加工平面上的金属粉末层，并进行增材加工或减材加工。然而一些已知的3D打印机仅能在打印前设置加工参数，在工件200完成打印后再判断工件200的打印效果是否满足需求，使得工件200的整体制造效率较低、整体制造成本较高、制造可靠性不高。

部分3D打印机虽然采用温度传感器或压力传感器等监控工件200的打印过程，然而其难以监测具有复杂几何形状的工件200在打印过程中的实时形貌，且不能实现在线监测与控制。

有鉴于此，如图1所示，本申请实施例提供一种3D打印设备，其能够提高工件200的制造良率、制造效率以及降低工件200的制造成本。下文将示例性说明。

参见图1，本实施例提供一种3D打印设备100，包括打印舱61、成型装置10、第一激光装置20、第二激光装置30、探测装置40和控制装置50。

成型装置10设于打印舱61内，并用于承载打印粉末300。本实施例中，成型装置10包括成型缸11和成型平台12。成型缸11限定一端开口的成型腔。成型平台12沿竖直方向Y可滑动地设于成型缸11内，成型平台12用于承载打印粉末300，成型平台12还用于接收第一激光21以使打印粉末300成型为工件200。

第一激光装置20设于成型装置10沿竖直方向Y的一侧，第一激光装置20用于产生第一激光21以成型打印粉末300为工件200，第一激光装置20还用于产生第二激光22以对工件200进行减材加工。第一激光装置20能够相对成型装置10移动，以在成型装置10的不同区域发出第一激光21或第二激光22，从而实现对每层成型层的形状加工。本实施例中，第一激光装置20包括沿水平方向X间隔设置的第一激光器23和第二激光器24，第一激光器23用于产生第一激光21，第二激光器24用于产生第二激光22。可选地，第一激光器23和第二激光器24均位于打印舱61的外侧。其他实施例中，第一激光器23和第二激光器24也可以均设于打印舱61内侧，或者其中一个设于打印舱61内侧，另一个设于打印舱61外侧。第一激光器23、第二激光器24和打印舱61的相对位置关系可根据实际需求进行调整。

可选地，第一激光21为连续激光，第二激光22为脉冲激光。连续激光的具体参数和脉冲激光的具体参数可根据实际加工需求进行调整。

第二激光装置30沿竖直方向Y设于成型装置10与第一激光装置20之间，第二激光装置30用于向工件200发出泵浦光和探测光，泵浦光先于探测光发出，泵浦光用于激发工件200，探测光用于探测工件200。泵浦光能够先激发工件200并使其产生非线性响应，此后探测光再照射于工件200，并在工件200的表面反射至探测装置40处。泵浦光与探测光之间的时间差可根据实际需求进行设置，例如，泵浦光和探测光均可设为飞秒激光，其时间差可设为飞秒级。其中，第二激光装置30生成具有时间差的泵浦光和探测光的结构有多种，其可参照现有的实现泵浦探测的激光结构，在此不再赘述。

探测装置40沿竖直方向Y设于成型装置10与第一激光装置20之间，探测装置40用于接收工件200接收探测光后产生的衍射信号，并生成工件200的实时图像信息。其中，工件200的实时图像信息为工件200的表面的图像信息以及其厚度的图像信息等。探测装置40根据衍射信号生成图像信息的方式可参照已知的泵浦成像技术的成像方式，在此不再赘述。

可选地，第二激光装置30和探测装置40均设于打印舱61内，以提高其检测图像信息的准确性。

控制装置50用于接收探测装置40生成的实时图像信息，并根据实时图像信息和工件200的理论图像信息控制第一激光装置20调整第一激光21的运行参数或者第二激光22的运行参数。例如，在工件200的实体图像信息的部分区域超出理论图像信息对应区域的位置后，控制装置50可控制第二激光装置30运行，以对工件200进行减材加工，从而使工件200在该区域超出理论图像信息的部分切除。在工件200的实体图像信息的部分区域未达到理论图像信息对应区域的位置后，控制装置50可控制第一激光装置20运行，以增加工件200并进行增材加工，从而增大工件200的范围，使其符合理论图像信息。在工件200的厚度没有到达理论厚度时，可控制第一激光装置20运行，以进行增材加工，从而增厚工件200的厚度。

第一激光装置20输出的第一激光21的运行参数或第二激光22的运行参数，其具体可以是第一激光器23的运行路径、发出的第一激光21的扫描功率、扫描速度、扫描间距、扫描路径等，以及第二激光器24的运行路径、发出的第二激光22的扫描功率、扫描速度、扫描间距、扫描路径等。

控制装置50可采用已知的控制器，其具体控制逻辑可采用已知的控制逻辑进行，在此不再赘述。

本实施例的3D打印设备100工作时，每完成一个成型层的增材制造，可通过第二激光装置30和探测装置40获取工件200的实时图像信息，控制装置50可根据实时图像信息实时控制第一激光装置20的第一激光21的运行参数或第二激光22的运行参数，从而达到对该成型层的加工控制。如此，通过第二激光装置30和探测装置40配合，实现对各层成型层的实时图像信息的实时监测，且泵浦光与探测光的利用，可以提高实时图像信息的探测准确性，还能够实现高速获取实时图像信息，对整个成型过程几乎没有影响，再通过控制装置50实时分析实时图像信息，控制第一激光装置20的加工参数，实现在线的质量控制的和优化制造。由此，本实施例的3D打印设备100可以提高制造过程的稳定性和可控性，有效降低制造成本和提高制造效率，还能够减少制造中的废品率和缺陷率，提高工件200成品质量和可靠性。

可选地，本实施例中，第一激光装置20还包括振镜25和场镜26。振镜25设于第一激光器23和第二激光器24的出光光路上，并用于反射第一激光21或第二激光22至场镜26。场镜26设于打印舱，第一激光21和第二激光22可经过场镜26聚焦于成型装置10的成型平台12处。

本实施例中，参见图2至图5，3D打印设备100还包括移载组件63，移载组件63连接于打印舱61内；第二激光22装置和探测装置40均连接于移载组件63，并能够在移载组件63的带动下移动至成型装置10处或者避让第一激光21和第二激光22。如此，移载组件63能够带动第二激光22装置和探测装置40避让第一激光21和第二激光22，以便于实现第一激光21成型工件200或者第二激光22减材加工。在完成加工动作后，移载组件63能够带动第二激光22装置和探测装置40移动至成型装置10沿竖直方向Y上方，以便于执行准确的图像检测，实现高精度的加工控制。

当然，其他实施例中，第二激光22装置和探测装置40也可以固定设于成型装置10在水平方向X的一侧，并实时检测工件200的实时图像信息，如此则可以进一步提高加工效率。

本实施例中，参见图2至图5，移载组件63包括第一驱动模组631和第二驱动模组632。第一驱动模组631连接打印舱61。第二驱动模组632连接第一驱动模组631，并能够在第一驱动模组631的带动下沿水平方向X移动，第二驱动模组632连接第二激光22装置和探测装置40，并用于驱动第二激光22装置和探测装置40沿竖直方向Y移动。通过第一驱动模组631可以实现第二激光22装置和探测装置40在水平方向X进入成型装置10的外侧，保证工件200成型和减材加工的可靠性。通过第二驱动模组632可以实现对第二激光22装置的焦距调节，以提高探测装置40探测的衍射信号可靠性。

可选地，参见图2至图5，第一驱动模组631包括第一直线驱动件6311和第二直线驱动件6312。第一直线驱动件6311连接于打印舱61。第二直线驱动件6312连接第二驱动模组632，并用于带动第二驱动模组632沿水平方向X的第一方向X1移动，第二直线驱动件6312连接第一直线驱动件6311，并能够在第一直线驱动件6311的带动下沿水平方向X的第二方向X2移动。如此，可以实现第二激光22装置和探测装置40在第一方向X1或者在第二方向X2均进入至成型装置10的外侧，实现避让第一激光21或第二激光22，确保成型工件200和减材加工均不会受到移载组件63、第二激光22装置和探测装置40的影响。

可选地，第一直线驱动件6311、第二直线驱动件6312和第二直线模组分别可设为直线模组、直线电机或直线气缸等。

可选地，固定部62可设为固定板，固定板具有垂直于第二方向X2的安装面，第二激光22装置和探测装置40均固定于安装面处，且在第一方向X1间隔设置。

可选地，探测装置40设有接收衍射信号的开口，开口的延伸方向平行于竖直方向Y，以便于提高接收的衍射信号准确性。第二激光22装置发出的泵浦光的出光光路和探测光的出光光路平行，且均与竖直方向Y相交。

可选地，开口的延伸方向、泵浦光的出光光路与成型装置10的成型面相交于一点，有利于提高衍射信号的接收可靠性，提高实时图像信息的检测准确性。

本实施例中，参见图1，打印舱61设有连通孔611，连通孔611用于连通惰性保护气源64，以使惰性保护气体充满打印舱61内。通过在打印舱61内充入惰性保护气体，降低打印粉末300和氧气氧化影响打印质量的可能性，从而提高增材或减材加工中的可靠性。

本实施例中，参见图1，3D打印设备100还包括送粉装置70，送粉装置70设于成型装置10的一侧，送粉装置70用于向成型装置10输送粉末。

本实施例中，参见图1，打印舱61内设有打印支架65，成型装置10和送粉装置70均设于打印支架65处，打印支架65限定打印平面，成型装置10的成型平台12能够移动至其表面与打印平面位于同一平面上。

可选地，参见图1，送粉装置70包括储粉组件71和铺粉组件72。储粉组件71设于成型装置10沿第一方向X1的一侧，储粉组件71用于储存打印粉末300。铺粉组件72用于带动储粉组件71内的打印粉末300移动至成型装置10处。可选地，铺粉组件72包括铺粉辊，铺粉辊可活动地设于打印支架65的打印平面上，并能够将粉末送至与打印平面平行的成型平台12处。

可选地，参见图1，储粉组件71包括储粉缸711和储粉平台712。储粉缸711限定一端开口的储粉腔。储粉平台712沿竖直方向Y可滑动地设于储粉缸711内，储粉缸711的内表面与储粉平台712围成储粉槽713，储粉槽713用于储存打印粉末300，储粉平台712用于带动打印粉末300从储粉腔的开口排出，以供铺粉组件72铺设至成型装置10。储粉平台712能够移动至其表面与打印平面位于同一平面上，如此，便于铺粉组件72将储粉平台712上的打印粉末300推动至成型平台12处。

其他实施例中，3D打印设备100的储粉组件71也可以安装于铺粉组件72远离成型装置10的一侧，并以落粉方式进行送粉操作。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括：

成型装置，所述成型装置用于承载打印粉末；

第一激光装置，所述第一激光装置用于产生第一激光来成型工件，所述第一激光装置还用于产生第二激光用于对所述工件进行减材加工；

第二激光装置，所述第二激光装置设于所述成型装置的一侧，所述第二激光装置用于向所述工件发出泵浦光和探测光，所述泵浦光先于所述探测光发出，所述泵浦光用于激发所述工件，所述探测光用于照射于所述工件并产生衍射信号；

探测装置，所述探测装置用于接收所述衍射信号，并生成所述工件的实时图像信息；

控制装置，所述控制装置用于接收所述实时图像信息，并根据所述实时图像信息和所述工件的理论图像信息控制所述第一激光装置调整所述第一激光的运行参数或者所述第二激光的运行参数。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：

所述3D打印设备还包括打印舱，所述第二激光装置和所述探测装置均设于所述打印舱内侧，所述第一激光装置设于所述打印舱外侧。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于：

所述3D打印设备还包括移载组件，所述移载组件连接于所述打印舱内；

所述第二激光装置和所述探测装置均连接于所述移载组件，并能够在所述移载组件的带动下移动至所述成型装置处或者避让所述第一激光和所述第二激光。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于：

所述移载组件包括：

第一驱动模组，所述第一驱动模组连接所述打印舱；

第二驱动模组，所述第二驱动模组连接所述第一驱动模组，并能够在所述第一驱动模组的带动下沿水平方向移动，所述第二驱动模组连接所述第二激光装置和所述探测装置，并用于驱动所述第二激光装置和所述探测装置沿竖直方向移动。

5.根据权利要求3所述的3D打印设备，其特征在于：

所述3D打印设备还包括固定部，所述固定部连接于所述移载组件，所述第二激光装置和所述探测装置均固定连接于所述固定部，且相互间隔设置。

6.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于：

所述3D打印设备还包括惰性保护气源，所述惰性保护气源连通至所述打印舱内，并用于充入惰性保护气体至所述打印舱。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：

成型装置包括：

成型缸，所述成型缸限定一端开口的成型腔；

成型平台，所述成型平台可滑动地设于所述成型缸内，所述成型平台用于承载打印粉末，所述成型平台还用于接收所述第一激光以使所述打印粉末成型为所述工件。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：

所述3D打印设备还包括送粉装置，所述送粉装置设于所述成型装置的一侧，所述送粉装置用于向所述成型装置输送粉末。

9.根据权利要求8所述的3D打印设备，其特征在于：

所述送粉装置包括：

储粉组件，所述储粉组件设于所述成型装置的一侧，所述储粉组件用于储存打印粉末；

铺粉组件，所述铺粉组件用于带动所述储粉组件内的打印粉末移动至所述成型装置处。

10.根据权利要求9所述的3D打印设备，其特征在于：

所述储粉组件包括：

储粉缸，所述储粉缸限定一端开口的储粉腔；

储粉平台，所述储粉平台可滑动地设于所述储粉缸内，所述储粉缸的内表面与所述储粉平台围成储粉槽，所述储粉槽用于储存打印粉末，所述储粉平台用于带动所述打印粉末从所述储粉腔的开口排出，以供所述铺粉组件铺设至所述成型装置。