以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法技术

本发明专利技术提供一种以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法，所述3D打印机包括：外壳，所述外壳内设有密封腔体；三轴运动机床，安装于所述密封腔体内，包括X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组；工作台，安装于所述三轴运动机床的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板沿X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组运动；以及激光送丝装置，安装于所述工作台的上方，用于向所述打印基板中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光和金属丝。通过本发明专利技术解决了现有采用电子束熔丝增材进行3D打印时，存在设备制造难度大及打印成本高的问题，采用电弧增材进行3D打印时，存在表面成型质量差的问题。

【技术实现步骤摘要】
以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法
本专利技术涉及3D打印领域，特别是涉及一种以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法。
技术介绍
金属增材3D打印常用的形式按照原材料的不同分为金属送丝打印和金属粉增材打印两种；而金属粉增材3D打印机由于材料利用率较低、送粉量稳定性差、熔道两侧处于半熔状态的粉末易粘附在成型零件表面等问题，在一些譬如薄壁类的大型零件中打印效果较差；而针对此类零件的增材制造，现有一般采用金属送丝3D打印方式，且此种打印方式存在诸多优点，如送料精度更高、更易实现控制、材料利用率高、成本低廉等，因此具有更广阔的发展空间。现有的金属送丝3D打印机常用的形式主要有电子束熔丝增材制造和电弧增材制造两种；其中，电子束熔丝增材制造需要整个环境的真空，故设备制造难度较大，整体打印成本较高；而电弧增材制造的表面成型质量较差。鉴于此，有必要设计一种新的以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法用以解决上述技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法，用于解决现有技术中采用电子束熔丝增材进行3D打印时，存在设备制造难度大及打印成本高的问题，采用电弧增材进行3D打印时，存在表面成型质量差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种以激光为热源的送丝3D打印机，所述3D打印机包括：外壳，所述外壳内设有密封腔体；三轴运动机床，安装于所述密封腔体内，包括X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组；工作台，安装于所述三轴运动机床的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板沿X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组运动；以及激光送丝装置，安装于所述工作台的上方，用于向所述打印基板中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光和金属丝。优选地，所述激光送丝装置安装于所述三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3D打印。优选地，所述3D打印机还包括：一辅助三轴运动机床，安装于所述三轴运动机床上方，包括辅助X轴运动模组、辅助Y轴运动模组及辅助Z轴运动模组；其中，所述激光送丝装置安装于所述辅助三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3D打印。优选地，所述工作台包括加热工作台，其中，所述加热工作台包括：水冷隔离板，所述水冷隔离板上设有水冷循环通道；绝缘保温隔热板，设于所述水冷隔离板上方；加热平台，设于所述绝缘保温隔热板上方，包括若干加热模块，及与若干所述加热模块电连接的测温组件；及工作平台，设于所述加热平台上方，包括若干与所述加热模块对应的工作区域，及隔离各所述工作区域的隔离槽；其中，所述打印基板设于所述工作平台上方。优选地，所述加热测温组件包括：第一热电偶，与位于中心区域的若干所述加热模块电连接，用于调节并测量位于中心区域的若干所述加热模块的加热温度；其中，所述打印基板设于所述第一热电偶控制区域上方的若干所述工作区域的上方；及第二热电偶，与所述加热平台中除中心区域以外的边缘区域的若干所述平台模块电连接，用于调节并测量位于边缘区域的若干所述加热模块的加热温度。优选地，所述激光送丝装置包括：激光熔敷头，所述激光熔敷头包括熔敷头本体，设于所述熔敷头本体上方的激光器接口和送丝机接口，及设于所述熔敷头本体下方的传输出口，其中，所述熔敷头本体内设有激光光路及送丝管路；激光器，所述激光器通过所述激光器接口与所述激光熔敷头同轴连接；及送丝机枪头，所述送丝机枪头通过所述送丝机接口与所述激光熔敷头同轴连接。优选地，所述激光送丝装置还包括：安装于所述激光器一侧的激光固定架。优选地，所述激光送丝装置还包括：安装于所述送丝机枪头前端的金属丝矫直器。优选地，所述3D打印机还包括安装于所述外壳两侧的除尘装置；其中，所述除尘装置包括：至少一组除尘接口，一组所述除尘接口包括除尘入口和除尘出口，所述除尘入口安装于所述外壳的一侧、且与所述密封腔体连通，所述除尘出口安装于所述外壳的另一侧、且与所述密封腔体连通；防爆电磁阀，分别安装于所述除尘入口和所述除尘出口上；循环管路，所述循环管路的一端与所述除尘入口连接，其另一端与所述除尘出口连接；过滤器，安装于靠近所述除尘入口的循环管路上；及循环风机，安装于靠近所述除尘出口的循环管路上。优选地，所述除尘装置还包括：安装于所述过滤器两端的压差阀。优选地，当所述除尘接口为多组时，多组所述除尘接口分别安装于所述外壳的不同高度上。优选地，所述3D打印机还包括惰性气体供给装置，其中，所述惰性气体供给装置包括惰性气体供给腔室及气体供给管路；其中，所述气体供给管路的一端与所述惰性气体供给腔室连接，其另一端与所述密封腔体连通。优选地，所述3D打印机还包括冷却装置，其中，所述冷却装置包括：水气供给腔室，设于所述密封腔体的外侧；冷却腔室，设于所述密封腔体的外侧，且与所述水气供给腔室连接；及水路拖链，设于所述密封腔体内、且位于所述激光送丝装置一侧，其一端与所述水气供给腔室连接，其另一端与所述冷却腔室连接。本专利技术还提供了一种以激光为热源的送丝3D打印机的打印方法，所述打印方法包括：预设待打印三维模型；将所述待打印三维模型进行分层切片处理，形成各沉积层的扫描路径，并根据所述扫描路径，生成机床控制数据；于工作台上放置打印基板，并通过聚焦光斑于所述打印基板上按所述扫描路径标识预设成型位置；通过所述机床控制数据控制三轴运动机床，以带动所述工作台上的打印基板运动，使所述打印基板上标识的预设成型位置运动至激光送丝装置的下方；以及所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。优选地，所述打印方法还包括：通过所述三轴运动机床控制所述工作台和所述激光送丝装置进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。优选地，所述打印方法还包括：通过两套三轴运动机床分别控制所述工作台和所述激光送丝装置，以进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。如上所述，本专利技术的以激光为热源的送丝3D打印机及其打印方法，具有以下有益效果：1、本专利技术所述3D打印机，不仅制造难度小、打印成本低，而且打印产品的表面成型质量高。2、本专利技术所述3D打印机采用三轴运动机床控制所述工作台及/或所述激光送丝装置进行3D打印，不仅结构稳定、成型区域实现最大化，而且打印精度高。3、本专利技术所述3D打印机通过激光固定架及金属丝矫直器的设置，分别对所述激光器进行固定及对金属丝进行矫直，从而大大提高了激光与金属丝同轴传输的精确度。4、本专利技术所述3D打印机通过加热工作台的设置，可降低激光熔覆过程中打印基板的热变形；而且通过若干加热模块共同对所述工作台进行加热，实现了各工作区域的温控要求、温度均匀可靠。5、本专利技术所述3D打印机通过设置一除尘装置，以实现对打印过程中产生的烟尘杂质进行过滤除尘的作用。6、本专利技术所述3D打印机通过惰性气体供给装置及气体供给管路的设置，可实现在打印过程中向所述密封腔体内充入惰性气体，使所述密封腔体内的微氧含量不大于1000ppm，以防止打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述3D打印机包括：外壳，所述外壳内设有密封腔体；三轴运动机床，安装于所述密封腔体内，包括X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组；工作台，安装于所述三轴运动机床的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板沿X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组运动；以及激光送丝装置，安装于所述工作台的上方，用于向所述打印基板中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光和金属丝。

【技术特征摘要】
1.一种以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述3D打印机包括：外壳，所述外壳内设有密封腔体；三轴运动机床，安装于所述密封腔体内，包括X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组；工作台，安装于所述三轴运动机床的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板沿X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组运动；以及激光送丝装置，安装于所述工作台的上方，用于向所述打印基板中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光和金属丝。2.根据权利要求1所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述激光送丝装置安装于所述三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3D打印。3.根据权利要求1所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括：一辅助三轴运动机床，安装于所述三轴运动机床上方，包括辅助X轴运动模组、辅助Y轴运动模组及辅助Z轴运动模组；其中，所述激光送丝装置安装于所述辅助三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3D打印。4.根据权利要求1、2或3所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述工作台包括加热工作台，其中，所述加热工作台包括：水冷隔离板，所述水冷隔离板上设有水冷循环通道；绝缘保温隔热板，设于所述水冷隔离板上方；加热平台，设于所述绝缘保温隔热板上方，包括若干加热模块，及与若干所述加热模块电连接的测温组件；及工作平台，设于所述加热平台上方，包括若干与所述加热模块对应的工作区域，及隔离各所述工作区域的隔离槽；其中，所述打印基板设于所述工作平台上方。5.根据权利要求4所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述加热测温组件包括：第一热电偶，与位于中心区域的若干所述加热模块电连接，用于调节并测量位于中心区域的若干所述加热模块的加热温度；其中，所述打印基板设于所述第一热电偶控制区域上方的若干所述工作区域的上方；及第二热电偶，与所述加热平台中除中心区域以外的边缘区域的若干所述加热模块电连接，用于调节并测量位于边缘区域的若干所述加热模块的加热温度。6.根据权利要求1、2或3所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述激光送丝装置包括：激光熔敷头，所述激光熔敷头包括熔敷头本体，设于所述熔敷头本体上方的激光器接口和送丝机接口，及设于所述熔敷头本体下方的传输出口，其中，所述熔敷头本体内设有激光光路及送丝管路；激光器，所述激光器通过所述激光器接口与所述激光熔敷头同轴连接；及送丝机枪头，所述送丝机枪头通过所述送丝机接口与所述激光熔敷头同轴连接。7.根据权利要求6所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述激光送丝装置还包括：安装于所述激光器一侧的激光固定架。8.根据权利要求7所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在于，所述激光送丝装置还包括：安装于所述送丝机枪头前端的金属丝矫直器。9.根据权利要求1、2或3所述的以激光为热源的送丝3D打印机，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟民，闵国全，司君平，徐栋，吴杰华，
申请(专利权)人：上海产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31