3D打印装置制造方法及图纸

一种3D打印装置包括：成型工作台，设置在成型工作室内；铺粉装置和激光器，所述激光器为光纤激光器，包括依次设置的连续激光种子源和脉冲激光种子源、光纤耦合器及光纤放大器，所述连续激光种子源和脉冲激光种子源输出的光束经过光纤耦合器及光纤放大器后输出连续激光或脉冲激光；其中：所述连续激光用于对所述铺设粉末的成型工作台扫描成型，所述脉冲激光用于对打印成型件边缘进行精密加工。所述3D打印装置稳定性高，精度好，成本低。

3D printing device

A 3D printing device includes a forming worktable arranged in a forming workroom, a powder spreading device and a laser, the laser being a fiber laser, including a sequentially arranged continuous laser seed source and a pulse laser seed source, a fiber coupler and an optical fiber amplifier, the continuous laser seed source and a pulse laser seed source for transmission. The output beam passes through an optical fiber coupler and an optical fiber amplifier and outputs a continuous laser or a pulse laser, wherein the continuous laser is used for scanning and shaping the forming table of the paved powder, and the pulse laser is used for precise processing of the edge of the printed part. The 3D printing device has the advantages of high stability, good accuracy and low cost.

【技术实现步骤摘要】
3D打印装置
本技术涉及一种激光3D打印技术，尤其涉及一种基于连续脉冲激光的选区激光熔化3D打印装置。
技术介绍
选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技术是目前金属3D打印技术中成型精度最高的成型方法，SLM技术是利用高密度激光斑点在具有保护气氛的箱体里进行的二维图形的快速扫描，使熔化的金属粉末材料凝固成20μm-30μm的薄层，并逐层堆积打印出精密的3D成型件，广泛应用于航空航天，生物医疗等行业的精密零部件、植入器件制造。尽管SLM打印精度可达到0.05mm-0.02mm，但受制于粉末粒度，激光聚焦光斑尺寸、逐层打印等材料与工艺因数，SLM技术成型零部件的尺寸精度和表面粗糙度仍然无法满足高精密零部件的精度要求。脉冲激光器具有高稳定性、低成本、高峰值功率等优势，采用这种超快脉冲激光器加工脆硬、超薄材料，割口光滑(粗糙度Ra＜1.0μm)无热损伤，属于冷加工，是目前材料微加工领域出现的“颠覆性技术”。然而，目前国外进口的皮秒固体脉冲激光器价格昂贵，系统复杂，稳定性差，根本无法应用于SLM快速成型的精密加工。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种3D打印装置，利用光纤激光的连续或脉冲激光打印并加工工件，可满足3D打印系统高稳定性、高精度、低成本的要求。本技术提供了一种3D打印装置，所述3D打印装置包括：成型工作台，设置在成型工作室内；铺粉装置，用于在所述成型工作台铺设粉末；第一激光器，所述第一激光器为光纤激光器，包括依次设置的连续激光种子源和脉冲激光种子源、光纤耦合器及光纤放大器，所述连续激光种子源和脉冲激光种子源输出的光束经过光纤耦合器及光纤放大器后输出连续激光或脉冲激光；激光控制模块，所述激光控制模块与所述第一激光器连接，用于控制所述第一激光器输出连续激光或脉冲激光；第一扫描振镜，所述第一扫描振镜用于将所述第一激光器输出的连续激光或脉冲激光通过第一扫描振镜聚焦在铺设在所述成型工作台上的粉末，其中：所述连续激光用于对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型，所述脉冲激光用于对成型件进行精密加工,所述脉冲激光的焦距范围为100～500mm。优选地，还包括摄像头，在通过所述连续激光扫描成型出平面时，通过所述摄像头获取所述平面的表面形貌后，所述脉冲激光对所述平面轮廓进行精密加工，并通过所述摄像头进行实时监控。优选地，还包括第二激光器，在所述第一激光器对所述铺设粉末的成型工作台扫描成型和轮廓加工完成后，所述第二激光器对所述成型的表面进行微结构减材加工。优选地，所述第二激光器沿相互垂直的两个方向移动地设置于所述成型工作台的上方，所述第二激光器为皮秒或者飞秒激光器，并且所述第二激光器的焦距范围为5～100mm。优选地，还包括热处理机构，所述热处理机构用于对所述成型工作室进行热处理，所述热处理机构包括设置在所述成型工作台上的加热元件，用于对粉末进行预热，和/或，所述热处理机构包括设置在所述成型工作室内的辐射源，用于对所述成型件的面成型轨迹进行加热。优选地，还包括温度控制装置，所述温度控制装置包括冷却机构、隔热板、加热器和温度传感器；所述冷却机构包括气冷机构和水冷机构，所述气冷机构包括设置在气体循环净化装置的管道上的气体热交换器和与所述气体喷射孔，所述气体喷射孔用于对所述第一扫描振镜、第二扫描振镜和激光入射窗中至少一种进行喷射气体冷却；所述水冷机构包括相互连通的冷却通道，所述水冷通道具有水冷入口和水冷出口，并且所述水冷通道设置于所述成型工作室的侧壁和成型缸的底面；所述隔热板设于所述成型工作室的侧壁，以及所述成型缸基台的下方，并且所述隔热板的边缘与所述成型缸基台连接，形成一密闭空间，所述加热器设于该密闭空间内；所述温度传感器设于所述成型工作室的内壁，以及所述成型工作台的朝向所述加热器的表面。本技术还提供了一种3D打印方法，所述3D打印方法包括：利用铺粉装置在成型工作台铺设粉末；控制所述第一激光器发出连续激光对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型；及控制所述第一激光器发出脉冲激光以对成型件的表面轮廓进行精密加工。优选地，在所述第一激光器发出连续激光对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型和轮廓加工形成成型件后，还通过第二激光器对所述成型件的表面进行微结构减材加工，其中，所述第二激光器为皮秒或者飞秒激光器，并且所述第二激光器的焦距范围为5～100mm。优选地，所述控制所述第一激光器发出脉冲激光以对成型件的表面轮廓进行精密加工和所述第二激光器进行对所述成型件的表面进行微结构减材加工的步骤包括：在通过所述连续激光扫描成型出平面时，通过所述摄像头获取所述平面的表面形貌，通过所述脉冲激光对所述平面轮廓进行精密加工，以及通过所述第二激光器进行对所述成型件的表面进行微结构减材加工，并通过所述摄像头进行实时监控。优选地，在所述控制所述第一激光器发出连续激光对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型的步骤之前，还包括：对所述成型工作室进行热理处工序，所述热处理工序包括：通过加热元件对所述粉末进行加热，和/或，通过设置在所述成型工作室内的辐射源对所述成型件的面成形轨迹进行加热。相较于现有技术，本技术提供的3D打印装置采用高稳定性的第一激光器分别发出连续激光和脉冲激光，仅一台激光器即可实现成型及精加工，稳定性高，精度好，且成本较低。进一步，本技术提供的3D打印装置还可以通过摄像头获取成型件的表面形貌，实时观测脉冲激光对连续激光增材加工形成的成型表面进行轮廓加工，以及微结构加工的表面形貌，这样，可以在增材过程中一次实现打印成形和精加工，不再需要对成型件再次进行研磨。更进一步的，本技术提供的3D打印装置还通过第一激光器扫描成型形成成型件的打印层后，通过第二激光器对打印层进行微结构减材加工，尤其适合应用在具有微结构的3D打印，例如口腔器件、骨关节、椎体、精密导管、航天航空器件、精密过滤器件、微结构反应器等领域的3D打印。而且，本技术提供的3D打印装置又可以通过热处理机构对打印件进行热处理，可以降低成型件在打印时激光烧结部分与激光未烧结部分的温度存在差别而导致3D打印工件存在的应力，消除变形和裂纹，使得打印出的工件具有更好的微观组织。附图说明图1是本技术第一实施方式提供的一种3D打印装置的结构图。图2是本技术第二实施方式提供的一种3D打印装置的结构图。图3是本技术第三实施方式提供的一种3D打印装置的结构图。图4是本技术第四实施方式提供的一种3D打印装置的结构图。图5是本技术第五实施方式提供的一种3D打印装置的结构图。图6是图5中A-A处的剖面结构图。图7是本技术第五实施方式提供的一种3D打印装置的成型缸的结构图。主要元件符号说明3D打印装置1000成型工作室1激光入射窗10摄像头11成型工作台2成型缸21成型缸基台210成型缸升降杆212工作平台22铺粉装置3铺粉缸31铺粉缸基台310铺粉缸升降杆312铺粉件32气体控制系统4气体供应装置40抽真空装置41气体循环净化装置42气体热交换器43热交换格栅431冷却水降温板432第一激光器5连续激光种子源51脉冲激光种子源52光纤耦合器53光纤放大器54第一扫描振镜55辐射源6水冷通道61温度传感器62加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括：成型工作台，设置在成型工作室内；铺粉装置，用于在所述成型工作台铺设粉末；第一激光器，所述第一激光器为光纤激光器，包括依次设置的连续激光种子源和脉冲激光种子源、光纤耦合器及光纤放大器，所述连续激光种子源和脉冲激光种子源输出的光束经过光纤耦合器及光纤放大器后输出连续激光或脉冲激光；激光控制模块，所述激光控制模块与所述第一激光器连接，用于控制所述第一激光器输出连续激光或脉冲激光；第一扫描振镜，所述第一扫描振镜用于将所述第一激光器输出的连续激光或脉冲激光通过第一扫描振镜聚焦在铺设在所述成型工作台上的粉末，其中：所述连续激光用于对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型，所述脉冲激光用于对成型件进行精密加工,所述脉冲激光的焦距范围为100～500mm。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括：成型工作台，设置在成型工作室内；铺粉装置，用于在所述成型工作台铺设粉末；第一激光器，所述第一激光器为光纤激光器，包括依次设置的连续激光种子源和脉冲激光种子源、光纤耦合器及光纤放大器，所述连续激光种子源和脉冲激光种子源输出的光束经过光纤耦合器及光纤放大器后输出连续激光或脉冲激光；激光控制模块，所述激光控制模块与所述第一激光器连接，用于控制所述第一激光器输出连续激光或脉冲激光；第一扫描振镜，所述第一扫描振镜用于将所述第一激光器输出的连续激光或脉冲激光通过第一扫描振镜聚焦在铺设在所述成型工作台上的粉末，其中：所述连续激光用于对所述铺设在所述成型工作台上的粉末扫描成型，所述脉冲激光用于对成型件进行精密加工,所述脉冲激光的焦距范围为100～500mm。2.如权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，还包括摄像头，在通过所述连续激光扫描成型出平面时，通过所述摄像头获取所述平面的表面形貌后，所述脉冲激光对所述平面轮廓进行加工，并通过所述摄像头进行实时监控。3.如权利要求1所述的3D打印装置，其特征在于，还包括第二激光器，在所述第一激光器对所述铺设粉末的成型工作台扫描成型和轮廓加工完成后，所述第二激光器对所述成型的表面进行微结构减材加工。4.如权利要求3所述的3D打印装置，其特征在于，所述第二激光器沿相互垂直的两个方向移动地设置于所述成型工作台的上方，所述第二激光器为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建业，戚文军，胡高峰，徐卡里，牛留辉，朱昊威，高文华，关子民，黄文欢，李艳青，
申请(专利权)人：广东汉邦激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44