一种打印头装置和具有该装置的多功能加工平台制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种打印头装置和具有该装置的多功能加工平台，打印头装置包括打印头本体、激光器、喷嘴和预加热机构。打印头本体安装在随动机构上，激光器安装于打印头本体中部，喷嘴多个成一组并设有2组以上，各组喷嘴与输送保护气体、或载有不同种或同种加热熔融粉末耗材的保护气体的送料管路连接，预加热机构预先对喷射的金属粉末耗材进行加热。喷嘴的喷射位置、激光器的焦点位置、预加热机构的加热位置为同一区域。本实用新型专利技术既能通过预加热机构将喷嘴喷出的金属粉末耗材迅速加热至接近熔点的温度，减少激光器的功率，又能通过喷嘴喷射保护气体来防止爆熔或喷溅，无需封闭的箱体环境，进一步降低成本。

A printing head device and a multi-functional processing platform with the device

The utility model provides a printing head device and a multi-functional processing platform with the device. The printing head device comprises a printing head body, a laser, a nozzle and a pre-heating mechanism. The printer head body is mounted on the servo mechanism. The laser is mounted in the middle of the printer head body. There are more than two groups of nozzles. Each group of nozzles is connected with the feeding pipeline for conveying protective gas or protective gas containing different or the same kind of heating fused powder consumables. The pre-heating mechanism preheates the sprayed metal powder consumables. The injection position of the nozzle, the focus position of the laser and the heating position of the preheating mechanism are in the same region. The utility model can not only rapidly heat the metal powder consumables ejected from the nozzle to the temperature close to the melting point by the preheating mechanism, reduce the power of the laser, but also prevent the explosion or splash by spraying protective gas through the nozzle, without the need of enclosed box environment, and further reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种打印头装置和具有该装置的多功能加工平台
本技术涉及快速成型中的3D打印领域，特别涉及一种打印头装置及具有该装置的多功能加工平台。
技术介绍
3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。尤其是3D金属打印机具有很高的经济价值，但现有的3D金属打印机普遍存在以下几点问题：1.打印尺寸和价格成本问题。目前3D金属打印机普遍存在价格成本高的问题，一是激光器功率越大其成本越大，导致了大功率激光器的打印机销售价格居高不下，二是成型尺寸受到3D打印机封闭箱体的限制，由于使用了封闭式的箱体，所以制造成本会加大，所以3D金属打印机的售价一致居高不下。3D打印机的几乎100％均使用了封闭的箱体结构，原因是激光烧结需要在全封闭的环境下对烧结环境进行气体保护以防止爆熔或喷溅，以避免降低打印精度或避免表明不光滑的产生，箱体的大小限制了打印成品的尺寸。2.小型化和再次加工问题。目前3D打印技术只作为增量制造的一个方式与方法，但由于其熔融碓砌的加工原理，使3D打印产品均存在表面光滑度不够的问题，其加工的表面光滑度无法与切削工艺的减量制造效果相媲美，此时需要将3D打印产品再次进行减量制造。3.打印工件材料性能单一。传统3D金属打印机只能提前进行金属粉末组成比的掺杂，打印过程中其各种金属比例是不可以调整的。目前几乎100％的3D金属打印机都存在打印的耗材为同一种，在打印过程中不能够切换，而且不能不停机在打印过程中连续调整不同金属材料粉末的掺杂比例，使工件的材料性能比较单一，不能满足打印特殊材料制品的需求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种打印头装置和具有该装置的多功能加工平台，该打印头装置既能通过预加热机构将喷嘴喷出的金属粉末耗材迅速加热至接近熔点的温度，减少3D打印机使用的激光器的功率，大大降低成本；又能通过喷嘴喷射保护气体来防止爆熔或喷溅，无需封闭的箱体环境，进一步降低成本，通过所述多功能加工平台，能够集增量制造与减量制造于一体。为了解决上述技术问题，本技术的打印头装置包括：所述打印头装置包括打印头本体、激光器、喷嘴和预加热机构；所述打印头本体安装在能够自由移动的随动机构上，所述激光器安装于所述打印头本体中部，所述喷嘴多个成一组并设有2组以上，各组所述喷嘴经由管路连接件与输送保护气体、或载有不同种或同种加热熔融粉末耗材的所述保护气体的送料管路连接，所述预加热机构在所述喷嘴喷射载有金属粉末耗材的所述保护气体的情况下，预先对所述金属粉末耗材进行加热；所述喷嘴、所述预加热机构、所述激光器的位置布置为：所述喷嘴的喷射位置、所述激光器的焦点位置、所述预加热机构的加热位置为同一区域。优选地，所述喷嘴整体沿所述打印头本体的圆周均匀地布置，并以越靠近所述打印头本体的底端越聚拢的方式、从所述打印头本体的顶端贯通至底端；各组所述喷嘴相互交错布置。优选地，所述喷嘴三个成一组并设置有三组；各组内的所述喷嘴呈正三角形布置在所述打印头本体上。优选地，所述喷嘴与所述打印头本体分体设置，并且，所述喷嘴与所述打印头本体联接并能够同步动作。优选地，所述送料管路为柔性管路。优选地，所述激光器为光纤激光器。优选地，所述预加热机构为电弧预加热机构。优选地，所述电弧预加热机构设于所述激光器的外侧，包括电弧发生针、供电部、电弧控制单元，所述电弧发生针末端指向所述激光器的焦点位置。优选地，所述电弧发生针为钨铼合金材质。本技术的多功能加工平台具有上述任意一个技术方案所述的打印头装置和和对由所述打印头装置制造的产品进行表面处理的减量加工工具。根据本技术中的打印头装置和具有该装置的多功能加工平台，可获得的有益效果至在于：该打印头装置既能通过预加热机构将喷嘴喷出的金属粉末耗材迅速加热至接近熔点的温度，减少3D打印机使用的激光器的功率，大大降低成本；又能通过喷嘴喷射保护气体来防止爆熔或喷溅，无需封闭的箱体环境，进一步降低成本。通过所述多功能加工平台，能够集增量制造与减量制造于一体。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本技术更多的目的、功能和优点将通过本技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1是本技术的打印头装置一优选实施方式的结构示意图；图2是本技术的打印头装置的另一角度视图的结构示意图；图3是本技术的送料装置中涉及的送料总成一优选实施方式的结构示意图；图4是本技术的送料装置中涉及的配料泵泵壳的结构示意图；图5是本技术的送料装置中涉及的配料泵泵芯的结构示意图；图6是示出各个配料泵在其集料凹部相互具有相位差的状态下轮流输送粉末的状态的示意图；图7是本技术的送料装置中涉及的供气机构一优选实施方式的结构示意图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。本技术要解决的技术问题是提供一种打印头装置和具有该装置的多功能加工平台，该打印头装置既能通过预加热机构将喷嘴喷出的金属粉末耗材迅速加热至接近熔点的温度，减少3D打印机使用的激光器的功率，大大降低成本；又能通过喷嘴喷射保护气体来防止爆熔或喷溅，无需封闭的箱体环境，进一步降低成本，通过所述多功能加工平台，能够集增量制造与减量制造于一体。此外，为了便于理解，需要提前说明的是，送料装置可任何粉末耗材，例如可输送金属粉末耗材，也可输送非金属粉末耗材，如陶瓷粉末、热塑性塑料粉末等其他任何粉末，在与具有激光器的打印头装置200配套使用的情况下，送料装置经由送料管路向打印头装置200输送的是可通过激光器加热熔融的粉末耗材(以下，简称粉末耗材)，在使用预加热机构的情况下，是指输送金属粉末耗材。如图1、图2所示，本技术中的打印头装置200可包括打印头本体210、激光器(未图示)、多个喷嘴220、预加热机构230等。打印头本体210可安装于3D打印机的随动机构300上，从而打印头装置200可自由移动。具体而言，打印头本体210上端宽下端窄，整体呈多边形倒锥形台结构，打印头本体210的中部设有安装激光器的通孔240。各喷嘴220配置在打印头本体210中，并朝向激光器的焦点位置，具体而言，各喷嘴220沿打印头本体210的圆周均匀地分布，并以越靠近打印头本体210的底端越聚拢的方式从打印头本体210的顶端贯通至底端，进而，各喷嘴220下端的延长线可聚集于激光器的焦点位置。各喷嘴220的上端经由管路连接件(图6中仅示出部分喷嘴220上端的管路连接件)与送料管路连接。从而，送料装置(详见图3～图7)可经由送料管路向打印头装置200的各喷嘴220输送保护气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种打印头装置，其特征在于，所述打印头装置包括打印头本体、激光器、喷嘴和预加热机构；所述打印头本体安装在能够自由移动的随动机构上，所述激光器安装于所述打印头本体中部，所述喷嘴多个成一组并设有2组以上，各组所述喷嘴经由管路连接件与输送保护气体、或载有不同种或同种加热熔融粉末耗材的所述保护气体的送料管路连接，所述预加热机构在所述喷嘴喷射载有金属粉末耗材的所述保护气体的情况下，预先对所述金属粉末耗材进行加热；所述喷嘴、所述预加热机构、所述激光器的位置布置为：所述喷嘴的喷射位置、所述激光器的焦点位置、所述预加热机构的加热位置为同一区域。

【技术特征摘要】
1.一种打印头装置，其特征在于，所述打印头装置包括打印头本体、激光器、喷嘴和预加热机构；所述打印头本体安装在能够自由移动的随动机构上，所述激光器安装于所述打印头本体中部，所述喷嘴多个成一组并设有2组以上，各组所述喷嘴经由管路连接件与输送保护气体、或载有不同种或同种加热熔融粉末耗材的所述保护气体的送料管路连接，所述预加热机构在所述喷嘴喷射载有金属粉末耗材的所述保护气体的情况下，预先对所述金属粉末耗材进行加热；所述喷嘴、所述预加热机构、所述激光器的位置布置为：所述喷嘴的喷射位置、所述激光器的焦点位置、所述预加热机构的加热位置为同一区域。2.根据权利要求1所述的打印头装置，其特征在于，所述喷嘴整体沿所述打印头本体的圆周均匀地布置，并以越靠近所述打印头本体的底端越聚拢的方式、从所述打印头本体的顶端贯通至底端；各组所述喷嘴相互交错布置。3.根据权利要求2所述的打印头装置，其特征在于，所述喷嘴三个成一组并设置有三组；各组内的所述喷嘴呈...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文龙，刘尧棣，陈铁楠，马云锐，霍思光，李娇，梁峰，
申请(专利权)人：吉林师范大学，吉林省信诺智能光电信息系统科技研发有限公司，
类型：新型
国别省市：吉林,22