本實用新型涉及激光切割以及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置。

背景技術(shù)：

零件加工成型的方法，從基本思路來說可以分成兩大類，一種就是傳統(tǒng)的從整體逐漸去除材料而最終得到成品零件，如傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、刨等；另一種就是從離散添加的角度，逐層添加材料來堆積出所需零件，如各種快速成型方法，SLS、LOM、FDM等，人們分別沿兩種思路，或?qū)煞N思路結(jié)合，開發(fā)出各種新的機械加工成型設(shè)備，比如電火花成型，線切割技術(shù)、激光切割、水刀切割技術(shù)等?，F(xiàn)代以增材制造思想為指導(dǎo)的3D打印技術(shù)尤其受到社會各方面的廣泛關(guān)注，不同國家和地區(qū)，分別從不同的角度對其進(jìn)行研究，開發(fā)出了各種各樣的3D打印機。而金屬3D打印是整個3D打印體系中最前沿也是最具潛力和應(yīng)用價值的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。具有快速成型，細(xì)化晶粒，組織均勻無缺陷，結(jié)構(gòu)強度高，易加工復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件等諸多優(yōu)異特點。

金屬3D打印技術(shù)首先是在計算機上建立零件的三維CAD模型，而后利用軟件進(jìn)行分層切片，將零件的三維數(shù)據(jù)信息離散成一系列的二維輪廓信息，之后再利用3D打印設(shè)備通過每一層不同的圖形的累積，最后形成一個三維物體。因此，從原理上講，無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜的零件對于3D打印來說都可以加工，成形的零件幾乎不用后續(xù)加工，真正實現(xiàn)快速加工金屬零件。縮短產(chǎn)品開發(fā)至投入市場的時間，使產(chǎn)品開發(fā)成本極大地降低，尤其能使產(chǎn)品的制造更快速、柔性、個性化和多樣化。在新產(chǎn)品開發(fā)和單件小批量生產(chǎn)中具有無可比擬的優(yōu)勢，便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造。

金屬3D打印產(chǎn)品時需要考慮生成的晶體組織是否良好、整個試件是否均勻、內(nèi)部雜質(zhì)和孔隙的大小等問題。所以需要考慮多種制造參數(shù)配合，例如激光的功率和能量分布、激光聚焦點的移動速度和路徑、加料速度、保護(hù)氣壓、外部溫度等等，造成成型速度較慢，效率較低。而傳統(tǒng)的減材加工方式采用切除的方法具有效率高，熱影響小特點。將減材技術(shù)和增材制造思想相結(jié)合，開發(fā)新型加工成型的方法，不僅有利于提高加工速度和精度，而且容易實現(xiàn)加工過程自動化。

目前減材技術(shù)和增材制造相結(jié)合的方法主要包括增材技術(shù)和傳統(tǒng)數(shù)控機床相結(jié)合，如CN201510796063.7(一種金屬零件3D打印數(shù)控機床)、CN201510 911945.3(一種金屬激光3D處理設(shè)備)、CN201510796063.7(一種金屬零件3D打印數(shù)控機床)、CN201510077392.6(一種新型綜合性數(shù)控3D打印設(shè)備及使用方法)采用傳統(tǒng)機床與激光堆砌相結(jié)合，但切削加工采用傳統(tǒng)接觸式加工，加工精度不高；另外一種如201420843821.7(一種激光3D快速成形裝置)采用激光切割和激光3D打印相結(jié)合的辦法，該方法提出激光切割和3D打印相結(jié)合，但是缺乏具體方案，僅以激光切割頭和熱熔打印頭表示是通過激光實現(xiàn)上述加工方法，沒有具體的激光器和相應(yīng)的激光光路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，所述自由切換裝置包括：

激光器1、第一反射鏡2、第二反射鏡3、第三反射鏡4、第四反射鏡5、第五反射鏡10、第六反射鏡17、第七反射鏡18、激光切割頭12、3D打印頭13、3D打印送粉裝置以及三維工作臺；

所述激光切割頭12以及所述3D打印頭13安裝在所述三維工作臺上，并由所述三維工作臺控制三維運動；

其中，所述第二反射鏡3可平移運動進(jìn)而選擇進(jìn)入或者退出激光傳輸光路；

當(dāng)所述第二反射鏡3在電機的推動下進(jìn)入激光傳輸光路，由所述激光器1輸出的激光經(jīng)過所述第一反射鏡2，垂直于原光路傳輸，所述第二反射鏡3再次改變激光傳輸方向，使光線再次平行于原光路傳輸，再依次經(jīng)過所述第三反射鏡4、所述第四反射鏡5反射進(jìn)入與垂直光軸成45度的所述第六反射鏡17，激光在所述第六反射鏡17發(fā)射下形成了光軸垂直工作面的光路，最后在所述激光切割頭12的聚焦下，在工件的工作面上形成焦點用于切割加工；

當(dāng)所述第二反射鏡3在電機的推動下退出激光傳輸光路，由所述激光器1輸出的激光經(jīng)過所述第一反射鏡2，垂直于原光路傳輸，直到經(jīng)過第五反射鏡10反射后，改變方向進(jìn)入與垂直光軸成45度的第七反射鏡18，最后在所述3D打印頭13作用下聚焦于工件的工作面上，所述3D打印送粉裝置將合金粉末吹入焦點處，熔化的合金粉末在基材表面鋪開，形成堆砌加工。

進(jìn)一步地，所述三維工作臺包括由第一縱向?qū)к?、第二縱向?qū)к?、橫向?qū)к?1構(gòu)成的二維工作臺以及第一上下導(dǎo)軌7、第二上下導(dǎo)軌8，

所述激光切割頭12與所述3D打印頭13安裝在所述橫向?qū)к?1上，所述激光切割頭12與所述3D打印頭13通過所述橫向?qū)к?1實現(xiàn)X方向運動，通過所述第一縱向?qū)к?和所述第二縱向?qū)к?實現(xiàn)Y方向運動；

所述二維工作臺固定在上下結(jié)構(gòu)的所述第一上下導(dǎo)軌7和所述第二上下導(dǎo)軌8，所述激光切割頭12與所述3D打印頭13通過所述第一上下導(dǎo)軌7和所述第二上下導(dǎo)軌8實現(xiàn)Z方向運動。

進(jìn)一步地，所述第二反射鏡3由電機驅(qū)動產(chǎn)生平移運動。

進(jìn)一步地，所述第六反射鏡17安裝在所述第一上下導(dǎo)軌7上。

進(jìn)一步地，所述第七反射鏡18安裝在所述第二上下導(dǎo)軌8上。

進(jìn)一步地，所述3D打印送粉裝置包括送粉系統(tǒng)15和側(cè)向送粉頭14，所述送粉系統(tǒng)15中的合金粉末通過所述側(cè)向送粉頭14吹入所述3D打印頭13形成的激光焦點處。

進(jìn)一步地，所述激光器1采用半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步地，所述激光器1采用波長1064nm的半導(dǎo)體激光器。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

1)本實用新型公開了一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，采用一種增材和減材相結(jié)合的混合加工方式，既可激光切割又能激光3D打印，從而保證加工設(shè)備既有激光切割速度快、效率高等特點，又具3D打印的復(fù)雜的零件加工能力，以及其柔性、個性化和多樣化的特色。有利于提高零件的加工速度和精度，而且容易實現(xiàn)加工過程自動化。

2)本實用新型公開了一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，可在成本較低的原材料基礎(chǔ)上進(jìn)行粗加工，激光切割去除多余的部分。對零件中精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及特殊要求部分則采用堆疊加工，這將大幅節(jié)省貴重的工件材料和降低加工成本，節(jié)約材料成本，減少加工的時間，又能保證零件重要部位的質(zhì)量和精度。有著材料選擇范圍廣、材料價格便宜，成本低，材料利用率高等特點。

3)本實用新型公開了一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，通過反射鏡的推入或者取出，在激光切割和激光3D打印的兩種加工方式中自由切換。并且切換系統(tǒng)所需光學(xué)元件少，結(jié)構(gòu)簡單，操作速度快速，不存在激光損耗的問題。切換過程是通過電控制，只需開關(guān)電機，開電就成產(chǎn)生平移的運動，推動反射鏡進(jìn)入傳輸光路，斷電則電機回位，拉動反射鏡退出光路，操作簡單快捷。具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)高效、操作簡便、切換速度快、制作成本低，不存在激光損耗的特點。

4)本實用新型公開了一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，采用一個激光器實現(xiàn)兩路激光輸出，而且各路激光功率可調(diào)。解決常用的兩個激光器提供光源，這樣減少了激光器的數(shù)量，降低了設(shè)備的成本，同時也減少激光器所需空間，增加設(shè)備的緊湊型。

附圖說明

圖1是本實用新型公開的一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置中激光切割時的裝置示意圖；

圖2是本實用新型公開的一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置中3D打印時的裝置示意圖；

圖3是本實用新型公開的一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置的A-A剖面圖；

其中，1---激光器，2---第一反射鏡，3---第二反射鏡，4---第三反射鏡，5---第四反射鏡，6---第一縱向?qū)к墸?---第一上下導(dǎo)軌，8---第二上下導(dǎo)軌，9---第二縱向?qū)к墸?0---第五反射鏡，11---橫向?qū)к墸?2---激光切割頭，13---3D打印頭，14---側(cè)向送粉頭，15---送粉系統(tǒng)，16---工件，17---第六反射鏡，18---第七反射鏡。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

實施例

如圖1至圖3所示的一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，由激光器1、第一反射鏡2、第二反射鏡3、第三反射鏡4、第四反射鏡5、第五反射鏡10、第六反射鏡17、第七反射鏡18、激光切割頭12、3D打印頭13構(gòu)成激光切割和3D打印自由切換裝置的光路；側(cè)向送粉頭14、送粉系統(tǒng)15構(gòu)成3D打印送粉裝置，而第一縱向?qū)к?、第一上下導(dǎo)軌7、第二上下導(dǎo)軌8、第二縱向?qū)к?、橫向?qū)к?1構(gòu)成裝置的三維工作臺，用于控制所述激光切割頭12或者3D打印頭13的三維運動。

激光器1采用半導(dǎo)體激光器，具有重量輕，運轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高、體積小，便攜性好的優(yōu)點，波長1064nm，用于提供激光切割和3D打印的光源。

由激光器1輸出的激光經(jīng)過第一反射鏡2，垂直于原光路傳輸，這時第二反射鏡3在電機的推動下進(jìn)入激光傳輸光路，如圖1所示，再次改變激光傳輸方向，使光線再次平行于原光路傳輸。再依次經(jīng)過第三反射鏡4、第四反射鏡5反射進(jìn)入第一上下導(dǎo)軌7中與垂直光軸成45度的第六反射鏡17，如圖3所示。激光在該反射鏡發(fā)射下形成了光軸垂直工作面的光路，最后在激光切割頭12的聚焦下，在工件16的工作面上形成焦點用于切割加工。

當(dāng)從第一反射鏡2輸出的激光沒有經(jīng)過第二反射鏡3反射，即電機沒有把第二反射鏡3推入光路，如圖2所示。激光繼續(xù)傳輸直到經(jīng)過第五反射鏡10反射后，改變方向進(jìn)入第二上下導(dǎo)軌8中與垂直光軸成45度的第七反射鏡18，如圖3所示，并在3D打印頭13作用下聚焦于工件16的工作面上，送粉系統(tǒng)15中側(cè)向送粉頭14將合金粉末吹入焦點處，熔化的合金粉末在基材表面鋪開，形成堆砌加工。

激光切割和3D打印兩種加工，可以通過第二反射鏡3的推入或者取出自由的切換，并且切換系統(tǒng)所需光學(xué)元件少，結(jié)構(gòu)簡單，操作速度快速，不存在激光損耗的問題。切換過程是通過電控制，只需開關(guān)電機，開電就成產(chǎn)生平移的運動，推動反射鏡進(jìn)入傳輸光路，斷電則電機回位，拉動反射鏡退出光路，操作簡單快捷。

第一縱向?qū)к?、第二縱向?qū)к?、橫向?qū)к?1一起構(gòu)成一個二維工作臺，激光切割頭12與3D打印頭13安裝在橫向?qū)к?1上，隨著工作臺做X方向和Y方向運動。第一上下導(dǎo)軌7、第二上下導(dǎo)軌8是上下結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌，用于保證激光切割頭12與3D打印頭13在Z方向的運動。這樣第一縱向?qū)к?、第一上下導(dǎo)軌7、第二上下導(dǎo)軌8、第二縱向?qū)к?、橫向?qū)к?1一起構(gòu)成一個三維工作平臺，用于激光加工運動。

綜上所述，本實用新型公開了一種基于反射鏡平移的激光切割與3D打印自由切換裝置，采用在激光器發(fā)出的激光中插入或者取出反射鏡的工作方式，在激光加工與3D打印兩種加工方式之間自由切換，形成一種增材和減材相結(jié)合的混合加工設(shè)備，保證加工設(shè)備既有激光切割速度快、效率高等特點，又具3D打印的復(fù)雜的零件加工能力，以及其柔性、個性化和多樣化的特色。該裝置采用一個激光器實現(xiàn)兩路激光輸出，而且各路激光功率可調(diào)。解決常用的兩個激光器提供光源，這樣減少了激光器的數(shù)量，降低了設(shè)備的成本，同時也減少激光器所需空間，增加設(shè)備的緊湊型。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。