專利名稱:激光輸出裝置及3d打印機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸透鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡。該激光器用于產(chǎn)生激光束。該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、該凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會(huì)聚至一掃描焦點(diǎn)。該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置感測裝置以及止動(dòng)裝置。該平移裝置用于至少驅(qū)動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動(dòng)。該位置感測裝置用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡或該凸透鏡的位置。該止動(dòng)裝置設(shè)置在該凹透鏡或該凸透鏡的移動(dòng)路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變?cè)搾呙杞裹c(diǎn)的位置。本實(shí)用新型還提供一種3D打印機(jī)。
【專利說明】
激光輸出裝置及3D打印機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光輸出裝置及具有該激光輸 出裝置的3D打印機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種利用快速成形技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采 用金屬或非金屬材料制成的待成型粉末，將平鋪好的待成型粉末逐層熔化/融化，然后固化 堆積成型來構(gòu)造三維的實(shí)體的打印設(shè)備。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印機(jī)在產(chǎn)品制 造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。其中，激光輸出裝置是3D打印機(jī)的重要組成部分。
[0003] 目前，激光輸出裝置通常使用簡單的定焦光路，而針對(duì)激光掃描燒結(jié)點(diǎn)存在兩種 情況:第一，激光輸出裝置產(chǎn)生的激光掃描燒結(jié)、熔化/融化待成型粉末是在固定的焦點(diǎn)上 進(jìn)行，即，掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描雖然適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度，但會(huì)導(dǎo)致3D成 型效率較低。此時(shí)，人們會(huì)想到通過提高輸出的激光功率來提高3D成型效率，然而，在焦點(diǎn) 位置輸出比較大的激光功率時(shí)，待成型粉末會(huì)部分氣化，產(chǎn)生飛濺，反過來會(huì)影響3D成型的 精度與致密度。第二，激光輸出裝置產(chǎn)生的激光掃描燒結(jié)、熔化/融化待成型粉末不在固定 的焦點(diǎn)上進(jìn)行，即，掃描燒結(jié)點(diǎn)不在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置 時(shí)的激光光斑增大，則無法保證零件輪廓的精度。因此，掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)3D成型效 率低，而掃描燒結(jié)點(diǎn)不在焦點(diǎn)位置時(shí)又不能保證零件輪廓精度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，有必要提供一種既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型效率的激 光輸出裝置及一種具有該激光輸出裝置的3D打印機(jī)。
[0005] -種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸 透鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡。該激光器用于產(chǎn)生激光束。該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、 該凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會(huì)聚 至一掃描焦點(diǎn)。該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置感測裝置 以及止動(dòng)裝置。該平移裝置用于至少驅(qū)動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動(dòng)。該位置感測 裝置用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡或該凸透鏡的位置。該止動(dòng)裝置設(shè)置在該凹透鏡或該凸透 鏡的移動(dòng)路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變?cè)搾呙杞裹c(diǎn)的位 置。
[0006] 進(jìn)一步地，該止動(dòng)裝置為橫截面是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形 的各邊距離均不同。
[0007] 進(jìn)一步地，該平移裝置用于驅(qū)動(dòng)該凹透鏡移動(dòng)，該凸透鏡固定。
[0008] 進(jìn)一步地，該平移裝置用于驅(qū)動(dòng)該凸透鏡移動(dòng)，該凹透鏡固定。
[0009] 進(jìn)一步地，該平移裝置采用電機(jī)螺旋移動(dòng)裝置。
[0010]進(jìn)一步地，該激光輸出裝置還包括收容裝置，該收容裝置用于收容該凹透鏡或該 凸透鏡，該平移裝置與該收容裝置固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置移動(dòng)而帶動(dòng)該凹透鏡或該凸 透鏡移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該收容裝置的移動(dòng)線路上以使該收容裝置停留在不同的位 置。
[0011]進(jìn)一步地，該平移裝置采用氣缸移動(dòng)裝置，包括氣缸以及被該氣缸驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)部， 該氣缸與該移動(dòng)部連接。
[0012] 進(jìn)一步地，該激光輸出裝置還包括收容裝置，該收容裝置用于收容該凹透鏡或該 凸透鏡，該移動(dòng)部與該收容裝置固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置移動(dòng)而帶動(dòng)該凹透鏡或該凸透 鏡移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該收容裝置的移動(dòng)線路上以使該收容裝置停留在不同的位置。
[0013] 進(jìn)一步地，該移動(dòng)部與該凹透鏡或該凸透鏡固定連接以帶動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡 移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該移動(dòng)部的移動(dòng)線路上以使該移動(dòng)部停留在不同的位置。
[0014] 一種3D打印機(jī)，包括工作臺(tái)及如上所述的任意一種激光輸出裝置。該激光輸出裝 置設(shè)置在該工作臺(tái)的上方，該工作臺(tái)用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)落在該待成型粉末 上。
[0015] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的激光輸出裝置設(shè)置及具有該激光輸出裝置設(shè)置的 3D打印機(jī)利用設(shè)置在光學(xué)元件的移動(dòng)路線上的止動(dòng)裝置迫使光學(xué)元件停止在不同的位置， 從而改變?cè)搾呙杞裹c(diǎn)的位置，能夠滿足不同的打印需求，既能夠保證零件輪廓精度又能提 高3D成型的效率。
【附圖說明】

[0016] 圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是圖1中的激光輸出裝置中的止擋裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4是本實(shí)用新型第三實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖5是本實(shí)用新型第四實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖6是本實(shí)用新型第五實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是本實(shí)用新型第六實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]主要元件符號(hào)說明
[0024]
[0025]
[0026] 如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
【具體實(shí)施方式】 [0027]第一實(shí)施方式
[0028]請(qǐng)參閱圖1，為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式提供的激光輸出裝置10。該激光輸出裝置 10包括激光器11、光學(xué)元件12、激光掃描振鏡13、聚焦透鏡14、收容裝置15、平移裝置16、位 置感測裝置17、止擋裝置18、以及控制器19。
[0029] 該激光器11用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件12包括激光擴(kuò)束器122、凹透鏡124及凸 透鏡126。該激光擴(kuò)束器122用于擴(kuò)展從該激光器11產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡124用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器122的激光束。該凸透鏡126用于匯聚來自該凹透鏡124的激光束。該激光 掃描振鏡13用于將來自該凸透鏡126的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚 焦透鏡14設(shè)置于該激光掃描振鏡13的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置10工作時(shí)，該 激光器11產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器122擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡124發(fā)散，及經(jīng)該 凸透鏡126匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡13后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡14會(huì)聚 至一掃描焦點(diǎn)01進(jìn)行掃描打印。
[0030] 本實(shí)施方式中，該收容裝置15為一長方形框體，該凹透鏡124收容在該收容裝置15 內(nèi)，在該激光輸出裝置10工作時(shí)，該收容裝置15并不影響激光束的傳輸。該平移裝置16采用 電機(jī)螺旋移動(dòng)裝置，該平移裝置16與該收容裝置15的外殼下部固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置 15移動(dòng)從而帶動(dòng)該凹透鏡124沿著光路來回移動(dòng)。該位置感測裝置17固定在該平移裝置16 上以跟隨該凹透鏡124的移動(dòng)而移動(dòng)，該位置感測裝置17用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡124的 位置。
[0031] 請(qǐng)結(jié)合圖2,該止擋裝置18為橫截面是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊 形的各邊距離均不同。該止擋裝置18設(shè)置在該激光擴(kuò)束器122與該收容裝置15之間并位于 該收容裝置15上方以能阻擋住該收容裝置15的移動(dòng)又不處于激光束的傳輸路線中影響激 光束的傳輸。該止擋裝置18具有一個(gè)中心軸182,其能繞著該中心軸182自轉(zhuǎn)，該中心軸182 到該止擋裝置18的各個(gè)側(cè)面的距離均不相同。本實(shí)施方式中，該止擋裝置18為橫截面是六 邊形的棱柱體，其包括第一側(cè)面183、第二側(cè)面184、第三側(cè)面185、第四側(cè)面186、第五側(cè)面 187以及第六側(cè)面188。在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置18的橫截面還可以是其他的不規(guī)則 的多邊形，例如三角形、四邊形、五邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形 的各邊距離均不同即可。
[0032] 該控制器19與該激光器11、該平移裝置16、該位置感測裝置17及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置 18轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對(duì)該激光器11、該平移裝置16、該位置感測裝置17 及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置18轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置進(jìn)行精確控制。
[0033] 請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，該激光輸出裝置10工作時(shí)，該凸透鏡126固定，該激光器11產(chǎn)生激光 束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器122擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡124發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡126匯聚進(jìn) 入該激光掃描振鏡13后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡14會(huì)聚至一掃描焦點(diǎn)01進(jìn) 行掃描打印，由于掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖1中01點(diǎn))在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次 掃描的線寬也是最細(xì)的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精 度。當(dāng)需要掃描形成精度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置10通過該位置感測 裝置17檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡124的位置，并通過調(diào)節(jié)該凹透鏡124的位置來調(diào)節(jié)激光束的 光斑直徑大小，當(dāng)平移裝置16驅(qū)動(dòng)該收容裝置15朝遠(yuǎn)離該凸透鏡126的方向移動(dòng)從而帶動(dòng) 該凹透鏡124朝遠(yuǎn)離該凸透鏡126的方向移動(dòng)時(shí)，激光束發(fā)散直徑變大，掃描焦點(diǎn)的位置下 移至02;當(dāng)平移裝置16驅(qū)動(dòng)該收容裝置15朝接近該凸透鏡126的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凹透 鏡124朝接近該凸透鏡126的方向移動(dòng)時(shí)，激光束發(fā)散直徑變小，掃描焦點(diǎn)的位置上移；當(dāng)掃 描焦點(diǎn)下移至02時(shí)，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖1中Μ處)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn) 位置（圖1中01點(diǎn)）時(shí)的激光光斑增大，同樣地，當(dāng)掃描焦點(diǎn)上移時(shí)，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖未 示)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置（圖1中01點(diǎn)）時(shí)的激光光斑也增大。因 此，無論掃描焦點(diǎn)是上移還是下移，均可以提尚掃描效率，從而能夠提尚3D成型的效率。由 此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置10既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的效率。 [0034] 在上述平移裝置16驅(qū)動(dòng)該收容裝置15朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡126的方向移動(dòng)從而 帶動(dòng)該凹透鏡124朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡126的方向移動(dòng)時(shí)，該止擋裝置18起到止擋作用。 具體地，當(dāng)收容裝置15從圖1中實(shí)線所示的位置移動(dòng)到虛線所示的位置時(shí)，對(duì)應(yīng)地，止擋裝 置18繞中心軸182順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且使第一側(cè)面183與收容裝置15抵觸變第三側(cè)面185與收容裝 置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)由01變更為02。同樣地，若止擋裝置18繞中心軸182轉(zhuǎn)動(dòng)且使第二 側(cè)面184與收容裝置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為03(圖未示）；若止擋裝置18繞中心軸 182轉(zhuǎn)動(dòng)且使第四側(cè)面186與收容裝置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為04(圖未示）；若止擋 裝置18繞中心軸182繼續(xù)順轉(zhuǎn)動(dòng)且使第五側(cè)面187與收容裝置15抵觸則變更，此時(shí)，掃描焦 點(diǎn)為〇5(圖未示）；若止擋裝置18繞中心軸182轉(zhuǎn)動(dòng)且使第六側(cè)面188與收容裝置15抵觸，此 時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為〇6(圖未示）。由此可見，掃描焦點(diǎn)的位置可以通過該止擋裝置18的結(jié) 構(gòu)來設(shè)計(jì)，具體就是設(shè)計(jì)該止擋裝置18的多邊形截面的中心到該多邊形的各邊距離即可。 如此，便可以通過設(shè)計(jì)該止擋裝置18的多邊形截面的中心到該多邊形的各邊距離來使得掃 描燒結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑具有不同大小，如此能夠更進(jìn)一步地控制掃描精度。
[0035]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置18也可設(shè)置在該凸透鏡126與該收容裝 置15之間并位于該收容裝置15上方以能阻擋住該收容裝置15的移動(dòng)又不處于激光束的傳 輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置16的移動(dòng)可以是只沿著一個(gè)方 向就可以與收容裝置15抵觸，例如只左移便能與收容裝置15抵觸或只右移便能與收容裝置 15抵觸，也有可能是需要來回移動(dòng)才能與收容裝置15抵觸，例如先左移后右移才能與收容 裝置15抵觸或先右移再左移才能與收容裝置15抵觸。
[0036]第二實(shí)施方式
[0037] 請(qǐng)參閱圖3,為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式提供的激光輸出裝置20。該激光輸出裝置 20包括激光器21、光學(xué)元件22、激光掃描振鏡23、聚焦透鏡24、收容裝置25、平移裝置26、位 置感測裝置27、止擋裝置28、以及控制器29。
[0038] 該激光器21用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件22包括激光擴(kuò)束器222、凹透鏡224及凸 透鏡226。該激光擴(kuò)束器222用于擴(kuò)展從該激光器21產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡224用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器222的激光束。該凸透鏡226用于匯聚來自該凹透鏡224的激光束。該激光掃 描振鏡23用于將來自該凸透鏡226的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚焦 透鏡24設(shè)置于該激光掃描振鏡23的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置20工作時(shí)，該激 光器21產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器222擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡224發(fā)散，及經(jīng)該凸 透鏡226匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡23后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡24會(huì)聚至 一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0039]本實(shí)施方式中，該收容裝置25為一長方形框體，該凸透鏡226收容在該收容裝置25 內(nèi)，在該激光輸出裝置20工作時(shí)，該收容裝置25并不影響激光束的傳輸。該平移裝置26采用 電機(jī)螺旋移動(dòng)裝置，該平移裝置26與該收容裝置25的外殼下部固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置 25移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡226沿著光路來回移動(dòng)。該位置感測裝置27固定在該平移裝置26 上以跟隨該凸透鏡226的移動(dòng)而移動(dòng)，該位置感測裝置27用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凸透鏡226的 位置。
[0040]該止擋裝置28的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置28設(shè)置在 該凹透鏡224與該收容裝置25之間并位于該收容裝置25上方以能阻擋住該收容裝置25的移 動(dòng)又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置28具有一個(gè)中心軸282,其 能繞著該中心軸282自轉(zhuǎn)，該中心軸282到該止擋裝置28的各個(gè)側(cè)面的距離均不相同。本實(shí) 施方式中，該止擋裝置28為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在其他實(shí)施 方式中，該止擋裝置28的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四邊形、五 邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。
[0041] 該控制器29與該激光器21、該平移裝置26、該位置感測裝置27及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置 28轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對(duì)該激光器21、該平移裝置26、該位置感測裝置27 及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置28轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置進(jìn)行精確控制。
[0042] 該激光輸出裝置20工作時(shí)，該凹透鏡224固定，該激光器21產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器222擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡224發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡226匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡23后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡24會(huì)聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置(假設(shè)為〇點(diǎn)），此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也 是最細(xì)的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描 形成精度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置20通過該位置感測裝置27檢測被 驅(qū)動(dòng)的該凸透鏡226的位置，并通過調(diào)節(jié)該凸透鏡226的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大 小，當(dāng)平移裝置26驅(qū)動(dòng)該收容裝置25朝遠(yuǎn)離該凹透鏡224的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡226 朝遠(yuǎn)離該凹透鏡224的方向移動(dòng)時(shí)，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置26驅(qū)動(dòng)該收容裝置25 朝接近該凹透鏡224的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡226朝接近該凹透鏡224的方向移動(dòng)時(shí)， 掃描焦點(diǎn)的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑 較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則可以提高掃描效率，從而能夠提高3D 成型的效率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置20同樣既能夠保證零件輪廓精度又能 提高3D成型的效率。
[0043] 在上述平移裝置26驅(qū)動(dòng)該收容裝置25朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡224的方向移動(dòng)從而 帶動(dòng)該凸透鏡226朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡224的方向移動(dòng)時(shí)，該止擋裝置28起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0044]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置28也可設(shè)置在該激光掃描振鏡23與該 收容裝置25之間并位于該收容裝置25上方以能阻擋住該收容裝置25的移動(dòng)又不處于激光 束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置26的移動(dòng)可以是只沿著 一個(gè)方向就可以與收容裝置25抵觸，例如只左移便能與收容裝置25抵觸或只右移便能與收 容裝置25抵觸，也有可能是需要來回移動(dòng)才能與收容裝置25抵觸，例如先左移后右移才能 與收容裝置25抵觸或先右移再左移才能與收容裝置25抵觸。
[0045]第三實(shí)施方式
[0046]請(qǐng)參閱圖4,為本實(shí)用新型第三實(shí)施方式提供的激光輸出裝置30。該激光輸出裝置 30包括激光器31、光學(xué)元件32、激光掃描振鏡33、聚焦透鏡34、收容裝置35、平移裝置36、位 置感測裝置37、止擋裝置38、以及控制器39。
[0047] 該激光器31用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件32包括激光擴(kuò)束器322、凹透鏡324及凸 透鏡326。該激光擴(kuò)束器322用于擴(kuò)展從該激光器31產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡324用于發(fā)散 來自該激光擴(kuò)束器322的激光束。該凸透鏡326用于匯聚來自該凹透鏡324的激光束。該激光 掃描振鏡33用于將來自該凸透鏡326的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚 焦透鏡34設(shè)置于該激光掃描振鏡33的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置30工作時(shí)，該 激光器31產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器322擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡324發(fā)散，及經(jīng)該 凸透鏡326匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡33后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡34會(huì)聚 至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0048]本實(shí)施方式中，該收容裝置35為一長方形框體，該凹透鏡324收容在該收容裝置35 內(nèi)，在該激光輸出裝置30工作時(shí)，該收容裝置35并不影響激光束的傳輸。該平移裝置36采用 氣缸移動(dòng)裝置，包括氣缸362以及被該氣缸362驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行來回移動(dòng)的移動(dòng)部364。該移動(dòng)部 364與該收容裝置35的外殼下部固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置35移動(dòng)從而帶動(dòng)該凹透鏡324 沿著光路來回移動(dòng)。該位置感測裝置37固定在該平移裝置36上以跟隨該凹透鏡324的移動(dòng) 而移動(dòng)，該位置感測裝置37用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡324的位置。
[0049]該止擋裝置38的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置38設(shè)置在 該激光擴(kuò)束器322與該收容裝置35之間并位于該收容裝置35上方以能阻擋住該收容裝置35 的移動(dòng)又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置38具有一個(gè)中心軸 382，其能繞著該中心軸382自轉(zhuǎn)，該中心軸382到該止擋裝置38的各個(gè)側(cè)面的距離均不相 同。本實(shí)施方式中，該止擋裝置38為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在 其他實(shí)施方式中，該止擋裝置38的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四 邊形、五邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。 [0050] 該控制器39與該激光器31、該平移裝置36、該位置感測裝置37及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置 38轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對(duì)該激光器31、該平移裝置36、該位置感測裝置37 及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置38轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置進(jìn)行精確控制。
[0051 ] 該激光輸出裝置30工作時(shí)，該凸透鏡326固定，該激光器31產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器322擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡324發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡326匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡33后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡34會(huì)聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)（〇點(diǎn)）在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描形成精 度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置30通過該位置感測裝置37檢測被驅(qū)動(dòng)的該 凹透鏡324的位置，并通過調(diào)節(jié)該凹透鏡324的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大小，當(dāng)平移 裝置36驅(qū)動(dòng)該收容裝置35朝遠(yuǎn)離該凸透鏡326的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凹透鏡324朝遠(yuǎn)離該 凸透鏡326的方向移動(dòng)時(shí)，激光束發(fā)散直徑變大，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置36驅(qū)動(dòng) 該收容裝置35朝接近該凸透鏡326的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凹透鏡324朝接近該凸透鏡326的 方向移動(dòng)時(shí)，激光束發(fā)散直徑變小，掃描焦點(diǎn)的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此 時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則 可以提高掃描效率，從而能夠提高3D成型的效率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置30 既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的效率。
[0052] 在上述平移裝置36驅(qū)動(dòng)該收容裝置35朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡326的方向移動(dòng)從而 帶動(dòng)該凹透鏡324朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡326的方向移動(dòng)時(shí)，該止擋裝置38起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0053]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置38也可設(shè)置在該凸透鏡326與該收容裝 置35之間并位于該收容裝置35上方以能阻擋住該收容裝置35的移動(dòng)又不處于激光束的傳 輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置36的移動(dòng)可以是只沿著一個(gè)方 向就可以與收容裝置35抵觸，例如只左移便能與收容裝置35抵觸或只右移便能與收容裝置 35抵觸，也有可能是需要來回移動(dòng)才能與收容裝置35抵觸，例如先左移后右移才能與收容 裝置35抵觸或先右移再左移才能與收容裝置35抵觸。
[0054] 可以理解，為了加快移動(dòng)部364的移動(dòng)，還可以增設(shè)多個(gè)滾珠366以使該移動(dòng)部364 在該多個(gè)滾珠366上滑動(dòng)從而減少摩擦力，加快掃描焦點(diǎn)的調(diào)整進(jìn)度，進(jìn)一步提高3D打印的 效率。
[0055]第四實(shí)施方式
[0056]請(qǐng)參閱圖5,為本實(shí)用新型第四實(shí)施方式提供的激光輸出裝置40。該激光輸出裝置 40包括激光器41、光學(xué)元件42、激光掃描振鏡43、聚焦透鏡44、收容裝置45、平移裝置46、位 置感測裝置47、止擋裝置48、以及控制器49。
[0057] 該激光器41用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件42包括激光擴(kuò)束器422、凹透鏡424及凸 透鏡426。該激光擴(kuò)束器422用于擴(kuò)展從該激光器41產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡424用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器422的激光束。該凸透鏡426用于匯聚來自該凹透鏡424的激光束。該激光掃 描振鏡43用于將來自該凸透鏡426的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚焦 透鏡44設(shè)置于該激光掃描振鏡43的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置40工作時(shí)，該激 光器41產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器422擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡424發(fā)散，及經(jīng)該凸 透鏡426匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡43后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡44會(huì)聚至 一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0058]本實(shí)施方式中，該收容裝置45為一長方形框體，該凸透鏡426收容在該收容裝置45 內(nèi)，在該激光輸出裝置40工作時(shí)，該收容裝置45并不影響激光束的傳輸。該平移裝置46采用 氣缸移動(dòng)裝置，包括氣缸462以及被該氣缸462驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行來回移動(dòng)的移動(dòng)部464。該移動(dòng)部 464與該收容裝置45的外殼下部固定連接以驅(qū)動(dòng)該收容裝置45移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡426 沿著光路來回移動(dòng)。該位置感測裝置47固定在該平移裝置46上以跟隨該凸透鏡426的移動(dòng) 而移動(dòng)，該位置感測裝置47用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凸透鏡426的位置。
[0059]該止擋裝置48的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置48設(shè)置在 該凹透鏡424與該收容裝置45之間并位于該收容裝置45上方以能阻擋住該收容裝置45的移 動(dòng)又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置48具有一個(gè)中心軸482,其 能繞著該中心軸482自轉(zhuǎn)，該中心軸482到該止擋裝置48的各個(gè)側(cè)面的距離均不相同。本實(shí) 施方式中，該止擋裝置48為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在其他實(shí)施 方式中，該止擋裝置48的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四邊形、五 邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。
[0060] 該控制器49與該激光器41、該平移裝置46、該位置感測裝置47及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置 48轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對(duì)該激光器41、該平移裝置46、該位置感測裝置47 及驅(qū)動(dòng)該止擋裝置48轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置進(jìn)行精確控制。
[0061 ] 該激光輸出裝置40工作時(shí)，該凹透鏡424固定，該激光器41產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器422擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡424發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡426匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡43后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡44會(huì)聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)（〇點(diǎn)）在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描形成精 度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置40通過該位置感測裝置47檢測被驅(qū)動(dòng)的該 凸透鏡426的位置，并通過調(diào)節(jié)該凸透鏡426的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大小，當(dāng)平移 裝置46驅(qū)動(dòng)該收容裝置45朝遠(yuǎn)離該凹透鏡424的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡426朝遠(yuǎn)離該 凹透鏡424的方向移動(dòng)時(shí)，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置46驅(qū)動(dòng)該收容裝置45朝接近該 凹透鏡424的方向移動(dòng)從而帶動(dòng)該凸透鏡426朝接近該凹透鏡424的方向移動(dòng)時(shí)，掃描焦點(diǎn) 的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒 結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則可以提高掃描效率，從而能夠提高3D成型的效 率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置40既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的 效率。
[0062] 在上述平移裝置46驅(qū)動(dòng)該收容裝置45朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡426的方向移動(dòng)從而 帶動(dòng)該凸透鏡426朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡424的方向移動(dòng)時(shí)，該止擋裝置48起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0063]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置48也可設(shè)置在該激光掃描振鏡43與該 收容裝置45之間并位于該收容裝置45上方以能阻擋住該收容裝置45的移動(dòng)又不處于激光 束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置46的移動(dòng)可以是只沿著 一個(gè)方向就可以與收容裝置45抵觸，例如只左移便能與收容裝置45抵觸或只右移便能與收 容裝置45抵觸，也有可能是需要來回移動(dòng)才能與收容裝置45抵觸，例如先左移后右移才能 與收容裝置45抵觸或先右移再左移才能與收容裝置45抵觸。
[0064] 可以理解，為了加快移動(dòng)部464的移動(dòng)，還可以增設(shè)多個(gè)滾珠466以使該移動(dòng)部464 在該多個(gè)滾珠466上滑動(dòng)從而減少摩擦力，加快掃描焦點(diǎn)的調(diào)整進(jìn)度，進(jìn)一步提高3D打印的 效率。
[0065] 第五實(shí)施方式
[0066]請(qǐng)參閱圖6,為本實(shí)用新型第五實(shí)施方式提供的激光輸出裝置50,本實(shí)施方式中的 激光輸出裝置50與第三實(shí)施方式中的激光輸出裝置30基本相同，不同之處僅在于：省略收 容裝置35及滾珠366,移動(dòng)部564直接與凹透鏡524固定連接從而帶動(dòng)凹透鏡524左右移動(dòng)， 止擋裝置58設(shè)置在該移動(dòng)部564與該激光掃描振鏡53之間且不與凸透鏡526干涉，此時(shí)位置 感測裝置57設(shè)置在移動(dòng)部564的不與止擋裝置58接觸的部位，例如設(shè)置在移動(dòng)部564的上 方。本實(shí)施方式中，該止擋裝置58是設(shè)置在該移動(dòng)部564的移動(dòng)線路上且不處于光線傳輸?shù)?路徑上以使該移動(dòng)部564停留在不同的位置，從而得到不同的掃描焦點(diǎn)的。
[0067]本實(shí)施方式中的激光輸出裝置50具備的有益效果與第三實(shí)施方式中激光輸出裝 置30具備的有益效果基本相同，在此不再贅述。
[0068]第六實(shí)施方式
[0069]請(qǐng)參閱圖7,為本實(shí)用新型第六實(shí)施方式提供的激光輸出裝置60,本實(shí)施方式中 的激光輸出裝置60與第四實(shí)施方式中的激光輸出裝置40基本相同，不同之處僅在于：省略 收容裝置45及滾珠466,移動(dòng)部664直接與凸透鏡626固定連接從而帶動(dòng)凸透鏡626左右移 動(dòng)，止擋裝置68設(shè)置在該移動(dòng)部664與該激光掃描振鏡63之間且不處于光線傳輸?shù)穆窂缴希?此時(shí)位置感測裝置67設(shè)置在移動(dòng)部664的不與止擋裝置68接觸的部位，例如設(shè)置在移動(dòng)部 664的上方。本實(shí)施方式中，該止擋裝置68是設(shè)置在該移動(dòng)部664的移動(dòng)線路上以使該移動(dòng) 部664停留在不同的位置，從而得到不同的掃描焦點(diǎn)的。
[0070] 本實(shí)施方式中的激光輸出裝置50具備的有益效果與第四實(shí)施方式中激光輸出裝 置30具備的有益效果基本相同，在此不再贅述。
[0071] 第七實(shí)施方式
[0072]本實(shí)用新型第七實(shí)施方式提供一種3D打印機(jī)，該3D打印機(jī)包括工作臺(tái)70(圖1示） 及第一實(shí)施方式中的激光輸出裝置10。該激光輸出裝置10設(shè)置在該工作70臺(tái)的上方，該工 作臺(tái)70用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)01落在該待成型粉末上。
[0073]可以理解，在其他實(shí)施方式中的3D打印機(jī)可以采用第二至第六實(shí)施方式中的激光 輸出裝置20、30、40、50及60中的任意一種。
[0074]本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施方式僅是用來說明本實(shí)用新 型，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍之內(nèi)，對(duì)以上實(shí) 施例所作的適當(dāng)改變和變化都落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸透 鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡，該激光器用于產(chǎn)生激光束，該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、該 凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會(huì)聚至 一掃描焦點(diǎn)，其特征在于:該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置 感測裝置以及止動(dòng)裝置，該平移裝置用于至少驅(qū)動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動(dòng)，該 位置感測裝置用于檢測被驅(qū)動(dòng)的該凹透鏡或該凸透鏡的位置，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該凹透鏡 或該凸透鏡的移動(dòng)路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變?cè)搾呙?焦點(diǎn)的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的激光輸出裝置，其特征在于，該止動(dòng)裝置為橫截面是多邊形的棱 柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。3. 如權(quán)利要求2所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置用于驅(qū)動(dòng)該凹透鏡移 動(dòng)，該凸透鏡固定。4. 如權(quán)利要求2所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置用于驅(qū)動(dòng)該凸透鏡移 動(dòng)，該凹透鏡固定。5. 如權(quán)利要求3或4所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置采用電機(jī)螺旋移動(dòng) 裝置。6. 如權(quán)利要求5所述的激光輸出裝置，其特征在于，該激光輸出裝置還包括收容裝置， 該收容裝置用于收容該凹透鏡或該凸透鏡，該平移裝置與該收容裝置固定連接以驅(qū)動(dòng)該收 容裝置移動(dòng)而帶動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該收容裝置的移動(dòng)線路上 以使該收容裝置停留在不同的位置。7. 如權(quán)利要求3或4所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置采用氣缸移動(dòng)裝置， 包括氣缸以及被該氣缸驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)部，該氣缸與該移動(dòng)部連接。8. 如權(quán)利要求7所述的激光輸出裝置，其特征在于，該激光輸出裝置還包括收容裝置， 該收容裝置用于收容該凹透鏡或該凸透鏡，該移動(dòng)部與該收容裝置固定連接以驅(qū)動(dòng)該收 容裝置移動(dòng)而帶動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該收容裝置的移動(dòng)線路上 以使該收容裝置停留在不同的位置。9. 如權(quán)利要求7所述的激光輸出裝置，其特征在于，該移動(dòng)部與該凹透鏡或該凸透鏡固 定連接以帶動(dòng)該凹透鏡或該凸透鏡移動(dòng)，該止動(dòng)裝置設(shè)置在該移動(dòng)部的移動(dòng)線路上以使該 移動(dòng)部停留在不同的位置。10. -種3D打印機(jī)，包括工作臺(tái)及權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的激光輸出裝置，該激光 輸出裝置設(shè)置在該工作臺(tái)的上方，該工作臺(tái)用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)落在該待成 型粉末上。
【文檔編號(hào)】B29C67/04GK205705350SQ201620359836
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】劉建業(yè), 胡高峰, 梁崇智, 徐卡里, 牛留輝, 李棲鳳, 朱昊威
【申請(qǐng)人】廣東漢邦激光科技有限公司, 劉建業(yè)