一種3d打印激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種3D打印激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置。在原有3D打印噴頭上設(shè)置前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置，前置加熱是通過兩個(gè)紅外光纖激光器的高能束共同形成橢圓光斑聚焦至成形點(diǎn)加熱，將成形基底預(yù)先加熱到可熔接狀態(tài)，與3D打印噴頭擠出的材料共同熔融結(jié)合在一起，同時(shí)通過紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的溫度，反饋調(diào)節(jié)紅外光纖激光器的輸出功率。它能大幅提高材料層與層之間的粘接強(qiáng)度，改善成形件的力學(xué)性能。
【專利說明】—種3D打印激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及一種適用于3D打印的激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市面上的FDM3D打印設(shè)備，主要有以下幾點(diǎn)限制或缺陷:設(shè)備小，只能打印一些小尺寸的部件或工藝品；工藝研究不夠成熟，存在翹曲變形、層偏移、層間結(jié)合強(qiáng)度小等問題；成本較低，但機(jī)械系統(tǒng)精度不高。目前針對(duì)熱塑性工程材料原型，打印尺寸較小。針對(duì)大型薄殼類零件，如何有效控制成型面變形，并保證熱塑性工程材料成型后抗拉強(qiáng)度與層間結(jié)合強(qiáng)度是當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
[0003]目前市面上的FDM3D設(shè)備上的噴頭只對(duì)噴嘴處的溫度有一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制。通過溫控儀、熱電偶以及加熱管保證噴嘴的溫度保持在合適范圍。然而這樣只能保證材料能順利的被擠出并成形，無法避免大尺寸件翹曲變形和層與層之間結(jié)合強(qiáng)度低的問題。在成形較大尺寸零件時(shí)常出現(xiàn)層與層之間開裂的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠提高層與層之間結(jié)合強(qiáng)度的3D打印的激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括框架以及安裝在框架中部下端的與液化螺紋管相連通的噴嘴，且在噴嘴上端的液化螺紋管上套裝有加熱鋁塊，在框架上位于噴嘴的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有安裝紅外光纖激光器的激光頭支座，兩個(gè)紅外光纖激光器激光頭射出的激光光束最終匯聚至噴嘴正下方，在框架上還設(shè)置有固定紅外測(cè)溫頭的測(cè)溫頭支座。
[0006]所述的紅外光纖激光器的激光頭的前端還安裝有遮住一半激光光路的衰減鏡片。
[0007]由于本發(fā)明采用前置加熱的方式，在成型過程中使用激光高能束將預(yù)沉積層預(yù)熱至半熔融態(tài)，從而與從噴嘴擠出的絲材更好地融合在一起，并用紅外測(cè)溫儀加以監(jiān)測(cè)并反饋，保證成形點(diǎn)加熱參數(shù)的合適穩(wěn)定，能夠增大結(jié)合強(qiáng)度，有效減少開裂現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是圖1的左視圖。
[0010]圖中，1、激光頭頭支座，2、紅外光纖激光器，4、加熱鋁塊，5、噴嘴，6、液化螺紋管，
7、衰減鏡片，10、紅外測(cè)溫頭，11、測(cè)溫頭支座，12、框架。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。[0012]參見圖1，2，本發(fā)明包括框架12以及安裝在框架12中部下端的與液化螺紋管6相連通的噴嘴5，且在噴嘴5上端的液化螺紋管6上套裝有加熱鋁塊4，在框架12上位于噴嘴5的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有安裝紅外光纖激光器2的激光頭支座I，兩個(gè)紅外光纖激光器2激光頭射出的激光光束最終匯聚至噴嘴5正下方，紅外光纖激光器2激光頭的前端還安裝有遮住一半激光光路的衰減鏡片7，在框架12上還設(shè)置有固定紅外測(cè)溫頭10的測(cè)溫頭支座11。
[0013]本發(fā)明在原有3D打印噴頭的基礎(chǔ)之上，在180度相對(duì)的兩個(gè)位置上添加兩個(gè)紅外光纖激光器，光束聚焦后的光斑聚焦至成形點(diǎn)，將成形基底與絲材通過激光高能束加熱共同熔融結(jié)合在一起，同時(shí)通過紅外測(cè)溫頭實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該點(diǎn)的溫度，并通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)紅外光纖激光器的輸出功率，形成一個(gè)反饋系統(tǒng)，控制成形點(diǎn)的溫度在一個(gè)較為恒定的小范圍內(nèi)，使得成形質(zhì)量穩(wěn)定可靠。本發(fā)明能大幅提高材料層與層之間的粘接強(qiáng)度，改善成形件的力學(xué)性能。
[0014]本發(fā)明的兩個(gè)激光頭支座I通過螺栓連接在一起共同構(gòu)成激光頭整體支座，并與框架12固定，隨噴嘴5同步運(yùn)動(dòng)。激光頭支座成楔形結(jié)構(gòu)形式保證了光束入射的角度。衰減鏡片7安裝于激光頭前端，并遮住吸收一半激光光路，保證激光束不會(huì)對(duì)銅制的噴嘴5產(chǎn)生影響。兩個(gè)激光頭射出的激光光束最終匯聚至噴嘴5正下方，產(chǎn)生一個(gè)橢圓形的加熱區(qū)域，同時(shí)熔融絲材與基底材料。紅外測(cè)溫頭10測(cè)出圖2所示橢圓形區(qū)域內(nèi)的最高溫度或平均溫度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成形點(diǎn)溫度狀況。最終針對(duì)所監(jiān)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行激光輸出功率調(diào)整，保證成形點(diǎn)熔融狀態(tài)得到穩(wěn)定控制。
【權(quán)利要求】
1.3D打印激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括框架(12)以及安裝在框架(12)中部下端的與液化螺紋管(6)相連通的噴嘴(5)，且在噴嘴(5)上端的液化螺紋管(6)上套裝有加熱鋁塊(4)，在框架(12)上位于噴嘴(5)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有安裝紅外光纖激光器(2)的激光頭支座(1 )，兩個(gè)紅外光纖激光器(2)激光頭射出的激光光束最終匯聚至噴嘴(5 )正下方，在框架(12 )上還設(shè)置有固定紅外測(cè)溫頭(10 )的測(cè)溫頭支座(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印的激光束前置加熱與監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的紅外光纖激光器(2)的激光頭的前端還安裝有遮住一半激光光路的衰減鏡片(7)。
【文檔編號(hào)】G05D23/27GK103895227SQ201410116229
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】魏正英, 盧秉恒, 王吉潔, 杜軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)