带有激光加热的3D打印机的制作方法

本发明涉及一种带有激光加热的3D打印机，属于增材制造领域。

背景技术：

3D打印技术近来得到人们广泛认知和快速发展，其中粉末选区激光烧结技术是目前发展最快、最具活力的成型技术，目前粉末选区激光烧结技术可供打印的材料有PS粉、尼龙、树脂砂、各种金属粉、陶瓷粉、各种包覆复合粉等等。在加工过程中，为了减少加工过程中热应力和热变形，减少或消除开裂，为了使制件获得所需的组织和性能，需要对所铺粉末进行加热，通常加热方式有：通过工作台面上方加热装置加热，通过基板加热，但加热温度一般均较低，在200℃内，我们在先前专利CN105880591A中介绍了一种用激光预热金属粉末的方法及装置可以加热到很高，该种方法如采用单台激光器单台扫描振镜，需扫描两次，加工工艺时间要加长，如若采用两台激光器两台扫描振镜，则设备成本增加很多，如若提高在不加长工艺时间的情况下实现激光加热，提高生产效率，降低设备成本，对一些易开裂的新材料(如陶瓷材料)开发，将产生深远影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带有激光加热的3D打印机，该3D打印机在加工处可由激光实现逐层加热，并且是同时加热同时加工，以期大幅降低制件热应力和热变形，减少或消除开裂，降低粉末间气体残留，从而达到提高制件精度、表面质量和机械性能的目的。

本发明的上述目的是这样实现的：提供一种带有激光加热的3D打印机，它包括机架1、成型缸2、供料系统13、铺粉装置11、落料装置6、激光扫描系统、工作台面上方加热装置18或基板加热装置4，其特征在于：所述的激光扫描系统中有两激光束，一束为加工激光束a，一束为加热激光束b，加工激光束a和加热激光束b经合束镜15汇合，一起射入扫描振镜10入光孔，并均聚焦于工作台粉表面，由扫描振镜实现在制件截面处粉末加热及烧结加工。

所述的加工激光束a聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径细小，加热激光束b聚焦于工作台粉表面的激光光斑直径粗大。

所述的加工激光束a由一台激光器8a发射，加热激光束b由另一台激光器8b发射，两激光器发射的激光均经各自扩束镜扩束后射向合束镜15，且射向合束镜15的两束激光光斑直径大小不同。

所述的加工激光束a和加热激光束b由同一台激光器产生，该激光器发射的激光射入分光镜16，分为两束激光，其中一束激光经扩束镜9a扩束后射向合束镜15，另一束激光经反射镜17a和反射镜17b、扩束镜9b扩束后也射向合束镜15，两束激光经合束镜15汇合，并一起射入扫描振镜10入光孔，其中射向合束镜15的两束激光光斑直径大小不同。

所述的激光加热温度的调节控制是通过控制激光器输出功率大小、通过控制加热激光束聚焦在工作台粉表面的激光光斑直径大小、通过控制扫描振镜扫描速度大小来实现的。

本发明的带有激光加热的3D打印机，具有如下有益的效果：

该带有激光加热的3D打印机，可实现逐层在激光加工处的局部高温加热，且是同时加热同时加工，不但大幅降低制件热应力和热变形，消除开裂，降低粉末间气体残留，控制材料的组织结构和性能，也大幅提高生产效率，从而达到提高制件精度，提高制件表面质量，提高制件材料机械性能的目的。

下面结合附图和实施例对本发明的带有激光加热的3D打印机作进一步说明。

附图说明

图1为带有工作台面上方加热装置和基板加热的3D打印机实施例示意图；

图2为带有两台激光器一台扫描振镜的3D打印机实施例光路示意图；

图3为带有一台激光器一台扫描振镜的3D打印机实施例光路示意图；

其中：

1-机架； 2-成型缸； 3-成型缸活塞； 4-基板加热装置；

5-基板； 6-落料装置； 7-加工制件； 8a-激光器a；

9a-扩束镜a； 10-扫描振镜； 8b-激光器b； 9b-扩束镜b；

11-铺粉装置； 12-工作台面； 13-供料装置； 15-合束镜；

16-分光镜； 17a-反射镜a； 17b-第二反射镜b；

18-工作台面上方加热装置； a-激光束a； b-激光束b；

具体实施方式

参照图1所示，带有工作台面上方加热装置的3D打印机是现有加工PS粉、树脂砂、尼龙等材料的3D打印机，带有基板加热的3D打印机是现有加工铝合金、钛合金等金属粉末材料的3D打印机。

参照图2所示，该实施例为两台激光器产生两束激光，加工激光束a由一台激光器8a发射，加热激光束b由另一台激光器8b发射，两激光器发射的激光均经各自扩束镜扩束后射向合束镜15，经合束镜15汇合，一起射入扫描振镜10入光孔，这两束激光在工作台面聚焦为两直径不同光斑，加热激光束聚焦光斑直径较大，加工激光束聚焦光斑直径细小，在扫描振镜沿制件截面轮廓扫描填充加工的同时，聚焦的加热激光也同时对加工处粉末材料进行加热，加热温度的调节可通过调节控制两台激光器输出功率、加热激光束光斑直径及扫描速度来实现。

参照图3所示，该实施例为一台激光器产生的激光，通过分光镜16，分为两束激光，其中一束激光经扩束镜9a扩束后射向合束镜15，另一束激光经反射镜17a和反射镜17b、扩束镜9b扩束后也射向合束镜15，两束激光经合束镜15汇合，并一起射入扫描振镜10入光孔，两束激光在工作台面聚焦为两直径不同光斑，加热激光束聚焦光斑直径较大，加工激光束聚焦光斑直径细小，在扫描振镜沿制件截面轮廓扫描填充加工的同时，聚焦的加热激光也同时对加工处粉末材料进行加热，实现同时加热同时加工。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和核心思想的前提下，还可以作出若干变形和改进，也视为属于本发明的保护范围。