专利名称：激光切割式快速成形机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种快速成形机，尤其涉及一种激光切割式快速成形机。
背景技术：
激光切割式快速成形机的常用名为Laminated Object Manufacturing，简称LOM，是一种最常见的快速成形机，如图1A与图1B所示，此类成形机的主要结构包括计算机10、原材料存储及送进机构11、热粘压机构12、激光切割系统13、可升降工作台14和数控系统(图中未画出)组成。其中，计算机10用于接受和存储工件的三维模型，沿模型的高度方向提取一系列的横截面轮廓线，发出控制指令。原材料存储及送进机构11将存于其中的原材料(如底面有热熔胶和添加剂的纸)，逐步送至工作台14的上方。热粘压机构12将一层层材料粘合在一起。激光切割系统13按照计算机10提取的横截面轮廓线，逐一在工作台14上方的纸材上切割出轮廓线，并将无轮廓区切割成小方格，以便在成形之后能剔除废料。可升降工作台14支承正在成形的工件，并在每层成形之后，降低一个材料厚度(通常为0.1～0.2mm)，以便送进、粘合和切割新的一层纸材。数控系统执行计算机发出的指令，使一段段的纸材逐步送至工作台的上方，然后再粘合、切割。最后，剔除废料小方格，得到成形的三维工件。
采用上述结构的激光切割式快速成形机普遍存在以下问题在切割成形时，由于纸材和热熔胶燃烧，会产生大量的烟尘，污染环境，特别是，燃烧后的胶体会牢固地粘结在机器的零部件上，从而加速零部件的损坏，难于清除。即使机器的右部装设吹风机150与刀形吹风口151，左部装设抽烟管152、抽烟口153与抽风机，但是，由于抽烟口153距离激光切割系统13太远，因此，在机器内仍然会烟尘弥漫。有的快速成形机也试图在切割头上设置跟随式抽烟装置，但由于燃烧后的胶体易于堵塞排烟管道，跟随式抽烟装置不能长时间连续运行，污染仍然严重。
同时，目前使用的激光切割式快速成形机还存在以下各种不足采用水冷式CO2激光器，需要外设冷却器，既浪费能源，又不利于维护。组成快速成形机的零部件之间多数为相互串联式定位，无统一、可靠的定位基准，机体的刚性不足，因此难于长期保持高精度。
于是，就需要一种具有较好的排烟性能的快速成形机，以改变目前污染严重的情况，同时，最好该快速成形机的激光切割系统能不使用昂贵的水冷装置，且机体各个部件能准确定位。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有较好排烟性能的快速成形机，能及时将切割过程中产生的烟尘排出。
本实用新型的另一目的是使用了空冷激光器。
本实用新型的再一目的是改进快速成形机的结构，使所有的部件都直接安装在机架上，以提高部件定位的准确性。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种激光切割式快速成形机，包括机架、原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、驱动激光切割系统的X-Y工作台、支撑正在成形的工件的可升降工作台、存储三维模型的计算机及控制系统和排烟除尘系统，其特征在于，所述排烟除尘系统的吸烟嘴为一弧形管，其开口处位于所述激光切割系统的激光头下方，所述吸烟嘴的另一端与吸烟头相连，吸烟头与一气缸相连，所述吸烟嘴、吸烟头和气缸安装在一导轨上，所述导轨固定在所述激光切割系统的激光头上；所述吸烟头通过一吸烟管与一喷射式吸尘器相连，所述喷射式吸尘器上有一进气阀，所述喷射式吸尘器的另一端与一三通接头相连；所述三通接头的另两端分别连接到第一球阀和第二球阀，所述第一球阀连接到排烟系统，所述排烟系统包括过滤除尘器和通风出口；所述第二球阀连接清洁系统，所述清洁系统包括一排水管。
所述激光切割系统采用空冷结构。
所述机架包括一支撑平台，所述热粘压机构的导轨通过一垫块固定于所述支撑平台的上平面；所述X-Y工作台通过第一支架固定于所述支撑平台的上平面；所述激光切割系统通过第二支架固定于所述支撑平台的上平面；所述可升降工作台通过第三支架固定于所述支撑平台的下平面。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的激光切割式快速成形机具有新的排烟除尘系统，能有效地将烟尘除去，减少污染。本实用新型的激光切割式快速成形机还采用空冷器激光器代替水冷激光器，降低了成本。同时，该快速切割机将所有的部件直接安装在机架上，不会出现累积定位误差，使快速成形机的各个部件能够准确定位，且整个机器的刚性较高。
图1A是现有技术的激光切割式快速成形机的立体图；图1B是图1A所示的激光切割式快速成形机的俯视图；图2A是本实用新型的激光切割式快速成形机的一个实施例的正视图；图2B是本实用新型的激光切割式快速成形机的一个实施例的侧视图；图3是本实用新型采用的排烟除尘系统的一个实施例的结构图；图4A是本实用新型采用的激光切割系统的一个实施例的正视图；图4B是本实用新型采用的激光切割系统的一个实施例的侧视图；图4C是图4B中A-A部分的放大图；图5是本实用新型的激光切割式快速成形机的一个实施例的部件定位结构图；图6A是本实用新型采用的原材料存储及送进机构的一个实施例的结构图；图6B是本实用新型采用的气涨轴的一个实施例的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例来进一步说明本使用新型的技术方案。
图2A和图2B是本实用新型的激光切割式快速成形机的一个实施例的正视图和侧视图。如图所示，该快速成形机由机架21、X-Y工作台22、可升降工作台23、热粘压机构24、原材料存储及送进机构25、激光切割系统26、计算机及控制系统27和排烟除尘系统28组成。其中，计算机及控制系统27用于接受和存储工件的三维模型，沿模型的高度方向提取一系列的横截面轮廓线，发出控制指令。原材料存储及送进机构25将存于其中的原材料，按照计算机及控制系统27的指令逐步送至可升降工作台23上方。热粘压机构24将一层层材料粘合在一起。激光切割系统26的激光头由X-Y工作台22驱动，按照计算机及控制系统27提取的横截面轮廓线，逐一在可升降工作台23上方的材料上切割出轮廓线。可升降工作台23支承正在成形的工件，并在每层成形后，降低一个材料的厚度，以便送进、粘合和切割新的一层材料。排烟除尘系统28将切割原材料时所产生的烟尘经过滤和除尘后排至室外。X-Y工作台22和可升降工作台23分别由伺服电动机通过精密滚珠丝杆驱动，并由精密直线滚动导轨导向，其重复定位精度为10μm，从而可以较好地保证成形件的尺寸精度。
本实用新型的激光切割式快速成形机对排烟除尘系统28做了改进，其结构如图3所示，排烟除尘系统的吸烟嘴31为一弧形管，其开口317处位于激光切割系统的激光头35下方，吸烟嘴31的另一端与吸烟头33相连，吸烟头33与一气缸34相连，吸烟嘴31、吸烟头33和气缸34安装在一导轨32上，导轨32固定在激光切割系统的激光头35上；吸烟头33通过一吸烟管36与一喷射式吸尘器38相连，喷射式吸尘器38上有一进气阀37，喷射式吸尘器38的另一端与一三通接头39相连；三通接头39的另两端分别连接到第一球阀311和第二球阀313，第二球阀313连接到排烟系统，排烟系统包括过滤除尘器314和通风出口318；第一球阀311连接清洁系统，清洁系统包括一排水管319。
通过第一球阀311上的手柄310和第二球阀313上的手柄312可以控制球阀的开关。当第二球阀313打开、第一球阀311关闭时(如图3所示的状态)，压缩空气从进气阀37的进口316进入喷射式吸尘器38后，在吸烟管36内形成大压力、大流量的负压气流，跟随切割头35一起运动的吸烟嘴31和吸烟头33有效地吸入切割产生的烟尘，然后，烟尘顺利地通过吸烟管36和第二球阀313排至过滤除尘器314。烟尘在此过滤除尘器中予以过滤，然后由其上部出口318与通风管道排至室外。过滤除尘器314中设置了高压静电集尘装置、活性炭纤维吸附装置与负离子释放装置，虽然图中均未示出，但这些都是常用的装置，所以熟悉本领域的技术人员很容易就能按照说明书的描述来实现。采用了上述装置的过滤除尘器，除尘效果好，无环境污染。吸烟嘴31跟随切割头32运动，使切割时在317周围产生的烟尘在扩散前就被吸入管36中，从而保证烟尘能全部得到及时控制。快速成形机经过较长时间连续工作后，吸烟嘴31、吸烟头33和吸烟管36内壁还会有少量的灰尘聚积，会影响除尘的效果，此时可用水清洗管道。清洗时，搬动手柄310与312，使第一球阀311开启、第二球阀313关闭，吸烟嘴31的进口37置于盛有约500ml水的容器下部。通过一控制气阀(图中未示出)使压缩空气通入进气阀37，容器中的水被吸入管36中，并清洗管中集聚的灰尘，然后从第一球阀311和排水管315的出口319排出。
本实用新型的激光切割系统中采用空冷激光器，而不是通常使用的水冷激光器。图4A和图4B是本实用新型采用的激光切割系统的一个实施例的正视图和侧视图。如图所示，激光切割系统由CO2激光器41、第一反射镜装置42、扩束镜装置43，为一双凹透镜47和一双凸透镜48、电源与控制器49、支架410、、第二反射镜装置、第三反射镜装置和一聚焦装置组成。激光器41采用空冷结构，排风扇44与45将激光器壳体内的热气由排风口411和412排出，而冷空气则从右边的进风口413吸入，流经激光管外的散热片，使激光器得到冷却，因而不必外设水冷却器，不仅能降低机器成本，还能提高可靠性、简化维修。激光器41工作时，参考图4C，图4C是图4B中A-A部分的放大图，射出的光束经第一反射镜装置42中的反射镜46反射后，射入扩束镜装置43中的双凹透镜47，光束直径被放大2倍，然后射入双凸透镜48。从扩束镜装置43射出的光束直径是放大2倍后的平行光束。此光束经第二反射镜装置和切割头中的第三反射镜装置(图中均未示出)反射后，射入切割头中的聚焦镜(图中未示出)，聚集为细小的切割光斑，从而达到缩小光斑直径、提高功率密度与提高切割速度的效果。上述第二反射镜装置、第三反射镜装置和聚焦镜均是本技术领域中的公知技术，所以熟悉本领域的技术人员可以很容易的按照本说明书来实现。
本实用新型还改进快速成形机的结构，使所有的部件都直接安装在机架上，以提高部件定位的准确性。图5是本实用新型的激光切割式快速成形机的一个实施例的部件定位结构图。其中，机架51的支撑平台511由槽钢与钢板焊接而成，有优良的刚性，并且，其上平面511A与下平面511B及511C经过机械加工后有相当高的精度。成形机的其他主要零部件都直接、统一以此支撑平台511为基准进行定位与安装，因此，无累积定位误差，能长期保持很高的定位精度。例如，热粘压机构54的导轨59通过垫块510固定于支撑平台511的上平面511A；X-Y工作台52通过第一支架57固定于支撑平台511的上平面511A；激光器56通过第二支架58固定于支撑平台511的上平面511A；可升降工作台53通过第三支架55固定于支撑平台511的下平面511B。
图6A是本实用新型采用的原材料存储及送进机构的一个实施例的结构图。图6B是本实用新型采用的气涨轴的一个实施例的结构图。该机构由原材料存储辊617、余料辊618、电动机及减速器63、编码器616、摩擦制动器64和材料撕断报警器65组成。原材料存储辊617的芯筒69用气涨轴涨紧(见图6B最右侧的图)，当压缩空气从旋转接头66进入轴中气囊67的内部时，气压力推动滑块68向外伸出，顶紧芯筒69，于是，芯筒69及其上的卷材与辊轴61相对固定。辊轴61的外表面设有刻度尺610，用于原材料相对辊轴61对中。余料辊618上也设置了气涨轴结构(见图6B最左侧的图)，在辊轴62的外表面也设有刻度尺611，并在滑块612上固定了由4片塑料瓦块组成的圆筒615。机器工作时，压缩空气通过旋转接头613进入轴中气囊614的内部，气压力推动滑块612和圆筒615的瓦块向外伸出，其上的余料卷处于张紧状态。当余料卷太大，需要取下时，由气阀控制气囊614排气，滑块612在弹簧(图中未示出)的作用下向内退回，于是可以方便地取下余料卷。辊轴62外表面的刻度尺611用于余料卷的对中。材料撕断报警器65由65A、65B前后两套独立报警装置组成(见图6A)，当某种原因偶然造成余料任何一边或两边同时撕断时，该报警器会发出音响信号，并停止送料电动机63的转动及后续工作循环。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的激光切割式快速成形机具有新的排烟除尘系统，能有效地将烟尘除去，减少污染。本实用新型的激光切割式快速成形机还采用空冷器激光器代替水冷激光器，降低了成本。同时，该快速切割机将所有的部件直接安装在机架上，不会出现累积定位误差，使快速成形机的各个部件能够准确定位，且整个机器的刚性较高。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1.一种激光切割式快速成形机，包括机架、原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、驱动激光切割系统的X-Y工作台、支撑正在成形的工件的可升降工作台、存储三维模型的计算机及控制系统和排烟除尘系统，其特征在于，所述排烟除尘系统的吸烟嘴为一弧形管，其开口处位于所述激光切割系统的激光头下方，所述吸烟嘴的另一端与吸烟头相连，吸烟头与一气缸相连，所述吸烟嘴、吸烟头和气缸安装在一导轨上，所述导轨固定在所述激光切割系统的激光头上；所述吸烟头通过一吸烟管与一喷射式吸尘器相连，所述喷射式吸尘器上有一进气阀，所述喷射式吸尘器的另一端与一三通接头相连；所述三通接头的另两端分别连接到第一球阀和第二球阀，所述第一球阀连接到排烟系统，所述排烟系统包括过滤除尘器和通风出口；所述第二球阀连接清洁系统，所述清洁系统包括一排水管。
2.如权利要求1所述的激光切割式快速成形机，其特征在于，所述激光切割系统采用空冷结构，由一排风扇将热气排出。
3.如权利要求1所述的激光切割式快速成形机，其特征在于，所述激光切割系统包括一第一反射镜装置，为一反射镜；一扩束镜装置，为一双凹透镜和一双凸透镜；一第二反射镜装置；一第三反射镜装置和一聚焦装置，为一聚焦镜。
4.如权利要求1所述的激光切割式快速成形机，其特征在于，所述机架由槽钢与钢板焊接而成，所有其他部件都直接安装在此支架上。
5.如权利要求4所述的激光切割式快速成形机，其特征在于，所述机架包括一支撑平台，所述热粘压机构的导轨通过一垫块固定于所述支撑平台的上平面；所述X-Y工作台通过第一支架固定于所述支撑平台的上平面；所述激光切割系统通过第二支架固定于所述支撑平台的上平面；所述可升降工作台通过第三支架固定于所述支撑平台的下平面。
专利摘要本实用新型公开了一种激光切割式快速成形机，其特征是，排烟除尘系统的吸烟嘴为一弧形管，其开口处位于激光切割系统的激光头下方，吸烟嘴的另一端与吸烟头相连，吸烟头与一气缸相连，吸烟嘴、吸烟头和气缸安装在一导轨上，导轨固定在激光切割系统的激光头上；吸烟头通过一吸烟管与一喷射式吸尘器相连，喷射式吸尘器上有一进气阀，喷射式吸尘器的另一端与一三通接头相连；三通接头的另两端分别连接到第一球阀和第二球阀，第一球阀连接到排烟系统，排烟系统包括过滤除尘器和通风出口；第二球阀连接清洁系统，清洁系统包括一排水管。本实用新型的激光切割式快速成形机具有新的排烟除尘系统，能有效地将烟尘除去，减少污染。
文档编号B23K26/00GK2645845SQ0327903
公开日2004年10月6日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者王运赣 申请人:王运赣