激光选区熔化装置及3D打印机的制作方法

本发明涉及激光选区熔化金属3D打印技术领域，尤其是涉及一种激光选区熔化装置及3D打印机。

背景技术：

增材制造3D打印技术是一种以数字模型文件(CAD)为基础，运用粉末状金属、PVC、树脂、纤维等材料，通过熔融沉积、激光烧结、激光熔化、激光固化、激光熔覆的方式通过专用软件对CAD三维构型物体，进行降维切片，然后按片逐层打印物体的构造技术，其是制造业中正在迅速发展的一项新兴技术，在英国《经济学人》杂志《第三次工业革命》一文中被称为第三次工业革命的重要标志之一。

激光选区熔化金属3D打印技术是在计算机程序的控制下利用高能量密度激光束进行扫描，将预先铺设好的金属粉末层进行选择性熔化并与基体冶金结合，然后不断逐层铺粉、扫描、熔化，最终完成三维金属零部件的制造过程，其是目前增材制造高端领域应用较多的一种金属3D打印技术。该技术可制造复杂形状的金属零件，其成型件力学性能好、精度高，成型构件可达到传统冶金制成件99％以上的致密度，在医疗、航空航天、产品研发等领域均有重要应用。

现有技术中的激光选区熔化金属3D打印机的激光光束通过激光振镜反射到金属粉末层对其进行选择性熔化，通过调节激光振镜的偏转角度来调节激光光束照射金属粉末层的位置，从而溶化不同位置处的金属粉末层。但由于受激光振镜偏转角度的限制，使得激光光束照射到金属粉末层的范围较小，使该工艺技术装备成型的圆筒形的构件直径较小，严重制约该工艺技术及其装备在世界范围内的推广与应用。

据已知的资料显示，目前世界运用激光选区熔化工艺设备成型的最大尺寸构件体积为长500mm×宽500mm×高500mm。2016年我国科技部对增材制造领域的科技攻关项目共下拨中央财政经费4亿元左右，其中对两项激光选区熔化工艺装备的科技攻关经费投入3850.00万元，其中一项就是攻关成形尺寸范围≥500mm×500mm×500mm的技术装备，该项目实施周期为5年。现在运用该技术设备成形尺寸范围超过500mm×500mm×500mm体积的大尺寸构件，已经成为世界各国抢占智能化高端制造技术制高点的重要竞争方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于激光选区熔化装置及3D打印机，以解决现有技术中存在的成型的圆筒形的构件直径较小的技术问题。

本发明提供的一种激光选区熔化装置，所述激光选区熔化装置包括：固定部、活动部以及移动机构；所述活动部与所述固定部滑动连接；所述移动机构与所述活动部连接，用于驱动所述活动部相对所述固定部沿圆周方向移动；所述移动机构用于与3D打印机的控制系统电连接；所述活动部用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；所述固定部用于与3D打印机的箱体固定连接。

进一步地，所述活动部包括移动件和安装件；所述安装件与所述移动件固定连接；所述安装件用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；所述移动件与所述固定部滑动连接；所述移动机构与所述移动件连接，用于驱动所述移动件相对所述固定部做圆周运动。

进一步地，所述活动部包括移动件、安装件以及转动机构；所述安装件与所述移动件转动连接；所述转动机构与所述安装件连接，用于驱动所述安装件相对所述移动件转动；所述转动机构用于与3D打印机的控制系统电连接；所述安装件用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；所述移动件与所述固定部滑动连接；所述移动机构与所述移动件连接，用于驱动所述移动件相对所述固定部做圆周运动。

进一步地，所述固定部为呈圆环形的滑轨；所述移动件包括移动基座；所述移动基座与所述滑轨滑动连接。

进一步地，所述滑轨包括多个呈圆弧形的子轨；多个所述子轨依次连接形成圆环形；所述移动基座包括多个子基座；所述移动机构包括多个移动结构；所述安装件包括多个子安装座；

多个所述子基座与多个所述子轨一一对应设置；每个所述子基座均与一个所述子轨滑动连接；多个所述子安装座与多个所述子基座一一对应固定连接；每个所述子安装座均用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；

多个所述移动结构与多个所述子基座一一对应设置，每个所述移动结构与一个所述子基座连接，用于驱动所述子基座沿所述子轨的延伸方向滑动。

进一步地，所述移动件包括内侧滑轮和外侧滑轮；所述内侧滑轮与所述移动基座靠近所述滑轨的内圈的一端转动连接；所述外侧滑轮与所述移动基座靠近所述滑轨的外圈的一端转动连接；所述内侧滑轮与所述外侧滑轮均竖直设置，且均与所述滑轨抵接。

进一步地，所述外侧滑轮的直径大于所述内侧滑轮的直径；所述滑轨上，沿外圈至内圈的方向，依次间隔设置有均呈圆环形的外侧滑槽和内侧滑槽；所述外侧滑轮设置在所述外侧滑槽内；所述内侧滑轮设置在所述内侧滑槽内，所述内侧滑槽的深度小于所述外侧滑槽的深度，所述内侧滑槽与所述外侧滑槽的深度差与所述外侧轮半径与所述内侧轮半径的差值相同。

进一步地，所述移动基座上设置有横向限位结构；所述横向限位结构用于防止所述移动基座沿所述滑轨的宽度方向移动。

进一步地，所述横向限位结构包括均与所述移动基座转动连接的外稳定结构轮和内稳定结构轮；所述外稳定结构轮和所述内稳定结构轮均水平设置；所述外稳定结构轮位于所述移动基座靠近所述滑轨的外圈的一端；所述内稳定结构轮位于所述移动基座靠近所述滑轨的内圈的一端；所述外稳定结构轮与所述内稳定结构轮分别与所述滑轨的外圈侧壁和内圈侧壁抵接。

进一步地，本发明还提供一种3D打印机，该3D打印机包括本发明所述的激光选区熔化装置。

本发明提供的激光选区熔化装置，包括固定部、活动部以及移动机构。在使用时，活动部上安装3D打印机的激光耦合与激发机构，固定部固定连接在3D打印机的箱体上，移动机构与3D打印机的控制系统电连接。3D打印机的控制系统控制移动机构，移动机构驱动活动部相对固定部做圆周运动，同时，激光耦合与激发机构做圆周运动，激光光束照射到金属粉末层上进行熔化，从而制造出圆筒形的构件。

本发明提供的激光选区熔化装置，移动机构驱动活动部带动激光耦合与激发机构进行移动并工作，使用者可根据构件尺寸需要控制激光耦合与激发机构运动轨迹的直径大小，这样使得激光耦合与激发机构的活动范围较广，其不受激光振镜偏转角度的限制，激光光束照射到金属粉末层的范围较大，使该工艺技术装备成型的圆筒形构件尺寸较大，有利于该工艺技术及其装备在世界范围内的推广与应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的激光选区熔化装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的子轨的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的激光选区熔化装置的另一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的移动部的结构示意图。

附图标记：

1-固定部； 2-活动部； 3-外侧滑轮；

4-内侧滑轮； 5-外侧滑槽； 6-内侧滑槽；

7-外稳定结构轮； 8-内稳定结构轮； 11-滑轨；

111-子轨； 21-移动件； 211-子基座；

12-外圈侧壁； 13-内圈侧壁； 22-安装件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的激光选区熔化装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的激光选区熔化装置的另一结构示意图；如图1和图3所示，本发明实施例提供的一种激光选区熔化装置，该激光选区熔化装置包括：固定部1、活动部2以及移动机构；活动部2与固定部1滑动连接；移动机构与活动部2连接，用于驱动活动部2相对固定部1沿圆周方向移动；移动机构用于与3D打印机的控制系统电连接；活动部2用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；固定部1用于与3D打印机的箱体固定连接。

本发明实施例提供的激光选区熔化装置，包括固定部1、活动部2以及移动机构。在使用时，活动部2上安装3D打印机的激光耦合与激发机构，固定部1固定连接在3D打印机的箱体上，移动机构与3D打印机的控制系统电连接。3D打印机的控制系统控制移动机构，移动机构驱动活动部2相对固定部1做圆周运动，同时，激光耦合与激发机构做圆周运动，激光光束照射到金属粉末层上进行熔化，从而制造出圆筒形的构件。

本发明实施例提供的激光选区熔化装置，移动机构驱动活动部2带动激光耦合与激发机构进行移动并工作，使用者可根据构件尺寸需要控制激光耦合与激发机构运动轨迹的直径大小，这样使得激光耦合与激发机构的活动范围较广，其不受激光振镜偏转角度的限制，激光光束照射到金属粉末层的范围较大，使该工艺技术装备成型的圆筒形构件尺寸较大，有利于该工艺技术及其装备在世界范围内的推广与应用。

其中，移动机构的结构形式可以为多种，例如，移动机构包括电机、外齿轮、与外齿轮向啮合的内齿轮、与内齿轮相啮合的中心齿轮。外齿轮固定在固定部1上，中心齿轮转动连接在固定部1上，且中心齿轮位于外齿轮的中心处。活动部2固定在内齿轮上，电机与中心齿轮固定连接。在使用时，电机驱动中心齿轮转动，中心齿轮带动内齿轮沿外齿轮转动，从而带动活动部2沿外齿轮移动，做圆周运动。

又如，移动机构包括电机和转盘。转盘和固定部1转动连接，同时，转盘与电机固定连接，活动部2固定设置在转盘的边沿处。在使用时，电机带动转盘转动，活动部2绕转盘的中心做圆周运动。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，活动部2包括移动件21和安装件22；安装件22与移动件21固定连接；安装件22用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；移动件21与固定部1滑动连接；移动机构与移动件21连接，用于驱动移动件21相对固定部1做圆周运动。

本实施例中，将活动部2设置为移动件21和安装件22，安装件22与移动件21固定连接，安装件22用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构，这样设置，激光耦合与激发机构只随安装件22相对固定部1做圆周运动，方便激光耦合与激发机构的安装。

在上述实施例的基础上，进一步地，活动部2包括移动件21、安装件22以及转动机构；安装件22与移动件21转动连接；转动机构与安装件22连接，用于驱动安装件22相对移动件21转动；转动机构用于与3D打印机的控制系统电连接；安装件22用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；移动件21与固定部1滑动连接；移动机构与移动件21连接，用于驱动移动件21相对固定部1做圆周运动。

本实施例中，将安装件22与移动件21转动连接，转动机构驱动安装件22转动，也即，激光耦合与激发机构相对移动件21转动，此时，激光耦合与激发机构可在做圆周运动的同时相对移动件21进行转动，使得激光耦合与激发机构的光束的覆盖范围更广，更方便使用。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，固定部1为呈圆环形的滑轨11；移动件21包括移动基座；移动基座与滑轨11滑动连接。

本实施例中，将固定部1设置为呈圆环形的滑轨11，该滑轨11可引导移动基座沿预设方向移动，同时圆环形可减轻固定部1的重量。

其中，该滑轨11可以为一体式结构，也可以为分体式结构。

图2为本发明实施例提供的子轨的结构示意图；如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，滑轨11包括多个呈圆弧形的子轨111；多个子轨111依次连接形成圆环形；移动基座包括多个子基座211；移动机构包括多个移动结构；安装件22包括多个子安装座；多个子基座211与多个子轨111一一对应设置；每个子基座211均与一个子轨111滑动连接；多个子安装座与多个子基座211一一对应固定连接；每个子安装座均用于安装3D打印机的激光耦合与激发机构；多个移动结构与多个子基座211一一对应设置，每个移动结构与一个子基座211连接，用于驱动子基座211沿子轨111的延伸方向滑动。

本实施例中，将多个子轨111拼接形成滑轨11，每个子轨111上滑设一个子基座211，每个子基座211上连接一个子安装座，每个子安装座上安装一个激光耦合与激发机构，这样可使多个激光耦合与激发机构在相应的子轨111上同时滑动进行熔化工作。

本实施例中，多个子轨111和多个子安装座的设置可使得多个激光耦合与激发机构同时工作，提高构件熔化加工效率。

图4为本发明实施例提供的移动部的结构示意图，如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，移动件21包括内侧滑轮4和外侧滑轮3；内侧滑轮4与移动基座靠近滑轨11的内圈的一端转动连接；外侧滑轮3与移动基座靠近滑轨11的外圈的一端转动连接；内侧滑轮4与外侧滑轮3均竖直设置，且均与滑轨11抵接。

本实施例中，在移动基座上设置内侧滑轮4和外侧滑轮3，通过内侧滑轮4和外侧滑轮3将移动基座与固定部1的移动摩擦转换成滚动摩擦，减小了摩擦力和摩擦损耗，延长了移动基座的使用寿命。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，外侧滑轮3的直径大于内侧滑轮4的直径；滑轨11上，沿外圈至内圈的方向，依次间隔设置有均呈圆环形的外侧滑槽5和内侧滑槽6；外侧滑轮3设置在外侧滑槽5内；内侧滑轮4设置在内侧滑槽6内，内侧滑槽6的深度小于外侧滑槽5的深度，内侧滑槽6与外侧滑槽5的深度差与外侧轮半径与内侧轮半径的差值相同。

本实施例中，将内侧滑槽6与外侧滑槽5的深度差与外侧轮半径与内侧轮半径的差值设置为相同，可使得内侧滑轮4的转轴与外侧滑轮3的转轴平齐，此时，移动基座可保持水平状态，防止移动基座倾斜。

其中，本实施例中的内侧滑轮4与外侧滑轮3均分别独立地与移动基座转动连接。内侧滑轮4和外侧滑轮3可分别为两个。通过四个滑轮支撑移动基座，可增加移动基座的稳定性。

在上述实施例的基础上，进一步地，移动基座上设置有横向限位结构；横向限位结构用于防止移动基座沿滑轨11的宽度方向移动。

本实施例中，在移动基座上设置横向限位结构，在移动基座圆周运动的过程中，横向限位结构可防止移动基座沿滑轨11的宽度方向移动，也即，可防止移动基座在滑轨11的宽度方向左右晃动，进一步提高移动基座的稳定性，从而提高激光耦合与激发机构光束准确照射到预设位置，提高加工制造的精度。

其中，横向限位结构的结构形式可以为多种，例如，横向限位结构包括限位块，限位块与移动基座固定连接，限位块的左端和右端分别与滑轨11的外圈侧壁12和内圈侧壁13抵接。滑轨11的外圈侧壁12和内圈侧壁13分别与限位块施加作用力，将限位块在横向上限位，从而将移动基座在横向上限位。

如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，横向限位结构包括均与移动基座转动连接的外稳定结构轮7和内稳定结构轮8；外稳定结构轮7和内稳定结构轮8均水平设置；外稳定结构轮7位于移动基座靠近滑轨11的外圈的一端；内稳定结构轮8位于移动基座靠近滑轨11的内圈的一端；外稳定结构轮7与内稳定结构轮8分别与滑轨11的外圈侧壁12和内圈侧壁13抵接。

本实施例中，外稳定结构轮7与内稳定结构轮8分别与滑轨11的外圈侧壁12和内圈侧壁13抵接，外圈侧壁12对外稳定结构轮7施加作用力，内圈侧壁13对内稳定结构轮8施加作用力，两者作用力相反，使得移动基座在横向稳定地限位在预设位置。同时，外稳定结构轮7和内稳定结构轮8可减小移动基座与滑轨11的摩擦力，降低摩擦损耗。

在上述实施例的基础上，进一步地，本发明实施例还提供一种3D打印机，该3D打印机包括本发明的激光选区熔化装置。激光选区熔化装置的工作原理同上，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。