本发明涉及3d打印领域，特别是涉及一种以激光为热源的送丝3d打印机及其打印方法。
背景技术：
：金属增材3d打印常用的形式按照原材料的不同分为金属送丝打印和金属粉增材打印两种；而金属粉增材3d打印机由于材料利用率较低、送粉量稳定性差、熔道两侧处于半熔状态的粉末易粘附在成型零件表面等问题，在一些譬如薄壁类的大型零件中打印效果较差；而针对此类零件的增材制造，现有一般采用金属送丝3d打印方式，且此种打印方式存在诸多优点，如送料精度更高、更易实现控制、材料利用率高、成本低廉等，因此具有更广阔的发展空间。现有的金属送丝3d打印机常用的形式主要有电子束熔丝增材制造和电弧增材制造两种；其中，电子束熔丝增材制造需要整个环境的真空，故设备制造难度较大，整体打印成本较高；而电弧增材制造的表面成型质量较差。鉴于此，有必要设计一种新的以激光为热源的送丝3d打印机及其打印方法用以解决上述技术问题。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以激光为热源的送丝3d打印机及其打印方法，用于解决现有技术中采用电子束熔丝增材进行3d打印时，存在设备制造难度大及打印成本高的问题，采用电弧增材进行3d打印时，存在表面成型质量差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种以激光为热源的送丝3d打印机，所述3d打印机包括：外壳，所述外壳内设有密封腔体；三轴运动机床，安装于所述密封腔体内，包括x轴运动模组、y轴运动模组及z轴运动模组；工作台，安装于所述三轴运动机床的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板沿x轴运动模组、y轴运动模组及z轴运动模组运动；以及激光送丝装置，安装于所述工作台的上方，用于向所述打印基板中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光和金属丝。优选地，所述激光送丝装置安装于所述三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3d打印。优选地，所述3d打印机还包括：一辅助三轴运动机床，安装于所述三轴运动机床上方，包括辅助x轴运动模组、辅助y轴运动模组及辅助z轴运动模组；其中，所述激光送丝装置安装于所述辅助三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台进行配合运动，以实现3d打印。优选地，所述工作台包括加热工作台，其中，所述加热工作台包括：水冷隔离板，所述水冷隔离板上设有水冷循环通道；绝缘保温隔热板，设于所述水冷隔离板上方；加热平台，设于所述绝缘保温隔热板上方，包括若干加热模块，及与若干所述加热模块电连接的测温组件；及工作平台，设于所述加热平台上方，包括若干与所述加热模块对应的工作区域，及隔离各所述工作区域的隔离槽；其中，所述打印基板设于所述工作平台上方。优选地，所述加热测温组件包括：第一热电偶，与位于中心区域的若干所述加热模块电连接，用于调节并测量位于中心区域的若干所述加热模块的加热温度；其中，所述打印基板设于所述第一热电偶控制区域上方的若干所述工作区域的上方；及第二热电偶，与所述加热平台中除中心区域以外的边缘区域的若干所述平台模块电连接，用于调节并测量位于边缘区域的若干所述加热模块的加热温度。优选地，所述激光送丝装置包括：激光熔敷头，所述激光熔敷头包括熔敷头本体，设于所述熔敷头本体上方的激光器接口和送丝机接口，及设于所述熔敷头本体下方的传输出口，其中，所述熔敷头本体内设有激光光路及送丝管路；激光器，所述激光器通过所述激光器接口与所述激光熔敷头同轴连接；及送丝机枪头，所述送丝机枪头通过所述送丝机接口与所述激光熔敷头同轴连接。优选地，所述激光送丝装置还包括：安装于所述激光器一侧的激光固定架。优选地，所述激光送丝装置还包括：安装于所述送丝机枪头前端的金属丝矫直器。优选地，所述3d打印机还包括安装于所述外壳两侧的除尘装置；其中，所述除尘装置包括：至少一组除尘接口，一组所述除尘接口包括除尘入口和除尘出口，所述除尘入口安装于所述外壳的一侧、且与所述密封腔体连通，所述除尘出口安装于所述外壳的另一侧、且与所述密封腔体连通；防爆电磁阀，分别安装于所述除尘入口和所述除尘出口上；循环管路，所述循环管路的一端与所述除尘入口连接，其另一端与所述除尘出口连接；过滤器，安装于靠近所述除尘入口的循环管路上；及循环风机，安装于靠近所述除尘出口的循环管路上。优选地，所述除尘装置还包括：安装于所述过滤器两端的压差阀。优选地，当所述除尘接口为多组时，多组所述除尘接口分别安装于所述外壳的不同高度上。优选地，所述3d打印机还包括惰性气体供给装置，其中，所述惰性气体供给装置包括惰性气体供给腔室及气体供给管路；其中，所述气体供给管路的一端与所述惰性气体供给腔室连接，其另一端与所述密封腔体连通。优选地，所述3d打印机还包括冷却装置，其中，所述冷却装置包括：水气供给腔室，设于所述密封腔体的外侧；冷却腔室，设于所述密封腔体的外侧，且与所述水气供给腔室连接；及水路拖链，设于所述密封腔体内、且位于所述激光送丝装置一侧，其一端与所述水气供给腔室连接，其另一端与所述冷却腔室连接。本发明还提供了一种以激光为热源的送丝3d打印机的打印方法，所述打印方法包括：预设待打印三维模型；将所述待打印三维模型进行分层切片处理，形成各沉积层的扫描路径，并根据所述扫描路径，生成机床控制数据；于工作台上放置打印基板，并通过聚焦光斑于所述打印基板上按所述扫描路径标识预设成型位置；通过所述机床控制数据控制三轴运动机床，以带动所述工作台上的打印基板运动，使所述打印基板上标识的预设成型位置运动至激光送丝装置的下方；以及所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。优选地，所述打印方法还包括：通过所述三轴运动机床控制所述工作台和所述激光送丝装置进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。优选地，所述打印方法还包括：通过两套三轴运动机床分别控制所述工作台和所述激光送丝装置，以进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。如上所述，本发明的以激光为热源的送丝3d打印机及其打印方法，具有以下有益效果：1、本发明所述3d打印机，不仅制造难度小、打印成本低，而且打印产品的表面成型质量高。2、本发明所述3d打印机采用三轴运动机床控制所述工作台及/或所述激光送丝装置进行3d打印，不仅结构稳定、成型区域实现最大化，而且打印精度高。3、本发明所述3d打印机通过激光固定架及金属丝矫直器的设置，分别对所述激光器进行固定及对金属丝进行矫直，从而大大提高了激光与金属丝同轴传输的精确度。4、本发明所述3d打印机通过加热工作台的设置，可降低激光熔覆过程中打印基板的热变形；而且通过若干加热模块共同对所述工作台进行加热，实现了各工作区域的温控要求、温度均匀可靠。5、本发明所述3d打印机通过设置一除尘装置，以实现对打印过程中产生的烟尘杂质进行过滤除尘的作用。6、本发明所述3d打印机通过惰性气体供给装置及气体供给管路的设置，可实现在打印过程中向所述密封腔体内充入惰性气体，使所述密封腔体内的微氧含量不大于1000ppm，以防止打印成型过程金属丝被氧化，从而提高打印质量。7、本发明所述3d打印机通过水路拖链的设置，可实现在打印过程进行冷却降温的作用，防止所述密封腔体内的温度过高。附图说明图1显示为本发明所述3d打印机的结构示意图。图2和图3显示为本发明所述加热工作台的结构示意图。图4显示为本发明所述激光熔敷头的结构示意图。图5显示为所述激光熔敷头的传输出口同轴输出的激光和金属丝的示意图。图6显示为本发明所述除尘装置的结构示意图。元件标号说明1003d打印机10外壳11外壳本体12前门13观察窗20密封腔体30三轴运动机床31x轴运动模组32y轴运动模组33z轴运动模组40工作台41水冷隔离板42水冷循环通道43绝缘保温隔热板44加热平台441加热模块442测温组件4421第一热电偶4422第二热电偶45工作平台451工作区域452隔离槽50激光送丝装置51激光熔敷头511熔敷头本体512激光器接口513送丝机接口514传输出口515激光光路516送丝管路52激光器53送丝机枪头54激光固定架55金属丝矫直器60除尘装置61除尘入口62除尘出口63防爆电磁阀64循环管路65过滤器66循环风机67压差阀70水路拖链80照明射灯90悬臂操作箱200打印基板300激光400金属丝具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。如图1所示，本实施例提供一种以激光为热源的送丝3d打印机，所述3d打印机100包括：外壳10，所述外壳10内设有密封腔体20；三轴运动机床30，安装于所述密封腔体20内，包括x轴运动模组31、y轴运动模组32及z轴运动模组33；工作台40，安装于所述三轴运动机床30的运动模组上，用于带动安装其上的打印基板200沿x轴运动模组31、y轴运动模组32及z轴运动模组33运动；以及激光送丝装置50，安装于所述工作台40的上方，用于向所述打印基板200中聚焦光斑标识的预设成型位置处同轴传输激光300和金属丝400。作为示例，所述工作台40在所述三轴运动机床30的控制下，实现可沿x轴运动模组31、y轴运动模组32及z轴运动模组33运动；所述激光送丝装置50固定于所述密封腔体20内、且位于所述工作台40的上方。如所述工作台40安装于所述y轴运动模组32上，实现所述工作台40可沿y轴运动模组32运动；所述y轴运动模组32分别安装于所述x轴运动模组31及z轴运动模组33上，实现所述y轴运动模组32和所述z轴运动模组33可沿x轴运动模组31运动，所述x轴运动模组31和所述y轴运动模组32可沿z轴运动模组33运动；进而实现所述工作台40沿所述三轴运动机床30的x轴运动模组、y轴运动模组及z轴运动模组进行三维运动。作为另一示例，所述激光送丝装置50安装于所述三轴运动机床30的运动模组上，且与所述工作台40进行配合运动，以实现3d打印。具体为：当所述工作台40沿一方向运动时，所述激光送丝装置50沿与该方向垂直的平面运动；或所述激光送丝装置50沿一方向运动时，所述工作台40沿与该方向垂直的平面运动。也就是说，当所述工作台40实现沿x轴运动模组31进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿y轴运动模组32和z轴运动模组33进行运动；当所述工作台40实现沿y轴运动模组32进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿x轴运动模组31和z轴运动模组33进行运动；当所述工作台40实现沿z轴运动模组33进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿x轴运动模组31和y轴运动模组32进行运动；当所述工作台40实现沿x轴运动模组31和y轴运动模组32进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿z轴运动模组33进行运动；当所述工作台40实现沿x轴运动模组31和z轴运动模组33进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿y轴运动模组32进行运动；当所述工作台40实现沿y轴运动模组32和z轴运动模组33进行运动时，所述激光送丝装置50实现沿x轴运动模组31进行运动；其中，所述工作台40和所述激光送丝装置50的配合运动形式如下表所示。优选地，在本实施例中，所述工作台40沿x轴运动模组31和y轴运动模组32进行运动，所述激光送丝装置50沿z轴运动模组33进行运动。工作台激光送丝装置x轴y轴、z轴y轴x轴、z轴z轴x轴、y轴x轴、y轴z轴x轴、z轴y轴y轴、z轴x轴作为另一示例，所述3d打印机还包括：一辅助三轴运动机床，安装于所述三轴运动机床30上方，包括辅助x轴运动模组、辅助y轴运动模组及辅助z轴运动模组；其中，所述激光送丝装置50安装于所述辅助三轴运动机床的运动模组上，且与所述工作台40进行配合运动，以实现3d打印。其中，所述工作台40和所述激光送丝装置50的配合运动形式如下表所示。作为示例，如图1所示，所述外壳10包括外壳本体11，安装于所述外壳本体11上的前门12，及安装于所述前门12上的观察窗13。作为示例，如图1至图3所示，所述工作台40包括加热工作台，其中，所述加热工作台包括：水冷隔离板41，所述水冷隔离板41上设有水冷循环通道42；绝缘保温隔热板43，设于所述水冷隔离板41上方；加热平台44，设于所述绝缘保温隔热板43上方，包括若干加热模块441，及与若干所述加热模块441电连接的测温组件442；及工作平台45，设于所述加热平台44上方，包括若干与所述加热模块441对应的工作区域451，及隔离各所述工作区域451的隔离槽452；其中，所述打印基板200设于所述工作平台45上方。需要说明的是，由于激光熔融过程中会产生大量的热，极易造成所述打印基板和工作平台的受热不均匀，从而产生热变形；而本实施例通过加热平台的设置，可实现将所述工作平台和所述打印基板均匀加热至一定温度，从而防止热变形。而且还通过所述绝缘保温隔热板、所述水冷隔离板和所述水冷循环通道的设置，减少了加热平台对其它零部件(特别是三轴运动机床)的热影响。具体的，如图2所示，所述加热测温组件442包括：第一热电偶4421，与位于中心区域a的若干所述加热模块441电连接，用于调节并测量位于中心区域a的若干所述加热模块441的加热温度；其中，所述打印基板200设于所述第一热电偶控制区域上方的若干所述工作区域的上方；及第二热电偶4422，与所述加热平台44中除中心区域以外的边缘区域的若干所述加热模块441电连接，用于调节并测量位于边缘区域的若干所述加热模块441的加热温度。需要说明的是，所述第一热电偶用于实现中心区域a所在的工作区域的温度调节及测量，所述第二热电偶用于实现除中心区域a以外的边缘区域所在的工作区域的温度调节及测量。具体的，如图3所示，所述水冷隔离板41上还设有过线孔，用于引出连接所述加热模块441和所述测温组件442的若干加热导线。作为示例，如图1和图4所示，所述激光送丝装置50包括：激光熔敷头51，所述激光熔敷头51包括熔敷头本体511，设于所述熔敷头本体511上方的激光器接口512和送丝机接口513，及设于所述熔敷头本体511下方的传输出口514，其中，所述熔敷头本体511内设有激光光路515及送丝管路516；激光器52，所述激光器52通过所述激光器接口512与所述激光熔敷头51同轴连接；及送丝机枪头53，所述送丝机枪头53通过所述送丝机接口513与所述激光熔敷头51同轴连接。具体的，所述激光熔敷头51的激光器接口512与所述激光器52密封连接，其送丝机接口513与所述送丝机枪头53密封连接，其传输出口514呈环形聚焦状，使得通过传输出口514的激光呈环形聚焦光束。需要注意的是，通过设置所述激光器52和所述送丝机枪头53与所述激光熔敷头51同轴连接，实现所述激光熔敷头51的传输出口514输出的激光300和金属丝400同轴、且金属丝400从激光300的环形聚焦光束中心穿过，从而使金属丝连续、准确、均匀地投入至预设成型位置处，实现光料的精确耦合，而且不会影响激光性能，具体示意图如图5所示。具体的，所述激光光路515包括多组具有传递和整形功能的光学镜片，其组成的光路如图4所示。具体的，如图1所示，所述激光送丝装置50还包括：安装于所述激光器52一侧的激光固定架54，用于对所述激光器52进行固定，以保护所述激光器52出射的所述激光的弯曲半径，从而提高所述激光和所述金属丝输出的同轴精度。具体的，如图1所示，所述激光送丝装置50还包括：安装于所述送丝机枪头53前端的金属丝矫直器55，用于对输入所述送丝机枪头53的金属丝进行矫直，以提高所述金属丝的平直度，从而提高所述激光和所述金属丝输出的同轴精度。作为示例，如图6所示，所述3d打印机100还包括安装于所述外壳10两侧的除尘装置60；其中，所述除尘装置包括：至少一组除尘接口，一组所述除尘接口包括除尘入口61和除尘出口62，所述除尘入口61安装于所述外壳10的一侧、且与所述密封腔体20连通，所述除尘出口62安装于所述外壳10的另一侧、且与所述密封腔体20连通；防爆电磁阀62，分别安装于所述除尘入口61和所述除尘出口62上；循环管路64，所述循环管路64的一端与所述除尘入口61连接，其另一端与所述除尘出口62连接；过滤器65，安装于靠近所述除尘入口61的循环管路64上；及循环风机66，安装于靠近所述除尘出口62的循环管路64上。需要说明的是，由于在激光熔融过程中会产生大量的烟尘杂质等，本实施例所述除尘装置的工作过程如下：当所述电磁防爆阀开启时，通过循环风机使密封腔体内的气体进行循环流动，并通过过滤器对循环流动气体中的烟尘杂质进行过滤，以将烟尘杂质排出至密封腔体外，经过过滤器后的洁净气体重新循环流入密封腔体，实现密封腔体内气体的清洁。具体的，如图6所示，所述除尘装置60还包括：安装于所述过滤器65两端的压差阀67，用于对所述过滤器65的两端进行压差监控，当所述过滤器65两端的压差超过预设压差时，提醒更换滤芯。当所述过滤器的滤芯被烟尘杂质堵塞时，随着工作时间的增加，其过滤效果逐渐变差，而通过压差阀的设置，可实时监控所述过滤器两端的压差，并将监控压差与预设压差进行比较，当所述监控压差大于所述预设压差时，提醒更换滤芯。具体的，当所述除尘接口为多组时，多组所述除尘接口分别安装于所述外壳的不同高度上。优选地，在本实施例中，如图6所示，所述除尘接口为两组，以实现不同区域内气体的清洁。作为示例，所述3d打印机还包括惰性气体供给装置，其中，所述惰性气体供给装置包括惰性气体供给腔室及气体供给管路；其中，所述气体供给管路的一端与所述惰性气体供给腔室连接，其另一端与所述密封腔体连通。需要说明的是，通过所述惰性气体供给装置的设置，向所述密封腔体内充入惰性气体，实现所述密封腔体内的微氧含量不大于1000ppm，以防止打印成型过程金属丝被氧化，从而提高打印质量。作为示例，所述3d打印机还包括冷却装置，其中，所述冷却装置包括：水气供给腔室，设于所述密封腔体的外侧；冷却腔室，设于所述密封腔体的外侧，且与所述水气供给腔室连接；及水路拖链，设于所述密封腔体内、且位于所述激光送丝装置一侧，其一端与所述水气供给腔室连接，其另一端与所述冷却腔室连接需要说明的是，通过所述冷却装置的设置，在激光熔融金属丝的过程中，可实现冷却降温的作用。优选地，在本实施例中，将所述惰性气体供给装置的所述气体供给管路设于所述密封腔体内，且与所述水路拖链集成在一起。作为示例，如图1所示，所述3d打印机还包括安装于所述激光送丝装置50一侧的照明射灯80，用于对所述密封腔体20进行照明。作为示例，如图1所示，所述3d打印机还包括安装于所述外壳10一侧的操作箱90，用于对所述3d打印机进行控制操作。利用上述所述以激光为热源的送丝3d打印机进行3d打印时，其打印方法包括：预设待打印三维模型；将所述待打印三维模型进行分层切片处理，形成各沉积层的扫描路径，并根据所述扫描路径，生成机床控制数据；于工作台上放置打印基板，并通过聚焦光斑于所述打印基板上按所述扫描路径标识预设成型位置；通过所述机床控制数据控制三轴运动机床，以带动所述工作台上的打印基板运动，使所述打印基板上标识的预设成型位置运动至激光送丝装置的下方；以及所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。作为另一示例，所述打印方法还包括：通过所述三轴运动机床控制所述工作台和所述激光送丝装置进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。作为另一示例，所述打印方法还包括：通过两套三轴运动机床分别控制所述工作台和所述激光送丝装置，以进行配合运动，使所述激光送丝装置中的激光和金属丝同轴传输至所述打印基板上标识的所述预设成型位置处，并通过激光熔融金属丝，实现逐层打印。综上所述，本发明的以激光为热源的送丝3d打印机及其打印方法，具有以下有益效果：1、本发明所述3d打印机，不仅制造难度小、打印成本低，而且打印产品的表面成型质量高。2、本发明所述3d打印机采用三轴运动机床控制所述工作台及/或所述激光送丝装置进行3d打印，不仅结构稳定、成型区域实现最大化，而且打印精度高。3、本发明所述3d打印机通过激光固定架及金属丝矫直器的设置，分别对所述激光器进行固定及对金属丝进行矫直，从而大大提高了激光与金属丝同轴传输的精确度。4、本发明所述3d打印机通过加热工作台的设置，可降低激光熔覆过程中打印基板的热变形；而且通过若干加热模块共同对所述工作台进行加热，实现了各工作区域的温控要求、温度均匀可靠。5、本发明所述3d打印机通过设置一除尘装置，以实现对打印过程中产生的烟尘杂质进行过滤除尘的作用。6、本发明所述3d打印机通过惰性气体供给装置及气体供给管路的设置，可实现在打印过程中向所述密封腔体内充入惰性气体，使所述密封腔体内的微氧含量不大于1000ppm，以防止打印成型过程金属丝被氧化，从而提高打印质量。7、本发明所述3d打印机通过水路拖链的设置，可实现在打印过程进行冷却降温的作用，防止所述密封腔体内的温度过高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12