激光输出装置及3d打印机的制作方法
专利名称:激光输出装置及3d打印机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸透镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜。该激光器用于产生激光束。该激光束经该激光扩束器、该凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚至一扫描焦点。该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置感测装置以及止动装置。该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动。该位置感测装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置。该止动装置设置在该凹透镜或该凸透镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描焦点的位置。本实用新型还提供一种3D打印机。
【专利说明】
激光输出装置及3D打印机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种激光输出装置及具有该激光输 出装置的3D打印机。
【背景技术】
[0002] 3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采 用金属或非金属材料制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化 堆积成型来构造三维的实体的打印设备。随着3D打印技术的快速发展，3D打印机在产品制 造业获得了广泛的应用。其中，激光输出装置是3D打印机的重要组成部分。
[0003] 目前，激光输出装置通常使用简单的定焦光路，而针对激光扫描烧结点存在两种 情况:第一，激光输出装置产生的激光扫描烧结、熔化/融化待成型粉末是在固定的焦点上 进行，即，扫描烧结点在焦点位置，此时，激光的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描虽然适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度，但会导致3D成 型效率较低。此时，人们会想到通过提高输出的激光功率来提高3D成型效率，然而，在焦点 位置输出比较大的激光功率时，待成型粉末会部分气化，产生飞溅，反过来会影响3D成型的 精度与致密度。第二，激光输出装置产生的激光扫描烧结、熔化/融化待成型粉末不在固定 的焦点上进行，即，扫描烧结点不在焦点位置，此时，激光的光斑较扫描烧结点在焦点位置 时的激光光斑增大，则无法保证零件轮廓的精度。因此，扫描烧结点在焦点位置时3D成型效 率低，而扫描烧结点不在焦点位置时又不能保证零件轮廓精度。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型效率的激 光输出装置及一种具有该激光输出装置的3D打印机。
[0005] -种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸 透镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜。该激光器用于产生激光束。该激光束经该激光扩束器、 该凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚 至一扫描焦点。该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置感测装置 以及止动装置。该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动。该位置感测 装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置。该止动装置设置在该凹透镜或该凸透 镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描焦点的位 置。
[0006] 进一步地，该止动装置为横截面是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形 的各边距离均不同。
[0007] 进一步地，该平移装置用于驱动该凹透镜移动，该凸透镜固定。
[0008] 进一步地，该平移装置用于驱动该凸透镜移动，该凹透镜固定。
[0009] 进一步地，该平移装置采用电机螺旋移动装置。
[0010]进一步地，该激光输出装置还包括收容装置，该收容装置用于收容该凹透镜或该 凸透镜，该平移装置与该收容装置固定连接以驱动该收容装置移动而带动该凹透镜或该凸 透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上以使该收容装置停留在不同的位 置。
[0011]进一步地，该平移装置采用气缸移动装置，包括气缸以及被该气缸驱动的移动部， 该气缸与该移动部连接。
[0012] 进一步地，该激光输出装置还包括收容装置，该收容装置用于收容该凹透镜或该 凸透镜，该移动部与该收容装置固定连接以驱动该收容装置移动而带动该凹透镜或该凸透 镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上以使该收容装置停留在不同的位置。
[0013] 进一步地，该移动部与该凹透镜或该凸透镜固定连接以带动该凹透镜或该凸透镜 移动，该止动装置设置在该移动部的移动线路上以使该移动部停留在不同的位置。
[0014] 一种3D打印机，包括工作台及如上所述的任意一种激光输出装置。该激光输出装 置设置在该工作台的上方，该工作台用于放置待成型粉末，该扫描焦点落在该待成型粉末 上。
[0015] 相较于现有技术，本实用新型的激光输出装置设置及具有该激光输出装置设置的 3D打印机利用设置在光学元件的移动路线上的止动装置迫使光学元件停止在不同的位置， 从而改变该扫描焦点的位置，能够满足不同的打印需求，既能够保证零件轮廓精度又能提 高3D成型的效率。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型第一实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0017] 图2是图1中的激光输出装置中的止挡装置的立体结构示意图。
[0018] 图3是本实用新型第二实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0019] 图4是本实用新型第三实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0020] 图5是本实用新型第四实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0021 ]图6是本实用新型第五实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0022]图7是本实用新型第六实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0023]主要元件符号说明
[0024]
[0025]
[0026] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】 [0027]第一实施方式
[0028]请参阅图1，为本实用新型第一实施方式提供的激光输出装置10。该激光输出装置 10包括激光器11、光学元件12、激光扫描振镜13、聚焦透镜14、收容装置15、平移装置16、位 置感测装置17、止挡装置18、以及控制器19。
[0029] 该激光器11用于产生激光束。该光学元件12包括激光扩束器122、凹透镜124及凸 透镜126。该激光扩束器122用于扩展从该激光器11产生的激光束。该凹透镜124用于发散来 自该激光扩束器122的激光束。该凸透镜126用于汇聚来自该凹透镜124的激光束。该激光 扫描振镜13用于将来自该凸透镜126的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚 焦透镜14设置于该激光扫描振镜13的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置10工作时，该 激光器11产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器122扩展，经该凹透镜124发散，及经该 凸透镜126汇聚进入该激光扫描振镜13后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜14会聚 至一扫描焦点01进行扫描打印。
[0030] 本实施方式中，该收容装置15为一长方形框体，该凹透镜124收容在该收容装置15 内，在该激光输出装置10工作时，该收容装置15并不影响激光束的传输。该平移装置16采用 电机螺旋移动装置，该平移装置16与该收容装置15的外壳下部固定连接以驱动该收容装置 15移动从而带动该凹透镜124沿着光路来回移动。该位置感测装置17固定在该平移装置16 上以跟随该凹透镜124的移动而移动，该位置感测装置17用于检测被驱动的该凹透镜124的 位置。
[0031] 请结合图2,该止挡装置18为横截面是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边 形的各边距离均不同。该止挡装置18设置在该激光扩束器122与该收容装置15之间并位于 该收容装置15上方以能阻挡住该收容装置15的移动又不处于激光束的传输路线中影响激 光束的传输。该止挡装置18具有一个中心轴182,其能绕着该中心轴182自转，该中心轴182 到该止挡装置18的各个侧面的距离均不相同。本实施方式中，该止挡装置18为横截面是六 边形的棱柱体，其包括第一侧面183、第二侧面184、第三侧面185、第四侧面186、第五侧面 187以及第六侧面188。在其他实施方式中，该止挡装置18的横截面还可以是其他的不规则 的多边形，例如三角形、四边形、五边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形 的各边距离均不同即可。
[0032] 该控制器19与该激光器11、该平移装置16、该位置感测装置17及驱动该止挡装置 18转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器11、该平移装置16、该位置感测装置17 及驱动该止挡装置18转动的装置进行精确控制。
[0033] 请再参阅图1，该激光输出装置10工作时，该凸透镜126固定，该激光器11产生激光 束，该激光束依次经该激光扩束器122扩展，经该凹透镜124发散，及经该凸透镜126汇聚进 入该激光扫描振镜13后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜14会聚至一扫描焦点01进 行扫描打印，由于扫描烧结点（图1中01点)在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次 扫描的线宽也是最细的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精 度。当需要扫描形成精度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置10通过该位置感测 装置17检测被驱动的该凹透镜124的位置，并通过调节该凹透镜124的位置来调节激光束的 光斑直径大小，当平移装置16驱动该收容装置15朝远离该凸透镜126的方向移动从而带动 该凹透镜124朝远离该凸透镜126的方向移动时，激光束发散直径变大，扫描焦点的位置下 移至02;当平移装置16驱动该收容装置15朝接近该凸透镜126的方向移动从而带动该凹透 镜124朝接近该凸透镜126的方向移动时，激光束发散直径变小，扫描焦点的位置上移；当扫 描焦点下移至02时，此时扫描烧结点（图1中Μ处)对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点 位置（图1中01点）时的激光光斑增大，同样地，当扫描焦点上移时，此时扫描烧结点（图未 示)对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点位置（图1中01点）时的激光光斑也增大。因 此，无论扫描焦点是上移还是下移，均可以提尚扫描效率，从而能够提尚3D成型的效率。由 此，本实施方式提供的激光输出装置10既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的效率。 [0034] 在上述平移装置16驱动该收容装置15朝远离或接近该凸透镜126的方向移动从而 带动该凹透镜124朝远离或接近该凸透镜126的方向移动时，该止挡装置18起到止挡作用。 具体地，当收容装置15从图1中实线所示的位置移动到虚线所示的位置时，对应地，止挡装 置18绕中心轴182顺时针转动且使第一侧面183与收容装置15抵触变第三侧面185与收容装 置15抵触，此时，扫描焦点由01变更为02。同样地，若止挡装置18绕中心轴182转动且使第二 侧面184与收容装置15抵触，此时，扫描焦点则变更为03(图未示）；若止挡装置18绕中心轴 182转动且使第四侧面186与收容装置15抵触，此时，扫描焦点则变更为04(图未示）；若止挡 装置18绕中心轴182继续顺转动且使第五侧面187与收容装置15抵触则变更，此时，扫描焦 点为〇5(图未示）；若止挡装置18绕中心轴182转动且使第六侧面188与收容装置15抵触，此 时，扫描焦点则变更为〇6(图未示）。由此可见，扫描焦点的位置可以通过该止挡装置18的结 构来设计，具体就是设计该止挡装置18的多边形截面的中心到该多边形的各边距离即可。 如此，便可以通过设计该止挡装置18的多边形截面的中心到该多边形的各边距离来使得扫 描烧结点对应的激光束的光斑具有不同大小，如此能够更进一步地控制扫描精度。
[0035]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置18也可设置在该凸透镜126与该收容装 置15之间并位于该收容装置15上方以能阻挡住该收容装置15的移动又不处于激光束的传 输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置16的移动可以是只沿着一个方 向就可以与收容装置15抵触，例如只左移便能与收容装置15抵触或只右移便能与收容装置 15抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置15抵触，例如先左移后右移才能与收容 装置15抵触或先右移再左移才能与收容装置15抵触。
[0036]第二实施方式
[0037] 请参阅图3,为本实用新型第二实施方式提供的激光输出装置20。该激光输出装置 20包括激光器21、光学元件22、激光扫描振镜23、聚焦透镜24、收容装置25、平移装置26、位 置感测装置27、止挡装置28、以及控制器29。
[0038] 该激光器21用于产生激光束。该光学元件22包括激光扩束器222、凹透镜224及凸 透镜226。该激光扩束器222用于扩展从该激光器21产生的激光束。该凹透镜224用于发散来 自该激光扩束器222的激光束。该凸透镜226用于汇聚来自该凹透镜224的激光束。该激光扫 描振镜23用于将来自该凸透镜226的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚焦 透镜24设置于该激光扫描振镜23的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置20工作时，该激 光器21产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器222扩展，经该凹透镜224发散，及经该凸 透镜226汇聚进入该激光扫描振镜23后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜24会聚至 一扫描焦点进行扫描打印。
[0039]本实施方式中，该收容装置25为一长方形框体，该凸透镜226收容在该收容装置25 内，在该激光输出装置20工作时，该收容装置25并不影响激光束的传输。该平移装置26采用 电机螺旋移动装置，该平移装置26与该收容装置25的外壳下部固定连接以驱动该收容装置 25移动从而带动该凸透镜226沿着光路来回移动。该位置感测装置27固定在该平移装置26 上以跟随该凸透镜226的移动而移动，该位置感测装置27用于检测被驱动的该凸透镜226的 位置。
[0040]该止挡装置28的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置28设置在 该凹透镜224与该收容装置25之间并位于该收容装置25上方以能阻挡住该收容装置25的移 动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置28具有一个中心轴282,其 能绕着该中心轴282自转，该中心轴282到该止挡装置28的各个侧面的距离均不相同。本实 施方式中，该止挡装置28为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在其他实施 方式中，该止挡装置28的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四边形、五 边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。
[0041] 该控制器29与该激光器21、该平移装置26、该位置感测装置27及驱动该止挡装置 28转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器21、该平移装置26、该位置感测装置27 及驱动该止挡装置28转动的装置进行精确控制。
[0042] 该激光输出装置20工作时，该凹透镜224固定，该激光器21产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器222扩展，经该凹透镜224发散，及经该凸透镜226汇聚进入该激光扫描 振镜23后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜24会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点在焦点位置(假设为〇点），此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也 是最细的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描 形成精度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置20通过该位置感测装置27检测被 驱动的该凸透镜226的位置，并通过调节该凸透镜226的位置来调节激光束的光斑直径大 小，当平移装置26驱动该收容装置25朝远离该凹透镜224的方向移动从而带动该凸透镜226 朝远离该凹透镜224的方向移动时，扫描焦点的位置下移；当平移装置26驱动该收容装置25 朝接近该凹透镜224的方向移动从而带动该凸透镜226朝接近该凹透镜224的方向移动时， 扫描焦点的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此时扫描烧结点对应的激光束的光斑 较扫描烧结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则可以提高扫描效率，从而能够提高3D 成型的效率。由此，本实施方式提供的激光输出装置20同样既能够保证零件轮廓精度又能 提高3D成型的效率。
[0043] 在上述平移装置26驱动该收容装置25朝远离或接近该凹透镜224的方向移动从而 带动该凸透镜226朝远离或接近该凹透镜224的方向移动时，该止挡装置28起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0044]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置28也可设置在该激光扫描振镜23与该 收容装置25之间并位于该收容装置25上方以能阻挡住该收容装置25的移动又不处于激光 束的传输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置26的移动可以是只沿着 一个方向就可以与收容装置25抵触，例如只左移便能与收容装置25抵触或只右移便能与收 容装置25抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置25抵触，例如先左移后右移才能 与收容装置25抵触或先右移再左移才能与收容装置25抵触。
[0045]第三实施方式
[0046]请参阅图4,为本实用新型第三实施方式提供的激光输出装置30。该激光输出装置 30包括激光器31、光学元件32、激光扫描振镜33、聚焦透镜34、收容装置35、平移装置36、位 置感测装置37、止挡装置38、以及控制器39。
[0047] 该激光器31用于产生激光束。该光学元件32包括激光扩束器322、凹透镜324及凸 透镜326。该激光扩束器322用于扩展从该激光器31产生的激光束。该凹透镜324用于发散 来自该激光扩束器322的激光束。该凸透镜326用于汇聚来自该凹透镜324的激光束。该激光 扫描振镜33用于将来自该凸透镜326的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚 焦透镜34设置于该激光扫描振镜33的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置30工作时，该 激光器31产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器322扩展，经该凹透镜324发散，及经该 凸透镜326汇聚进入该激光扫描振镜33后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜34会聚 至一扫描焦点进行扫描打印。
[0048]本实施方式中，该收容装置35为一长方形框体，该凹透镜324收容在该收容装置35 内，在该激光输出装置30工作时，该收容装置35并不影响激光束的传输。该平移装置36采用 气缸移动装置，包括气缸362以及被该气缸362驱动而进行来回移动的移动部364。该移动部 364与该收容装置35的外壳下部固定连接以驱动该收容装置35移动从而带动该凹透镜324 沿着光路来回移动。该位置感测装置37固定在该平移装置36上以跟随该凹透镜324的移动 而移动，该位置感测装置37用于检测被驱动的该凹透镜324的位置。
[0049]该止挡装置38的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置38设置在 该激光扩束器322与该收容装置35之间并位于该收容装置35上方以能阻挡住该收容装置35 的移动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置38具有一个中心轴 382，其能绕着该中心轴382自转，该中心轴382到该止挡装置38的各个侧面的距离均不相 同。本实施方式中，该止挡装置38为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在 其他实施方式中，该止挡装置38的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四 边形、五边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。 [0050] 该控制器39与该激光器31、该平移装置36、该位置感测装置37及驱动该止挡装置 38转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器31、该平移装置36、该位置感测装置37 及驱动该止挡装置38转动的装置进行精确控制。
[0051 ] 该激光输出装置30工作时，该凸透镜326固定，该激光器31产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器322扩展，经该凹透镜324发散，及经该凸透镜326汇聚进入该激光扫描 振镜33后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜34会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点（〇点）在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描形成精 度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置30通过该位置感测装置37检测被驱动的该 凹透镜324的位置，并通过调节该凹透镜324的位置来调节激光束的光斑直径大小，当平移 装置36驱动该收容装置35朝远离该凸透镜326的方向移动从而带动该凹透镜324朝远离该 凸透镜326的方向移动时，激光束发散直径变大，扫描焦点的位置下移；当平移装置36驱动 该收容装置35朝接近该凸透镜326的方向移动从而带动该凹透镜324朝接近该凸透镜326的 方向移动时，激光束发散直径变小，扫描焦点的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此 时扫描烧结点对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则 可以提高扫描效率，从而能够提高3D成型的效率。由此，本实施方式提供的激光输出装置30 既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的效率。
[0052] 在上述平移装置36驱动该收容装置35朝远离或接近该凸透镜326的方向移动从而 带动该凹透镜324朝远离或接近该凸透镜326的方向移动时，该止挡装置38起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0053]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置38也可设置在该凸透镜326与该收容装 置35之间并位于该收容装置35上方以能阻挡住该收容装置35的移动又不处于激光束的传 输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置36的移动可以是只沿着一个方 向就可以与收容装置35抵触，例如只左移便能与收容装置35抵触或只右移便能与收容装置 35抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置35抵触，例如先左移后右移才能与收容 装置35抵触或先右移再左移才能与收容装置35抵触。
[0054] 可以理解，为了加快移动部364的移动，还可以增设多个滚珠366以使该移动部364 在该多个滚珠366上滑动从而减少摩擦力，加快扫描焦点的调整进度，进一步提高3D打印的 效率。
[0055]第四实施方式
[0056]请参阅图5,为本实用新型第四实施方式提供的激光输出装置40。该激光输出装置 40包括激光器41、光学元件42、激光扫描振镜43、聚焦透镜44、收容装置45、平移装置46、位 置感测装置47、止挡装置48、以及控制器49。
[0057] 该激光器41用于产生激光束。该光学元件42包括激光扩束器422、凹透镜424及凸 透镜426。该激光扩束器422用于扩展从该激光器41产生的激光束。该凹透镜424用于发散来 自该激光扩束器422的激光束。该凸透镜426用于汇聚来自该凹透镜424的激光束。该激光扫 描振镜43用于将来自该凸透镜426的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚焦 透镜44设置于该激光扫描振镜43的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置40工作时，该激 光器41产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器422扩展，经该凹透镜424发散，及经该凸 透镜426汇聚进入该激光扫描振镜43后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜44会聚至 一扫描焦点进行扫描打印。
[0058]本实施方式中，该收容装置45为一长方形框体，该凸透镜426收容在该收容装置45 内，在该激光输出装置40工作时，该收容装置45并不影响激光束的传输。该平移装置46采用 气缸移动装置，包括气缸462以及被该气缸462驱动而进行来回移动的移动部464。该移动部 464与该收容装置45的外壳下部固定连接以驱动该收容装置45移动从而带动该凸透镜426 沿着光路来回移动。该位置感测装置47固定在该平移装置46上以跟随该凸透镜426的移动 而移动，该位置感测装置47用于检测被驱动的该凸透镜426的位置。
[0059]该止挡装置48的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置48设置在 该凹透镜424与该收容装置45之间并位于该收容装置45上方以能阻挡住该收容装置45的移 动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置48具有一个中心轴482,其 能绕着该中心轴482自转，该中心轴482到该止挡装置48的各个侧面的距离均不相同。本实 施方式中，该止挡装置48为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在其他实施 方式中，该止挡装置48的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四边形、五 边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。
[0060] 该控制器49与该激光器41、该平移装置46、该位置感测装置47及驱动该止挡装置 48转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器41、该平移装置46、该位置感测装置47 及驱动该止挡装置48转动的装置进行精确控制。
[0061 ] 该激光输出装置40工作时，该凹透镜424固定，该激光器41产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器422扩展，经该凹透镜424发散，及经该凸透镜426汇聚进入该激光扫描 振镜43后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜44会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点（〇点）在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描形成精 度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置40通过该位置感测装置47检测被驱动的该 凸透镜426的位置，并通过调节该凸透镜426的位置来调节激光束的光斑直径大小，当平移 装置46驱动该收容装置45朝远离该凹透镜424的方向移动从而带动该凸透镜426朝远离该 凹透镜424的方向移动时，扫描焦点的位置下移；当平移装置46驱动该收容装置45朝接近该 凹透镜424的方向移动从而带动该凸透镜426朝接近该凹透镜424的方向移动时，扫描焦点 的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此时扫描烧结点对应的激光束的光斑较扫描烧 结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则可以提高扫描效率，从而能够提高3D成型的效 率。由此，本实施方式提供的激光输出装置40既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的 效率。
[0062] 在上述平移装置46驱动该收容装置45朝远离或接近该凸透镜426的方向移动从而 带动该凸透镜426朝远离或接近该凹透镜424的方向移动时，该止挡装置48起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0063]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置48也可设置在该激光扫描振镜43与该 收容装置45之间并位于该收容装置45上方以能阻挡住该收容装置45的移动又不处于激光 束的传输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置46的移动可以是只沿着 一个方向就可以与收容装置45抵触，例如只左移便能与收容装置45抵触或只右移便能与收 容装置45抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置45抵触，例如先左移后右移才能 与收容装置45抵触或先右移再左移才能与收容装置45抵触。
[0064] 可以理解，为了加快移动部464的移动，还可以增设多个滚珠466以使该移动部464 在该多个滚珠466上滑动从而减少摩擦力，加快扫描焦点的调整进度，进一步提高3D打印的 效率。
[0065] 第五实施方式
[0066]请参阅图6,为本实用新型第五实施方式提供的激光输出装置50,本实施方式中的 激光输出装置50与第三实施方式中的激光输出装置30基本相同，不同之处仅在于：省略收 容装置35及滚珠366,移动部564直接与凹透镜524固定连接从而带动凹透镜524左右移动， 止挡装置58设置在该移动部564与该激光扫描振镜53之间且不与凸透镜526干涉，此时位置 感测装置57设置在移动部564的不与止挡装置58接触的部位，例如设置在移动部564的上 方。本实施方式中，该止挡装置58是设置在该移动部564的移动线路上且不处于光线传输的 路径上以使该移动部564停留在不同的位置，从而得到不同的扫描焦点的。
[0067]本实施方式中的激光输出装置50具备的有益效果与第三实施方式中激光输出装 置30具备的有益效果基本相同，在此不再赘述。
[0068]第六实施方式
[0069]请参阅图7,为本实用新型第六实施方式提供的激光输出装置60,本实施方式中 的激光输出装置60与第四实施方式中的激光输出装置40基本相同，不同之处仅在于：省略 收容装置45及滚珠466,移动部664直接与凸透镜626固定连接从而带动凸透镜626左右移 动，止挡装置68设置在该移动部664与该激光扫描振镜63之间且不处于光线传输的路径上， 此时位置感测装置67设置在移动部664的不与止挡装置68接触的部位，例如设置在移动部 664的上方。本实施方式中，该止挡装置68是设置在该移动部664的移动线路上以使该移动 部664停留在不同的位置，从而得到不同的扫描焦点的。
[0070] 本实施方式中的激光输出装置50具备的有益效果与第四实施方式中激光输出装 置30具备的有益效果基本相同，在此不再赘述。
[0071] 第七实施方式
[0072]本实用新型第七实施方式提供一种3D打印机，该3D打印机包括工作台70(图1示） 及第一实施方式中的激光输出装置10。该激光输出装置10设置在该工作70台的上方，该工 作台70用于放置待成型粉末，该扫描焦点01落在该待成型粉末上。
[0073]可以理解，在其他实施方式中的3D打印机可以采用第二至第六实施方式中的激光 输出装置20、30、40、50及60中的任意一种。
[0074]本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新 型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围之内，对以上实 施例所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸透 镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜，该激光器用于产生激光束，该激光束经该激光扩束器、该 凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚至 一扫描焦点，其特征在于:该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置 感测装置以及止动装置，该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动，该 位置感测装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置，该止动装置设置在该凹透镜 或该凸透镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描 焦点的位置。2. 如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，该止动装置为横截面是多边形的棱 柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。3. 如权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置用于驱动该凹透镜移 动，该凸透镜固定。4. 如权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置用于驱动该凸透镜移 动，该凹透镜固定。5. 如权利要求3或4所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置采用电机螺旋移动 装置。6. 如权利要求5所述的激光输出装置，其特征在于，该激光输出装置还包括收容装置， 该收容装置用于收容该凹透镜或该凸透镜，该平移装置与该收容装置固定连接以驱动该收 容装置移动而带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上 以使该收容装置停留在不同的位置。7. 如权利要求3或4所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置采用气缸移动装置， 包括气缸以及被该气缸驱动的移动部，该气缸与该移动部连接。8. 如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，该激光输出装置还包括收容装置， 该收容装置用于收容该凹透镜或该凸透镜，该移动部与该收容装置固定连接以驱动该收 容装置移动而带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上 以使该收容装置停留在不同的位置。9. 如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，该移动部与该凹透镜或该凸透镜固 定连接以带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该移动部的移动线路上以使该 移动部停留在不同的位置。10. -种3D打印机，包括工作台及权利要求1至9任意一项所述的激光输出装置，该激光 输出装置设置在该工作台的上方，该工作台用于放置待成型粉末，该扫描焦点落在该待成 型粉末上。
【文档编号】B29C67/04GK205705350SQ201620359836
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】刘建业, 胡高峰, 梁崇智, 徐卡里, 牛留辉, 李栖凤, 朱昊威
【申请人】广东汉邦激光科技有限公司, 刘建业
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸透镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜。该激光器用于产生激光束。该激光束经该激光扩束器、该凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚至一扫描焦点。该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置感测装置以及止动装置。该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动。该位置感测装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置。该止动装置设置在该凹透镜或该凸透镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描焦点的位置。本实用新型还提供一种3D打印机。
【专利说明】
激光输出装置及3D打印机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种激光输出装置及具有该激光输 出装置的3D打印机。
【背景技术】
[0002] 3D打印机又称三维打印机，是一种利用快速成形技术，以数字模型文件为基础，采 用金属或非金属材料制成的待成型粉末，将平铺好的待成型粉末逐层熔化/融化，然后固化 堆积成型来构造三维的实体的打印设备。随着3D打印技术的快速发展，3D打印机在产品制 造业获得了广泛的应用。其中，激光输出装置是3D打印机的重要组成部分。
[0003] 目前，激光输出装置通常使用简单的定焦光路，而针对激光扫描烧结点存在两种 情况:第一，激光输出装置产生的激光扫描烧结、熔化/融化待成型粉末是在固定的焦点上 进行，即，扫描烧结点在焦点位置，此时，激光的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描虽然适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度，但会导致3D成 型效率较低。此时，人们会想到通过提高输出的激光功率来提高3D成型效率，然而，在焦点 位置输出比较大的激光功率时，待成型粉末会部分气化，产生飞溅，反过来会影响3D成型的 精度与致密度。第二，激光输出装置产生的激光扫描烧结、熔化/融化待成型粉末不在固定 的焦点上进行，即，扫描烧结点不在焦点位置，此时，激光的光斑较扫描烧结点在焦点位置 时的激光光斑增大，则无法保证零件轮廓的精度。因此，扫描烧结点在焦点位置时3D成型效 率低，而扫描烧结点不在焦点位置时又不能保证零件轮廓精度。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型效率的激 光输出装置及一种具有该激光输出装置的3D打印机。
[0005] -种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸 透镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜。该激光器用于产生激光束。该激光束经该激光扩束器、 该凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚 至一扫描焦点。该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置感测装置 以及止动装置。该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动。该位置感测 装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置。该止动装置设置在该凹透镜或该凸透 镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描焦点的位 置。
[0006] 进一步地，该止动装置为横截面是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形 的各边距离均不同。
[0007] 进一步地，该平移装置用于驱动该凹透镜移动，该凸透镜固定。
[0008] 进一步地，该平移装置用于驱动该凸透镜移动，该凹透镜固定。
[0009] 进一步地，该平移装置采用电机螺旋移动装置。
[0010]进一步地，该激光输出装置还包括收容装置，该收容装置用于收容该凹透镜或该 凸透镜，该平移装置与该收容装置固定连接以驱动该收容装置移动而带动该凹透镜或该凸 透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上以使该收容装置停留在不同的位 置。
[0011]进一步地，该平移装置采用气缸移动装置，包括气缸以及被该气缸驱动的移动部， 该气缸与该移动部连接。
[0012] 进一步地，该激光输出装置还包括收容装置，该收容装置用于收容该凹透镜或该 凸透镜，该移动部与该收容装置固定连接以驱动该收容装置移动而带动该凹透镜或该凸透 镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上以使该收容装置停留在不同的位置。
[0013] 进一步地，该移动部与该凹透镜或该凸透镜固定连接以带动该凹透镜或该凸透镜 移动，该止动装置设置在该移动部的移动线路上以使该移动部停留在不同的位置。
[0014] 一种3D打印机，包括工作台及如上所述的任意一种激光输出装置。该激光输出装 置设置在该工作台的上方，该工作台用于放置待成型粉末，该扫描焦点落在该待成型粉末 上。
[0015] 相较于现有技术，本实用新型的激光输出装置设置及具有该激光输出装置设置的 3D打印机利用设置在光学元件的移动路线上的止动装置迫使光学元件停止在不同的位置， 从而改变该扫描焦点的位置，能够满足不同的打印需求，既能够保证零件轮廓精度又能提 高3D成型的效率。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型第一实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0017] 图2是图1中的激光输出装置中的止挡装置的立体结构示意图。
[0018] 图3是本实用新型第二实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0019] 图4是本实用新型第三实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0020] 图5是本实用新型第四实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0021 ]图6是本实用新型第五实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0022]图7是本实用新型第六实施方式提供的激光输出装置的结构示意图。
[0023]主要元件符号说明
[0024]
[0025]
[0026] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】 [0027]第一实施方式
[0028]请参阅图1，为本实用新型第一实施方式提供的激光输出装置10。该激光输出装置 10包括激光器11、光学元件12、激光扫描振镜13、聚焦透镜14、收容装置15、平移装置16、位 置感测装置17、止挡装置18、以及控制器19。
[0029] 该激光器11用于产生激光束。该光学元件12包括激光扩束器122、凹透镜124及凸 透镜126。该激光扩束器122用于扩展从该激光器11产生的激光束。该凹透镜124用于发散来 自该激光扩束器122的激光束。该凸透镜126用于汇聚来自该凹透镜124的激光束。该激光 扫描振镜13用于将来自该凸透镜126的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚 焦透镜14设置于该激光扫描振镜13的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置10工作时，该 激光器11产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器122扩展，经该凹透镜124发散，及经该 凸透镜126汇聚进入该激光扫描振镜13后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜14会聚 至一扫描焦点01进行扫描打印。
[0030] 本实施方式中，该收容装置15为一长方形框体，该凹透镜124收容在该收容装置15 内，在该激光输出装置10工作时，该收容装置15并不影响激光束的传输。该平移装置16采用 电机螺旋移动装置，该平移装置16与该收容装置15的外壳下部固定连接以驱动该收容装置 15移动从而带动该凹透镜124沿着光路来回移动。该位置感测装置17固定在该平移装置16 上以跟随该凹透镜124的移动而移动，该位置感测装置17用于检测被驱动的该凹透镜124的 位置。
[0031] 请结合图2,该止挡装置18为横截面是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边 形的各边距离均不同。该止挡装置18设置在该激光扩束器122与该收容装置15之间并位于 该收容装置15上方以能阻挡住该收容装置15的移动又不处于激光束的传输路线中影响激 光束的传输。该止挡装置18具有一个中心轴182,其能绕着该中心轴182自转，该中心轴182 到该止挡装置18的各个侧面的距离均不相同。本实施方式中，该止挡装置18为横截面是六 边形的棱柱体，其包括第一侧面183、第二侧面184、第三侧面185、第四侧面186、第五侧面 187以及第六侧面188。在其他实施方式中，该止挡装置18的横截面还可以是其他的不规则 的多边形，例如三角形、四边形、五边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形 的各边距离均不同即可。
[0032] 该控制器19与该激光器11、该平移装置16、该位置感测装置17及驱动该止挡装置 18转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器11、该平移装置16、该位置感测装置17 及驱动该止挡装置18转动的装置进行精确控制。
[0033] 请再参阅图1，该激光输出装置10工作时，该凸透镜126固定，该激光器11产生激光 束，该激光束依次经该激光扩束器122扩展，经该凹透镜124发散，及经该凸透镜126汇聚进 入该激光扫描振镜13后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜14会聚至一扫描焦点01进 行扫描打印，由于扫描烧结点（图1中01点)在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次 扫描的线宽也是最细的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精 度。当需要扫描形成精度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置10通过该位置感测 装置17检测被驱动的该凹透镜124的位置，并通过调节该凹透镜124的位置来调节激光束的 光斑直径大小，当平移装置16驱动该收容装置15朝远离该凸透镜126的方向移动从而带动 该凹透镜124朝远离该凸透镜126的方向移动时，激光束发散直径变大，扫描焦点的位置下 移至02;当平移装置16驱动该收容装置15朝接近该凸透镜126的方向移动从而带动该凹透 镜124朝接近该凸透镜126的方向移动时，激光束发散直径变小，扫描焦点的位置上移；当扫 描焦点下移至02时，此时扫描烧结点（图1中Μ处)对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点 位置（图1中01点）时的激光光斑增大，同样地，当扫描焦点上移时，此时扫描烧结点（图未 示)对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点位置（图1中01点）时的激光光斑也增大。因 此，无论扫描焦点是上移还是下移，均可以提尚扫描效率，从而能够提尚3D成型的效率。由 此，本实施方式提供的激光输出装置10既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的效率。 [0034] 在上述平移装置16驱动该收容装置15朝远离或接近该凸透镜126的方向移动从而 带动该凹透镜124朝远离或接近该凸透镜126的方向移动时，该止挡装置18起到止挡作用。 具体地，当收容装置15从图1中实线所示的位置移动到虚线所示的位置时，对应地，止挡装 置18绕中心轴182顺时针转动且使第一侧面183与收容装置15抵触变第三侧面185与收容装 置15抵触，此时，扫描焦点由01变更为02。同样地，若止挡装置18绕中心轴182转动且使第二 侧面184与收容装置15抵触，此时，扫描焦点则变更为03(图未示）；若止挡装置18绕中心轴 182转动且使第四侧面186与收容装置15抵触，此时，扫描焦点则变更为04(图未示）；若止挡 装置18绕中心轴182继续顺转动且使第五侧面187与收容装置15抵触则变更，此时，扫描焦 点为〇5(图未示）；若止挡装置18绕中心轴182转动且使第六侧面188与收容装置15抵触，此 时，扫描焦点则变更为〇6(图未示）。由此可见，扫描焦点的位置可以通过该止挡装置18的结 构来设计，具体就是设计该止挡装置18的多边形截面的中心到该多边形的各边距离即可。 如此，便可以通过设计该止挡装置18的多边形截面的中心到该多边形的各边距离来使得扫 描烧结点对应的激光束的光斑具有不同大小，如此能够更进一步地控制扫描精度。
[0035]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置18也可设置在该凸透镜126与该收容装 置15之间并位于该收容装置15上方以能阻挡住该收容装置15的移动又不处于激光束的传 输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置16的移动可以是只沿着一个方 向就可以与收容装置15抵触，例如只左移便能与收容装置15抵触或只右移便能与收容装置 15抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置15抵触，例如先左移后右移才能与收容 装置15抵触或先右移再左移才能与收容装置15抵触。
[0036]第二实施方式
[0037] 请参阅图3,为本实用新型第二实施方式提供的激光输出装置20。该激光输出装置 20包括激光器21、光学元件22、激光扫描振镜23、聚焦透镜24、收容装置25、平移装置26、位 置感测装置27、止挡装置28、以及控制器29。
[0038] 该激光器21用于产生激光束。该光学元件22包括激光扩束器222、凹透镜224及凸 透镜226。该激光扩束器222用于扩展从该激光器21产生的激光束。该凹透镜224用于发散来 自该激光扩束器222的激光束。该凸透镜226用于汇聚来自该凹透镜224的激光束。该激光扫 描振镜23用于将来自该凸透镜226的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚焦 透镜24设置于该激光扫描振镜23的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置20工作时，该激 光器21产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器222扩展，经该凹透镜224发散，及经该凸 透镜226汇聚进入该激光扫描振镜23后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜24会聚至 一扫描焦点进行扫描打印。
[0039]本实施方式中，该收容装置25为一长方形框体，该凸透镜226收容在该收容装置25 内，在该激光输出装置20工作时，该收容装置25并不影响激光束的传输。该平移装置26采用 电机螺旋移动装置，该平移装置26与该收容装置25的外壳下部固定连接以驱动该收容装置 25移动从而带动该凸透镜226沿着光路来回移动。该位置感测装置27固定在该平移装置26 上以跟随该凸透镜226的移动而移动，该位置感测装置27用于检测被驱动的该凸透镜226的 位置。
[0040]该止挡装置28的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置28设置在 该凹透镜224与该收容装置25之间并位于该收容装置25上方以能阻挡住该收容装置25的移 动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置28具有一个中心轴282,其 能绕着该中心轴282自转，该中心轴282到该止挡装置28的各个侧面的距离均不相同。本实 施方式中，该止挡装置28为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在其他实施 方式中，该止挡装置28的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四边形、五 边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。
[0041] 该控制器29与该激光器21、该平移装置26、该位置感测装置27及驱动该止挡装置 28转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器21、该平移装置26、该位置感测装置27 及驱动该止挡装置28转动的装置进行精确控制。
[0042] 该激光输出装置20工作时，该凹透镜224固定，该激光器21产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器222扩展，经该凹透镜224发散，及经该凸透镜226汇聚进入该激光扫描 振镜23后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜24会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点在焦点位置(假设为〇点），此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也 是最细的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描 形成精度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置20通过该位置感测装置27检测被 驱动的该凸透镜226的位置，并通过调节该凸透镜226的位置来调节激光束的光斑直径大 小，当平移装置26驱动该收容装置25朝远离该凹透镜224的方向移动从而带动该凸透镜226 朝远离该凹透镜224的方向移动时，扫描焦点的位置下移；当平移装置26驱动该收容装置25 朝接近该凹透镜224的方向移动从而带动该凸透镜226朝接近该凹透镜224的方向移动时， 扫描焦点的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此时扫描烧结点对应的激光束的光斑 较扫描烧结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则可以提高扫描效率，从而能够提高3D 成型的效率。由此，本实施方式提供的激光输出装置20同样既能够保证零件轮廓精度又能 提高3D成型的效率。
[0043] 在上述平移装置26驱动该收容装置25朝远离或接近该凹透镜224的方向移动从而 带动该凸透镜226朝远离或接近该凹透镜224的方向移动时，该止挡装置28起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0044]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置28也可设置在该激光扫描振镜23与该 收容装置25之间并位于该收容装置25上方以能阻挡住该收容装置25的移动又不处于激光 束的传输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置26的移动可以是只沿着 一个方向就可以与收容装置25抵触，例如只左移便能与收容装置25抵触或只右移便能与收 容装置25抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置25抵触，例如先左移后右移才能 与收容装置25抵触或先右移再左移才能与收容装置25抵触。
[0045]第三实施方式
[0046]请参阅图4,为本实用新型第三实施方式提供的激光输出装置30。该激光输出装置 30包括激光器31、光学元件32、激光扫描振镜33、聚焦透镜34、收容装置35、平移装置36、位 置感测装置37、止挡装置38、以及控制器39。
[0047] 该激光器31用于产生激光束。该光学元件32包括激光扩束器322、凹透镜324及凸 透镜326。该激光扩束器322用于扩展从该激光器31产生的激光束。该凹透镜324用于发散 来自该激光扩束器322的激光束。该凸透镜326用于汇聚来自该凹透镜324的激光束。该激光 扫描振镜33用于将来自该凸透镜326的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚 焦透镜34设置于该激光扫描振镜33的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置30工作时，该 激光器31产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器322扩展，经该凹透镜324发散，及经该 凸透镜326汇聚进入该激光扫描振镜33后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜34会聚 至一扫描焦点进行扫描打印。
[0048]本实施方式中，该收容装置35为一长方形框体，该凹透镜324收容在该收容装置35 内，在该激光输出装置30工作时，该收容装置35并不影响激光束的传输。该平移装置36采用 气缸移动装置，包括气缸362以及被该气缸362驱动而进行来回移动的移动部364。该移动部 364与该收容装置35的外壳下部固定连接以驱动该收容装置35移动从而带动该凹透镜324 沿着光路来回移动。该位置感测装置37固定在该平移装置36上以跟随该凹透镜324的移动 而移动，该位置感测装置37用于检测被驱动的该凹透镜324的位置。
[0049]该止挡装置38的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置38设置在 该激光扩束器322与该收容装置35之间并位于该收容装置35上方以能阻挡住该收容装置35 的移动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置38具有一个中心轴 382，其能绕着该中心轴382自转，该中心轴382到该止挡装置38的各个侧面的距离均不相 同。本实施方式中，该止挡装置38为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在 其他实施方式中，该止挡装置38的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四 边形、五边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。 [0050] 该控制器39与该激光器31、该平移装置36、该位置感测装置37及驱动该止挡装置 38转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器31、该平移装置36、该位置感测装置37 及驱动该止挡装置38转动的装置进行精确控制。
[0051 ] 该激光输出装置30工作时，该凸透镜326固定，该激光器31产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器322扩展，经该凹透镜324发散，及经该凸透镜326汇聚进入该激光扫描 振镜33后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜34会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点（〇点）在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描形成精 度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置30通过该位置感测装置37检测被驱动的该 凹透镜324的位置，并通过调节该凹透镜324的位置来调节激光束的光斑直径大小，当平移 装置36驱动该收容装置35朝远离该凸透镜326的方向移动从而带动该凹透镜324朝远离该 凸透镜326的方向移动时，激光束发散直径变大，扫描焦点的位置下移；当平移装置36驱动 该收容装置35朝接近该凸透镜326的方向移动从而带动该凹透镜324朝接近该凸透镜326的 方向移动时，激光束发散直径变小，扫描焦点的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此 时扫描烧结点对应的激光束的光斑较扫描烧结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则 可以提高扫描效率，从而能够提高3D成型的效率。由此，本实施方式提供的激光输出装置30 既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的效率。
[0052] 在上述平移装置36驱动该收容装置35朝远离或接近该凸透镜326的方向移动从而 带动该凹透镜324朝远离或接近该凸透镜326的方向移动时，该止挡装置38起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0053]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置38也可设置在该凸透镜326与该收容装 置35之间并位于该收容装置35上方以能阻挡住该收容装置35的移动又不处于激光束的传 输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置36的移动可以是只沿着一个方 向就可以与收容装置35抵触，例如只左移便能与收容装置35抵触或只右移便能与收容装置 35抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置35抵触，例如先左移后右移才能与收容 装置35抵触或先右移再左移才能与收容装置35抵触。
[0054] 可以理解，为了加快移动部364的移动，还可以增设多个滚珠366以使该移动部364 在该多个滚珠366上滑动从而减少摩擦力，加快扫描焦点的调整进度，进一步提高3D打印的 效率。
[0055]第四实施方式
[0056]请参阅图5,为本实用新型第四实施方式提供的激光输出装置40。该激光输出装置 40包括激光器41、光学元件42、激光扫描振镜43、聚焦透镜44、收容装置45、平移装置46、位 置感测装置47、止挡装置48、以及控制器49。
[0057] 该激光器41用于产生激光束。该光学元件42包括激光扩束器422、凹透镜424及凸 透镜426。该激光扩束器422用于扩展从该激光器41产生的激光束。该凹透镜424用于发散来 自该激光扩束器422的激光束。该凸透镜426用于汇聚来自该凹透镜424的激光束。该激光扫 描振镜43用于将来自该凸透镜426的激光束转折一定角度后输出至一待打印区域。该聚焦 透镜44设置于该激光扫描振镜43的前端，用于扫描和聚焦。该激光输出装置40工作时，该激 光器41产生激光束，该激光束依次经该激光扩束器422扩展，经该凹透镜424发散，及经该凸 透镜426汇聚进入该激光扫描振镜43后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜44会聚至 一扫描焦点进行扫描打印。
[0058]本实施方式中，该收容装置45为一长方形框体，该凸透镜426收容在该收容装置45 内，在该激光输出装置40工作时，该收容装置45并不影响激光束的传输。该平移装置46采用 气缸移动装置，包括气缸462以及被该气缸462驱动而进行来回移动的移动部464。该移动部 464与该收容装置45的外壳下部固定连接以驱动该收容装置45移动从而带动该凸透镜426 沿着光路来回移动。该位置感测装置47固定在该平移装置46上以跟随该凸透镜426的移动 而移动，该位置感测装置47用于检测被驱动的该凸透镜426的位置。
[0059]该止挡装置48的结构与第一实施方式中的止挡装置18的结构完全相同，为横截面 是多边形的棱柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。该止挡装置48设置在 该凹透镜424与该收容装置45之间并位于该收容装置45上方以能阻挡住该收容装置45的移 动又不处于激光束的传输路线中影响激光束的传输。该止挡装置48具有一个中心轴482,其 能绕着该中心轴482自转，该中心轴482到该止挡装置48的各个侧面的距离均不相同。本实 施方式中，该止挡装置48为横截面是六边形的棱柱体，其包括第一至第六侧面。在其他实施 方式中，该止挡装置48的横截面还可以是其他的不规则的多边形，例如三角形、四边形、五 边形、七边形等等，只要满足该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同即可。
[0060] 该控制器49与该激光器41、该平移装置46、该位置感测装置47及驱动该止挡装置 48转动的装置，例如马达，均电性连接，以对该激光器41、该平移装置46、该位置感测装置47 及驱动该止挡装置48转动的装置进行精确控制。
[0061 ] 该激光输出装置40工作时，该凹透镜424固定，该激光器41产生激光束，该激光束 依次经该激光扩束器422扩展，经该凹透镜424发散，及经该凸透镜426汇聚进入该激光扫描 振镜43后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜44会聚至一扫描焦点进行扫描打印，由 于扫描烧结点（〇点）在焦点位置，此时，激光束的光斑是最小的，每次扫描的线宽也是最细 的，最小的光斑扫描适合零件内外轮廓的扫描，能保证零件轮廓的精度。当需要扫描形成精 度要求不那么高的零件轮廓时，该激光输出装置40通过该位置感测装置47检测被驱动的该 凸透镜426的位置，并通过调节该凸透镜426的位置来调节激光束的光斑直径大小，当平移 装置46驱动该收容装置45朝远离该凹透镜424的方向移动从而带动该凸透镜426朝远离该 凹透镜424的方向移动时，扫描焦点的位置下移；当平移装置46驱动该收容装置45朝接近该 凹透镜424的方向移动从而带动该凸透镜426朝接近该凹透镜424的方向移动时，扫描焦点 的位置上移;无论扫描焦点上移还是下移，此时扫描烧结点对应的激光束的光斑较扫描烧 结点在焦点位置时的激光光斑增大，此时，则可以提高扫描效率，从而能够提高3D成型的效 率。由此，本实施方式提供的激光输出装置40既能够保证零件轮廓精度又能提高3D成型的 效率。
[0062] 在上述平移装置46驱动该收容装置45朝远离或接近该凸透镜426的方向移动从而 带动该凸透镜426朝远离或接近该凹透镜424的方向移动时，该止挡装置48起到的止挡作用 与第一实施方式中止挡装置18起到的止挡作用完全一致，在此不再赘述。
[0063]可以理解，在其他实施方式中，该止挡装置48也可设置在该激光扫描振镜43与该 收容装置45之间并位于该收容装置45上方以能阻挡住该收容装置45的移动又不处于激光 束的传输路线中影响激光束的传输。在具体阻挡过程中，平移装置46的移动可以是只沿着 一个方向就可以与收容装置45抵触，例如只左移便能与收容装置45抵触或只右移便能与收 容装置45抵触，也有可能是需要来回移动才能与收容装置45抵触，例如先左移后右移才能 与收容装置45抵触或先右移再左移才能与收容装置45抵触。
[0064] 可以理解，为了加快移动部464的移动，还可以增设多个滚珠466以使该移动部464 在该多个滚珠466上滑动从而减少摩擦力，加快扫描焦点的调整进度，进一步提高3D打印的 效率。
[0065] 第五实施方式
[0066]请参阅图6,为本实用新型第五实施方式提供的激光输出装置50,本实施方式中的 激光输出装置50与第三实施方式中的激光输出装置30基本相同，不同之处仅在于：省略收 容装置35及滚珠366,移动部564直接与凹透镜524固定连接从而带动凹透镜524左右移动， 止挡装置58设置在该移动部564与该激光扫描振镜53之间且不与凸透镜526干涉，此时位置 感测装置57设置在移动部564的不与止挡装置58接触的部位，例如设置在移动部564的上 方。本实施方式中，该止挡装置58是设置在该移动部564的移动线路上且不处于光线传输的 路径上以使该移动部564停留在不同的位置，从而得到不同的扫描焦点的。
[0067]本实施方式中的激光输出装置50具备的有益效果与第三实施方式中激光输出装 置30具备的有益效果基本相同，在此不再赘述。
[0068]第六实施方式
[0069]请参阅图7,为本实用新型第六实施方式提供的激光输出装置60,本实施方式中 的激光输出装置60与第四实施方式中的激光输出装置40基本相同，不同之处仅在于：省略 收容装置45及滚珠466,移动部664直接与凸透镜626固定连接从而带动凸透镜626左右移 动，止挡装置68设置在该移动部664与该激光扫描振镜63之间且不处于光线传输的路径上， 此时位置感测装置67设置在移动部664的不与止挡装置68接触的部位，例如设置在移动部 664的上方。本实施方式中，该止挡装置68是设置在该移动部664的移动线路上以使该移动 部664停留在不同的位置，从而得到不同的扫描焦点的。
[0070] 本实施方式中的激光输出装置50具备的有益效果与第四实施方式中激光输出装 置30具备的有益效果基本相同，在此不再赘述。
[0071] 第七实施方式
[0072]本实用新型第七实施方式提供一种3D打印机，该3D打印机包括工作台70(图1示） 及第一实施方式中的激光输出装置10。该激光输出装置10设置在该工作70台的上方，该工 作台70用于放置待成型粉末，该扫描焦点01落在该待成型粉末上。
[0073]可以理解，在其他实施方式中的3D打印机可以采用第二至第六实施方式中的激光 输出装置20、30、40、50及60中的任意一种。
[0074]本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新 型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围之内，对以上实 施例所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种激光输出装置，包括控制器、依次顺序设置的激光器、激光扩束器、凹透镜、凸透 镜、激光扫描振镜、以及聚焦透镜，该激光器用于产生激光束，该激光束经该激光扩束器、该 凹透镜、该凸透镜进入该激光扫描振镜后被输出至一待打印区域，再经该聚焦透镜会聚至 一扫描焦点，其特征在于:该激光输出装置还包括与该控制器均电性连接的平移装置、位置 感测装置以及止动装置，该平移装置用于至少驱动该凹透镜或该凸透镜其中之一移动，该 位置感测装置用于检测被驱动的该凹透镜或该凸透镜的位置，该止动装置设置在该凹透镜 或该凸透镜的移动路线上并能使该凹透镜或该凸透镜停止在不同的位置，从而改变该扫描 焦点的位置。2. 如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，该止动装置为横截面是多边形的棱 柱体，该多边形的中心到该多边形的各边距离均不同。3. 如权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置用于驱动该凹透镜移 动，该凸透镜固定。4. 如权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置用于驱动该凸透镜移 动，该凹透镜固定。5. 如权利要求3或4所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置采用电机螺旋移动 装置。6. 如权利要求5所述的激光输出装置，其特征在于，该激光输出装置还包括收容装置， 该收容装置用于收容该凹透镜或该凸透镜，该平移装置与该收容装置固定连接以驱动该收 容装置移动而带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上 以使该收容装置停留在不同的位置。7. 如权利要求3或4所述的激光输出装置，其特征在于，该平移装置采用气缸移动装置， 包括气缸以及被该气缸驱动的移动部，该气缸与该移动部连接。8. 如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，该激光输出装置还包括收容装置， 该收容装置用于收容该凹透镜或该凸透镜，该移动部与该收容装置固定连接以驱动该收 容装置移动而带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该收容装置的移动线路上 以使该收容装置停留在不同的位置。9. 如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，该移动部与该凹透镜或该凸透镜固 定连接以带动该凹透镜或该凸透镜移动，该止动装置设置在该移动部的移动线路上以使该 移动部停留在不同的位置。10. -种3D打印机，包括工作台及权利要求1至9任意一项所述的激光输出装置，该激光 输出装置设置在该工作台的上方，该工作台用于放置待成型粉末，该扫描焦点落在该待成 型粉末上。
【文档编号】B29C67/04GK205705350SQ201620359836
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】刘建业, 胡高峰, 梁崇智, 徐卡里, 牛留辉, 李栖凤, 朱昊威
【申请人】广东汉邦激光科技有限公司, 刘建业
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