一种激光与超声耦合强化的3D打印机

本发明涉及3d打印，尤其是一种激光与超声耦合强化的3d打印机。

背景技术：

1、激光技术作为21世纪最热门的研究领域之一，对当前集成化、智能化发展有重要推动作用，无论是在先进电子设备，还是在生物医学检测等领域，都随处可见激光技术的应用。在高性能3d打印机中，打印原材料的熔融功能可以由激光器实现。

2、现有技术中的激光3d打印技术通过计算机生成打印件模型，经计算机编程后，激光器发出激光将打印原材料融化，并逐层融合堆叠，最终将打印件打印成型。但是，激光熔覆原材料时会放大工艺参数的波动，从而导致打印件产生凹陷、凸起等外观缺陷，质量稳定性差；同时，打印出的打印件力学性能较差，容易产生断裂、变形等问题。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的激光与超声耦合强化的3d打印机，通过设置激光加强打印头机构和超声加强打印台机构，使打印件得到激光与超声耦合强化，从而使得打印件的拉升性能得到明显提升；同时，激光与超声耦合强化作用可以增加打印件的层间粘接性能，优先减少打印件表面凹陷、凸起等外观缺陷。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种激光与超声耦合强化的3d打印机，包括支撑架，所述支撑架上安装有x方向驱动电机，所述x方向驱动电机通过第一传动轮组驱动x方向传动皮带转动，支撑架上还安装有y方向驱动电机，所述y方向驱动电机通过第二传动轮组驱动y方向传动皮带转动，支撑架的底部安装有z方向驱动电机，所述z方向驱动电机的输出端连接丝杆，所述x方向传动皮带带动激光加强打印头机构在x方向作往复直线运动，y方向传动皮带带动激光加强打印头机构在y方向作往复直线运动，激光加强打印头机构用于将原材料打印成型，x方向传动皮带的传动方向与y方向传动皮带的传动方向互相垂直，z方向驱动电机通过丝杆驱动超声加强打印台机构沿z方向作往复直线运动，超声加强打印台机构用于放置激光加强打印头机构打印出的打印件，z方向垂直于x方向与y方向形成的平面，激光加强打印头机构位于超声加强打印台机构的上方；

4、所述激光加强打印头机构设置有红外激光器，3d打印机打印时，红外激光器朝向打印件发出设定波长和设定功率的红外光；

5、所述超声加强打印台机构的内部设置有超声振动器，3d打印机打印时，超声振动器使超声加强打印台机构产生设定振幅和设定频率的超声振动。

6、作为上述技术方案的进一步改进：

7、3d打印机打印时，红外激光器的波长范围为400nm-450nm，红外激光器的功率为15w。

8、3d打印机打印时，超声振动器的振幅为20μm，超声振动器的振动频率范围为20khz-22khz。

9、所述激光加强打印头机构的结构为：包括与y方向传动皮带配合安装的打印头，所述打印头的一侧安装有剪丝舵机，所述剪丝舵机的输出端连接剪丝刀，所述剪丝刀剪断打印头出料端的打印材料，打印头的另一侧安装有呈l型的连接架，所述连接架上安装有红外激光器，连接架的底部安装有辊轮，所述辊轮的两侧配合安装有辅助弹簧，所述辅助弹簧安装在连接架上。

10、所述连接架与红外激光器之间通过滑轨和滑块配合安装。

11、所述超声加强打印台机构的结构为：包括与丝杆配合安装的安装架，所述安装架的顶部安装有底板，所述底板的边缘均匀布置有数个缓冲弹簧，每个缓冲弹簧的顶部均配合安装有导柱，底板通过缓冲弹簧和导柱与热床粘附台配合安装，底板与热床粘附台之间安装有超声振动器，所述超声振动器的输出端与热床粘附台连接，超声振动器通过安装支架安装在底板的顶部，超声振动器配合安装有超声波发生器。

12、所述超声振动器的振动中心与热床粘附台的几何中心重合。

13、所述热床粘附台设置有温度传感器。

14、所述丝杆的两侧配合安装有导向轴。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过设置激光加强打印头机构和超声加强打印台机构，使打印件得到激光与超声耦合强化，从而使得打印件的拉升性能得到明显提升；同时，激光与超声耦合强化作用可以增加打印件的层间粘接性能，优先减少打印件表面凹陷、凸起等外观缺陷。

17、本发明还具有如下优点：

18、(1)本发明中通过滑轨调节红外激光器的安装位置，进而调节红外激光器头部到打印件的距离，使红外激光能量的作用区域范围达到一个微小范围时，红外激光携带的极高能量可以对打印头输出端的材料进行切断处理，起到超声剪切的作用。

19、(2)本发明中通过设置辊轮，实现对打印件层间的压实压平，以提升打印件的层间致密度。

20、(3)本发明中通过在辊轮的两侧设置辅助弹簧，从而调节辊轮与打印件之间的压力与摩擦力。

21、(4)本发明中通过在热床粘附台和底板间设置缓冲弹簧，可以调平打印台并降低超声波能量对于打印台在z方向运动的阻碍与干扰。

技术特征：

1.一种激光与超声耦合强化的3d打印机，包括支撑架(1)，所述支撑架(1)上安装有x方向驱动电机(2)，所述x方向驱动电机(2)通过第一传动轮组驱动x方向传动皮带(5)转动，支撑架(1)上还安装有y方向驱动电机(3)，所述y方向驱动电机(3)通过第二传动轮组驱动y方向传动皮带(6)转动，支撑架(1)的底部安装有z方向驱动电机(4)，所述z方向驱动电机(4)的输出端连接丝杆(7)，其特征在于：所述x方向传动皮带(5)带动激光加强打印头机构(8)在x方向作往复直线运动，y方向传动皮带(6)带动激光加强打印头机构(8)在y方向作往复直线运动，激光加强打印头机构(8)用于将原材料打印成型，x方向传动皮带(5)的传动方向与y方向传动皮带(6)的传动方向互相垂直，z方向驱动电机(4)通过丝杆(7)驱动超声加强打印台机构(9)沿z方向作往复直线运动，超声加强打印台机构(9)用于放置激光加强打印头机构(8)打印出的打印件，z方向垂直于x方向与y方向形成的平面，激光加强打印头机构(8)位于超声加强打印台机构(9)的上方；

2.如权利要求1所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：3d打印机打印时，红外激光器(802)的波长范围为400nm-450nm，红外激光器(802)的功率为15w。

3.如权利要求1所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：3d打印机打印时，超声振动器(903)的振幅为20μm，超声振动器(903)的振动频率范围为20khz-22khz。

4.如权利要求1所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述激光加强打印头机构(8)的结构为：包括与y方向传动皮带(6)配合安装的打印头(801)，所述打印头(801)的一侧安装有剪丝舵机(806)，所述剪丝舵机(806)的输出端连接剪丝刀(807)，所述剪丝刀(807)剪断打印头(801)出料端的打印材料，打印头(801)的另一侧安装有呈l型的连接架(803)，所述连接架(803)上安装有红外激光器(802)，连接架(803)的底部安装有辊轮(804)，所述辊轮(804)的两侧配合安装有辅助弹簧(805)，所述辅助弹簧(805)安装在连接架(803)上。

5.如权利要求4所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述连接架(803)与红外激光器(802)之间通过滑轨和滑块配合安装。

6.如权利要求1所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述超声加强打印台机构(9)的结构为：包括与丝杆(7)配合安装的安装架(907)，所述安装架(907)的顶部安装有底板(906)，所述底板(906)的边缘均匀布置有数个缓冲弹簧(905)，每个缓冲弹簧(905)的顶部均配合安装有导柱(904)，底板(906)通过缓冲弹簧(905)和导柱(904)与热床粘附台(901)配合安装，底板(906)与热床粘附台(901)之间安装有超声振动器(903)，所述超声振动器(903)的输出端与热床粘附台(901)连接，超声振动器(903)通过安装支架(908)安装在底板(906)的顶部，超声振动器(903)配合安装有超声波发生器(902)。

7.如权利要求6所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述超声振动器(903)的振动中心与热床粘附台(901)的几何中心重合。

8.如权利要求6所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述热床粘附台(901)设置有温度传感器。

9.如权利要求1所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述丝杆(7)的两侧配合安装有导向轴。

10.如权利要求9所述的一种激光与超声耦合强化的3d打印机，其特征在于：所述超声加强打印台机构(9)通过直线轴承与导向轴配合安装。

技术总结
本发明涉及包括支撑架，支撑架上安装有X方向驱动电机、Y方向驱动电机和Z方向驱动电机，X、Y方向驱动电机通过Y方向传动皮带驱动激光加强打印头机构在X、Y平面运动，激光加强打印头机构用于将原材料打印成型，Z方向驱动电机通过丝杆驱动超声加强打印台机构沿Z方向作往复直线运动，3D打印机打印时，红外激光器朝向打印件发出设定波长和设定功率的红外光，超声加强打印台机构的内部设置有超声振动器，3D打印机打印时，超声振动器使超声加强打印台机构产生设定振幅和设定频率的超声振动。通过设置激光加强打印头机构和超声加强打印台机构，使打印件得到激光与超声耦合强化，从而使得打印件的拉升性能得到明显提升。

技术研发人员：张秋菊,白鲲鹏,陈威,孙沂琳
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12