适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头。

背景技术

熔融沉积快速成形技术(FDM)是20世纪80年代中后期发展起来的一项新兴的先进制造技术，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破，对制造业的发展有着十分重大而深远的影响。快速成形技术从诞生以来，以极大的技术优势(极大的削减了产品的研发时间和成本)一直保持着迅速发展的势头，先后出现了一批成熟的商品化产品，产品实际应用的成果显著。但是目前应用FDM技术的3D打印机速度仍未能突破速度限制，究其原因在于目前3D打印机打印环境为空气，而因为其对流换热系数较低，即使加入风扇，也无法做到均匀、快速散热。通过开发适用于特殊环境的3D打印技术有望原位制备具有微结构的电极，并在多相催化反应装置内部对电极进行原位修复。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头，例如可以应用于水下环境等。

为实现上述本发明的目的，本发明实施例提出的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头，包括依次连接的动力输出模组、连接体、耗材输出模组、中轴套和调节模组。

进一步地，所述动力输出模组包括：电机；联轴器，与所述电机的轴端连接；驱动齿轮，与所述联轴器连接；驱动轴套，与所述驱动齿轮连接。

进一步地，所述连接体包括主轴套，在所述主轴套的两侧分别设置有第一推力轴承和第二推力轴承。

进一步地，所述耗材输出模组包括：隔热箱体，上侧开设有进料孔、下侧开设有出料孔；电加热管，设置于所述隔热箱体中；耗材管，可拆卸设置于所述出料孔的下侧；另外，所述隔热箱体上还设置有电加热管导线孔。

进一步地，所述中轴套内具有腔体，所述中轴套内在所述腔体的两侧设置有被驱动内齿，所述腔体的上侧设置有管孔，所述中轴套的两侧还具有外凸的支臂安装部，所述支臂安装部上设置有沿轴向的支臂孔和与所述支臂孔垂直的螺纹孔。

进一步地，所述调节模组包括设置于所述支臂孔中的激光器支臂，和设置于所述螺纹孔中的螺母，所述激光器支臂能够以不同的深度插入所述支臂孔并由所述螺母进行固定，所述激光器支臂的末端可活动地连接有激光器夹具，所述激光器夹具用于夹取激光器并可相对于所述激光器支臂作角度调整。

本发明实施例的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头，基于激光在水中射出路径极少散失能量的性质，提出双激光头均匀熔融耗材的结构。考虑到耗材因为长期处于弯曲状态，及时穿过耗材管也会保持这种形变，无法满足激光定点熔融的条件，通过陶瓷隔热箱体内部的电加热管连续均匀加热耗材至半熔融状态，此状态下耗材利用自身重力变曲为直，并快速水冷，能够保证快速出料的要求。考虑到激光器在一平面工作时会进行斜向熔融，为确保耗材被均匀熔融，提出一种联动机构，可使耗材走线与两激光器始终保持垂直。原理如下：当打印机头变向工作时，42步进电机的电机轴端通过联轴器与驱动齿轮配合，驱动齿轮与驱动轴套通过齿牙完成力的传输，保证两激光器连线与耗材走线始终垂直。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头的立体示意图；

图2(a)和图2(b)为本发明实施例的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头的侧视示意图及其半剖示意图；

图3(a)和图3(b)为本发明实施例的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头的局部侧视示意图及其半剖示意图；

图4为本发明实施例的适用于特殊环境的激光熔融高速3D打印机头的另一局部结构示意图；

图5为图4的半剖示意图。

附图标记说明：

动力输出模组1，电机1.1，联轴器1.2，驱动齿轮1.3，驱动轴套1.4；

连接体2，主轴套2.1，第一推力轴承2.2，第二推力轴承2.3；

耗材输出模组3，隔热箱体3.1，电加热管3.2，耗材管3.3；

中轴套4，被驱动内齿4.1，腔体4.2，管孔4.3，支臂孔4.4，螺纹孔4.5，支臂安装部4.6；

调节模组5，螺母5.1，激光器支臂5.2，激光器夹具5.3；

激光器6。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1～5所示，本发明实施例的适用于水下等特殊环境的激光熔融高速3D打印机头，包括动力输出模组1，驱动齿轮1.3侧边与驱动轴套1.4配合，在驱动轴套1.4外侧有用于保护内部结构的主轴套2.1及上下推力轴承2.2和2.3，在驱动轴套1.4内侧有用于矫直和快速冷却耗材的耗材输出模组3，在主轴套2.1下侧有用于驱动激光器6旋转的中轴套4，在中轴套4的两侧有用以调整和固定激光器6的激光器支臂5.2和激光器夹具5.3，激光器夹具5.3上夹持激光器6。

在本实施例中，动力输出模组1包括42步进电机1.1，电机轴端通过联轴器1.2与驱动齿轮1.3配合，驱动齿轮1.3与驱动轴套1.4通过齿牙完成力的传输。

在本实施例中，连接体2包括主轴套2.1与上下两侧分别存在一个的推力轴承2.2和2.3。

在本实施例中，耗材输出模组3包括电加热管3.2，在电加热管3.2外侧包围陶瓷隔热箱体3.1，隔热箱体3.1的上侧开有进料孔和电加热管导线孔，下侧开有出料孔，在出料孔下侧还设有用于快速冷却和输出耗材的可拆卸耗材管3.3。

在本实施例中，中轴套4包括被驱动内齿4.1，中轴套4中间包括用于扩大耗材管3.3与水接触面积的腔体4.2，腔体4.2上侧有用于固定耗材管3.3的管孔4.3，中轴套4两侧有用于调整激光器支臂5.2的支臂孔4.4，以及手拧螺母5.1用于固定激光器支臂5.2的螺纹孔4.5。

在本实施例中，调节模组5包括激光器支臂5.2，可用于调整激光器6伸出长度，在激光器支臂5.2上侧有用于固定激光器支臂5.2的手拧螺母5.1，在激光器6一侧有与其配合使用的激光器夹具5.3，两者配合可以调整激光器6入射角度，激光器夹具5.3可夹持激光器6，利用侧边手拧螺母5.1可以调整激光器6上下位置。两个激光器夹具5.3上各固定一个激光器6。

本发明的激光熔融高速3D打印机头，其使用原理如下：

调整中轴套4及调节模组5，使得两激光器激光交点与耗材管处于同一直线合适位置，此后动力输出模组1调整两激光器绕连接体1旋转至与初始耗材走线方向垂直状态，耗材通过耗材输出模组3变曲为直并按预设直径走线，接触到两激光器光线交点开始3D打印。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。