一种基于激光熔融的打印喷头装置.pdf

本申请公开了一种基于激光熔融的打印喷头装置，所述打印喷头的前端为多面体结构，打印喷头的外侧设置有多个红外光纤激光器，红外光纤激光器发射出来的激光垂直照射在打印喷头的前端并射入打印喷头内部，利用高能激光束来加热打印材料，可以实现难熔金属熔融打印的技术，避免了现有技术中金属微粉的浪费。

权利要求书
1.  一种基于激光熔融的打印喷头装置，包括打印喷头，其特征在于：所述打印喷头的前端为多面体结构，打印喷头的外侧设置有多个红外光纤激光器，红外光纤激光器发射出来的激光垂直照射在打印喷头的前端并射入打印喷头内部。

2.  根据权利要求1所述的一种基于激光熔融的打印喷头装置，其特征在于：所述打印喷头的上方设置有支座和测温头支座，支座和测温头支座围合形成一个用于安装待熔融材料的腔体，该腔体与打印喷头连通。

3.  根据权利要求2所述的一种基于激光熔融的打印喷头装置，其特征在于：打印喷头的下方设置基板；所述支座上安装有用于监测打印喷头与基板之间距离的反馈装置。

4.  根据权利要求2所述的一种基于激光熔融的打印喷头装置，其特征在于：所述测温头支座上安装有用于检测打印喷头前端激光斑点温度的红外测温头。

5.  根据权利要求4所述的一种基于激光熔融的打印喷头装置，其特征在于：所述打印喷头的内径为0.2-2mm，红外光纤激光器发射出来的激光光斑直径为1-5mm。

说明书一种基于激光熔融的打印喷头装置
技术领域
本申请涉及激光打印技术领域，具体涉及一种基于激光熔融的打印喷头装置。
背景技术
3D打印技术作为战略性新兴产业，正在快速改变传统的生产生活方式。由于金属熔点较高，打印过程中金属的固液相变、表面扩散及热传导等多种物理过程使打印金属零件依靠激光快速成型技术来实现。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选区激光烧结技术、直接金属粉末激光烧结、选区激光融化技术、激光近净成形技术和电子束选区熔化技术。这些技术大都将金属粉末作为原料，通过铺粉或喷粉的方式供料，使成形过程中粉体材料发生全熔化或是部分熔化，与下面已成形的部分粘结，层层堆积，直至整个零件全部融化完成。该过程中粉末的利用率低（20%~30%），粉末价格的昂贵以及粉末熔化所产生的有害有毒气体回收等问题使3D打印金属构件的成本大大增加。
FDM是采用成熟的熔融堆积技术，通过打印喷头挤出低熔点金属或非金属的液体，堆积成型。其机械系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分。将丝状打印材料通过加热器的挤压头熔化成液体，使熔化的材料通过喷头挤出，覆盖于已建造的零件之上，并迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型。该技术工艺较简单，制造成本较低，耗材环保，适合批量生产和推向家庭、中小型企业。但是目前市面上的FDM打印设备上的喷头的局限性在于：只能适用于熔点温度较低材质，如采用电加热熔融塑料，同时，FDM打印喷头对于打印材料没有进行很好的温度熔融控制，致使打印材料冷却太快，层与层之间连接不紧密，无法形成致密性高、力学性能好的三维实体。
申请内容
本申请的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于激光熔融的打印喷头装置，可以实现高熔点金属的打印。
本申请通过以下技术方案实现：
      一种基于激光熔融的打印喷头装置，包括打印喷头，所述打印喷头的前端为多面体结构，打印喷头的外侧设置有多个红外光纤激光器，红外光纤激光器发射出来的激光垂直照射在打印喷头的前端并射入打印喷头内部。
所述打印喷头的上方设置有支座和测温头支座，支座和测温头支座围合形成一个用于安装待熔融材料的腔体，该腔体与打印喷头连通。
打印喷头的下方设置基板；所述支座上安装有用于监测打印喷头与基板之间距离的反馈装置。
所述测温头支座上安装有用于检测打印喷头前端激光斑点温度的红外测温头。
所述打印喷头的内径为0.2-2mm，红外光纤激光器发射出来的激光光斑直径为1-5mm。
本申请采用上述结构后，具有如下技术效果：
本申请结合FDM的丝状供料结构，将待熔融材料加工成线材，使用较高的激光能量密度，使金属原料完全熔化，不仅可以避免因铺粉层厚度而产生的台阶效应，还剔除喷粉过程的粉末较差流动性这一缺点，更能实现选区激光熔化精密“净成形”，使打印出的金属成型件具有冶金结合组织，致密度较高，力学性能和尺寸精度高等优点。同时，因为打印过程中没有粉尘污染，所以对设备的要求比较低，更加具有经济性。
本申请打印喷头的前端设计为多面体结构，打印喷头外侧设置多个红外光纤激光器，使高能激光束垂直通过多面体结构的各个侧面，减少激光能量损失，进而高速融化高熔点的金属，实现难熔金属熔融打印的技术。这种技术可以避免现有技术中金属微粉的浪费，减少污染，降低成本。
本申请中红外测温头和反馈装置的设置，实时监测激光斑点的温度和基板与打印喷头之间的距离，从而调节红外光纤激光器的输出功率及打印喷头与基板之间的距离，保证该种挤出型打印喷头可有效工作。且使用红外测温头实时检测激光束聚焦斑点的温度，可以保证打印喷头中熔融温度不宜过高，恰好可以挤出为宜，保证输料供料顺畅，不堵塞不胀管。
附图说明
图1是本申请的整体结构示意图；
图2是打印喷头的一种实施例；
图3是打印喷头的另一种实施例；
其中：1.打印喷头；2.支架；3.腔体；5.激光头支座；6.红外光纤激光器；7.红外测温头；8.测温头支座；9.反馈装置；10.支座；11.基板。
具体实施方式
为使本申请的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请在打印喷头1的上方两侧设置有用于安装反馈装置9的支座10和用于固定红外测温头7的测温头支座8，支座10和测温头支座8围合形成一个用于安装待熔融材料的腔体3，该腔体3与打印喷头1连通，打印喷头1的下方放置基板11。
优选地，所述腔体3为圆柱形结构，将待熔融材料，例如金属，加工成线材放置于其中，并向打印喷头1前端输送。
在打印喷头1的外设结构上或者说是打印设备上设置支架2，支架2上固定安装有多个激光头支座5，激光头支座5上安装红外光纤激光器6，红外光纤激光器6发射出来的激光照射在打印喷头1上，打印喷头1的前端为多面体结构，多个红外光纤激光器6设置于打印喷头1的外侧，红外光纤激光器6发射出来的激光垂直照射在打印喷头1的前端并射入打印喷头1内部，形成加热区域，以此加热腔体3中放置的待熔融金属线材或耐高温熔融的材料，可以实现待熔融金属线材同时熔融和打印喷出。由于激光同样照射于打印喷头1喷出端，所以熔融的金属材质流至打印喷头1喷出端时并未冷却，不会造成脱丝、堵塞等现象。
通过调节红外光纤激光器6发射的激光光斑汇聚的大小及面积，可以将打印喷头1按加热温度分为三段，即预热加温段、膨胀软化段、熔融段。避免传统铝块、电加热等产生的脱丝、堵塞现象。
本申请中，红外测温头7测出激光束所汇聚的加热区域的最高温度，实时检测该区域的温度状况，使打印喷头1温度适宜，保证被打印材料为不流淌的非牛顿流体状态，恰好可以挤出，保证输料供料顺畅，不堵塞不胀管。根据所监测到的数据进行红外光纤激光器6输出功率的调整，以保证熔融状态的稳定控制。
本申请的反馈装置9，实时监测基板11与打印喷头1之间的距离，保证该种打印喷头1可有效工作。使挤打印喷头1与基板11之间的距离适宜，挤出顺利，保证逐层叠加打印。
如图2所示，为本申请设计的基于激光熔融的打印喷头1前端多面体结构的俯视图，其中设计打印喷头1的内径范围为0.2-2mm，红外光纤激光器6发射出来的激光光斑直径在1-5mm。对于不同内径的打印喷头1，所设置的红外光纤激光器6的个数也不同，最终实现将红外光纤激光器6产生的激光束高效地转化成熔融打印材料的能量。
如图3所示，本申请中，以上所述红外光纤激光器6的个数可以根据需要选择，可以根据需要增减打印喷头1的内径，打印喷头1上开设的用于透光的窗口也可选。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。