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1、(10)申请公布号 CN 103895227 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103895227 A (21)申请号 201410116229.1 (22)申请日 2014.03.26 B29C 67/00(2006.01) G05D 23/27(2006.01) (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路 28 号 (72)发明人 魏正英 卢秉恒 王吉洁 杜军 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 陆万寿 (54) 发明名称 一种 3D 打印激光束前置加热与监测装置 (57) 摘要 一种3D打印激光束前。
2、置加热与监测装置。 在 原有 3D 打印喷头上设置前置加热与监测装置， 前 置加热是通过两个红外光纤激光器的高能束共同 形成椭圆光斑聚焦至成形点加热， 将成形基底预 先加热到可熔接状态， 与 3D 打印喷头挤出的材料 共同熔融结合在一起， 同时通过红外测温仪实时 监测该点的温度， 反馈调节红外光纤激光器的输 出功率。它能大幅提高材料层与层之间的粘接强 度， 改善成形件的力学性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103895227。
3、 A CN 103895227 A 1/1 页 2 1.3D 打印激光束前置加热与监测装置， 其特征在于 ： 包括框架 （12） 以及安装在框架 （12） 中部下端的与液化螺纹管 （6） 相连通的喷嘴 （5） ， 且在喷嘴 （5） 上端的液化螺纹管 （6） 上套装有加热铝块 （4） ， 在框架 （12） 上位于喷嘴 （5） 的两侧对称设置有安装红外光纤激光 器 （2） 的激光头支座 （1） ， 两个红外光纤激光器 （2） 激光头射出的激光光束最终汇聚至喷嘴 （5） 正下方， 在框架 （12） 上还设置有固定红外测温头 （10） 的测温头支座 （11） 。 2. 根据权利要求 1 所述的 3D 。
4、打印的激光束前置加热与监测装置， 其特征在于 ： 所述的 红外光纤激光器 （2） 的激光头的前端还安装有遮住一半激光光路的衰减镜片 （7） 。 权 利 要 求 书 CN 103895227 A 2 1/2 页 3 一种 3D 打印激光束前置加热与监测装置 技术领域 0001 本发明涉及一种激光束前置加热与监测装置， 具体涉及一种适用于 3D 打印的激 光束前置加热与监测装置。 背景技术 0002 目前市面上的 FDM3D 打印设备， 主要有以下几点限制或缺陷 ： 设备小， 只能打印一 些小尺寸的部件或工艺品 ； 工艺研究不够成熟， 存在翘曲变形、 层偏移、 层间结合强度小等 问题 ； 成本较低。
5、， 但机械系统精度不高。目前针对热塑性工程材料原型， 打印尺寸较小。针 对大型薄壳类零件， 如何有效控制成型面变形， 并保证热塑性工程材料成型后抗拉强度与 层间结合强度是当前急需解决的关键科学问题。 0003 目前市面上的 FDM3D 设备上的喷头只对喷嘴处的温度有一个简单的闭环控制。通 过温控仪、 热电偶以及加热管保证喷嘴的温度保持在合适范围。然而这样只能保证材料能 顺利的被挤出并成形， 无法避免大尺寸件翘曲变形和层与层之间结合强度低的问题。在成 形较大尺寸零件时常出现层与层之间开裂的问题。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点， 提供了一种能够提高层与层之间结 合强度。
6、的 3D 打印的激光束前置加热与监测装置。 0005 为达到上述目的， 本发明采用的技术方案是 ： 包括框架以及安装在框架中部下端 的与液化螺纹管相连通的喷嘴， 且在喷嘴上端的液化螺纹管上套装有加热铝块， 在框架上 位于喷嘴的两侧对称设置有安装红外光纤激光器的激光头支座， 两个红外光纤激光器激光 头射出的激光光束最终汇聚至喷嘴正下方， 在框架上还设置有固定红外测温头的测温头支 座。 0006 所述的红外光纤激光器的激光头的前端还安装有遮住一半激光光路的衰减镜片。 0007 由于本发明采用前置加热的方式， 在成型过程中使用激光高能束将预沉积层预热 至半熔融态， 从而与从喷嘴挤出的丝材更好地融合在。
7、一起， 并用红外测温仪加以监测并反 馈， 保证成形点加热参数的合适稳定， 能够增大结合强度， 有效减少开裂现象。 附图说明 0008 图 1 是本发明的整体结构示意图 ； 0009 图 2 是图 1 的左视图。 0010 图中， 1、 激光头头支座， 2、 红外光纤激光器， 4、 加热铝块， 5、 喷嘴， 6、 液化螺纹管， 7、 衰减镜片， 10、 红外测温头， 11、 测温头支座， 12、 框架。 具体实施方式 0011 下面结合附图对本发明进一步说明。 说 明 书 CN 103895227 A 3 2/2 页 4 0012 参见图1， 2， 本发明包括框架12以及安装在框架12中部下端的。
8、与液化螺纹管6相 连通的喷嘴 5， 且在喷嘴 5 上端的液化螺纹管 6 上套装有加热铝块 4， 在框架 12 上位于喷嘴 5 的两侧对称设置有安装红外光纤激光器 2 的激光头支座 1， 两个红外光纤激光器 2 激光头 射出的激光光束最终汇聚至喷嘴 5 正下方， 红外光纤激光器 2 激光头的前端还安装有遮住 一半激光光路的衰减镜片 7， 在框架 12 上还设置有固定红外测温头 10 的测温头支座 11。 0013 本发明在原有3D打印喷头的基础之上， 在180度相对的两个位置上添加两个红外 光纤激光器， 光束聚焦后的光斑聚焦至成形点， 将成形基底与丝材通过激光高能束加热共 同熔融结合在一起， 同。
9、时通过红外测温头实时监测该点的温度， 并通过监测数据调节红外 光纤激光器的输出功率， 形成一个反馈系统， 控制成形点的温度在一个较为恒定的小范围 内， 使得成形质量稳定可靠。 本发明能大幅提高材料层与层之间的粘接强度， 改善成形件的 力学性能。 0014 本发明的两个激光头支座 1 通过螺栓连接在一起共同构成激光头整体支座， 并与 框架 12 固定， 随喷嘴 5 同步运动。激光头支座成楔形结构形式保证了光束入射的角度。衰 减镜片7安装于激光头前端， 并遮住吸收一半激光光路， 保证激光束不会对铜制的喷嘴5产 生影响。两个激光头射出的激光光束最终汇聚至喷嘴 5 正下方， 产生一个椭圆形的加热区 域， 同时熔融丝材与基底材料。红外测温头 10 测出图 2 所示椭圆形区域内的最高温度或平 均温度， 实时监测成形点温度状况。 最终针对所监测的温度数据进行激光输出功率调整， 保 证成形点熔融状态得到稳定控制。 说 明 书 CN 103895227 A 4 1/1 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103895227 A 5 。