[发明专利]一种多路送丝激光熔融沉积LFDM成型装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造3D打印设备的打印部件，尤其涉及一种多路送丝激光熔融沉积LFDM成型装置与方法。

背景技术

传统的非金属桌面熔融沉积FDM的工作原理是将丝状原料通过送丝部件送入热熔喷头，然后在喷头内被加热融化，在电脑控制下喷头沿着零件截面轮廓和填充轨迹运动，将半流动状态的材料送到指定位置并最终凝固，同时与周围材料粘结，选择性的逐层熔化与覆盖，最终形成成品。熔融沉积成型是上世纪八十年代末，由美国Stratasys公司发明的技术。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——“3D造型者(3DModeler)”，这也标志着FDM技术步入商用阶段。国内方面，对于FDM技术的研究最早在包括清华大学、西安交大、华中科大等几所高校进行，其中清华大学下属的企业于2000年推出了基于FDM技术的商用3D打印机，近年来也涌现出北京太尔时代、杭州先临三维等多家将3D打印机技术商业化的企业。

FDM其特点具有成型材料范围较广，ABS、PLA、PC、PP等热塑性材料均可作为FDM路径的成型材料，易于取得，且成本较低。环境污染较小，在整个过程中只涉及热塑材料的熔融和凝固，且在较为封闭的3D打印室内进行，且不涉及高温、高压，没有有毒有害物质排放，因此环境友好程度较高。然而也有相对的缺陷，成型时间不易过长，由于喷头运动是机械运动，成型过程中速度受到一定的限制，因此一般成型时间较长，不适于制造大型部件。精度低，与其他3D打印路径相比，采用FDM路径的成品精度相对较低，表面有明显的纹路。需要支撑材料，在成型过程中需要加入支撑材料，在打印完成后要进行剥离，对于一些复杂构件来说，剥离存在一定的困难。打印头易堵塞，在成形过程中打印头往往容易堵塞，造成成形过程中断。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、运行可靠的多路送丝激光熔融沉积LFDM成型装置与方法。本发明激光能量密度集中，热影响区小的特点能在较短时间熔融耗材，因而可以加快耗材输送，从而加快成型速率。由多根丝材输送管道构成的一字型多路送丝复合打印，可以实现多色打印，混色打印，同时可输送水溶性支撑耗材解决去除支撑的难题。复合打印头可以实现单路精细打印以及多路送丝快速填充内部高效打印，从而加快了成形效率。因为无须加热喷头，节省成型时间，且丝材熔化在复合打印头外部，解决了喷头堵塞，断丝等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多路送丝激光熔融沉积LFDM成型装置，包括由多根丝材输送管道7构成的送丝嘴1、将丝材运送至丝材输送管道7的送丝机12、激光头2、与激光头2连接的二氧化碳激光器8；

所述送丝嘴1与激光头2通过连接件固定在一起，构成复合打印头；在连接件上安装有舵机6，以增加复合打印头的自由度；所述激光头2可发射矩形激光束，由激光头2的侧向射出，并照射覆盖伸出送丝嘴1外部相应丝材的端部，对其进行熔融；

在多根丝材输送管道7同时工作时，通过控制舵机6使复合打印头转动至打印路径所需角度，避免各丝材输送管道7熔融的丝材发生重叠堆积。

所述激光头2的内部自身而下依次设置有移动镜组5，聚焦镜片4、平面镜3；通过调节移动镜组5和聚焦镜片4之间的距离，可调节激光束光斑的大小，平面镜3使激光束发生反射后从激光头2的侧向射出，照射覆盖在露出送丝嘴1外部相应丝材上，对其进行熔融。

所述多根丝材输送管道7呈一字型排列。

所述复合打印头由驱动机构携带其在XY轴方向移动；复合打印头下方的热床10由丝杆机构驱动其在Z轴方向移动。

所述送丝机12采用远程送丝的方式，并根据输送丝材的路数使用相应数量。

所述多路送丝激光熔融沉积LFDM成型装置的运行方法如下：

丝材运送步骤：送丝机12将相应的丝材按照指令输送至送丝嘴1；

复合打印头运动步骤：复合打印头由驱动机构携带、并按照规划路径在XY轴方向移动，以对工件9逐层进行成型；

激光头2的工作步骤：二氧化碳激光器8作为丝材的加热源；通过调节移动镜组5和聚焦镜片4之间的距离，可调节激光束光斑的大小，平面镜3使激光束发生反射后从激光头2的侧向射出，照射覆盖在露出送丝嘴1外部相应丝材上，对其进行熔融；

成型结束步骤：热床10回归原点，从热床10上取下工件9，进行去除水溶性支撑，表面处理等后期处理，完成成型工作。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：