[发明专利]一种用于金属熔融快速成型的多激光束3D打印头

说明书

本发明公开一种用于金属熔融快速成型的多激光束3D打印头，属于增材制造技术领域。包括多光束环形聚焦装置及丝材输送装置，多光束环形聚焦装置包括球弧形打印头主体、呈环形分布的单光束聚焦装置，丝材输送装置包括送丝管、驱动装置、打印喷头、矫直机构等；多光束通过环形分布的单光束聚焦装置聚焦到所述球弧形打印头主体的球心；丝材垂直送入，经矫直机构矫直，解决了现有送丝方法中因丝材弯曲产生的送丝精度差的问题，多光束环形分布，消除了加工过程中因单个光束离焦波动对加工质量造成的不利影响，多角度光束环形分布，易于调整激光束与丝材作用角度，控制激光功率，本发明装置光丝耦合连续稳定，显著提高加工精度及成型效率。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种用于金属熔融快速成型的多激光束3D打印头。

背景技术

金属零部件增材制造技术作为整个增材制造体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用增材制造技术直接制造金属功能零部件成为了增材制造主要的发展方向。由于金属材料熔点较高，一般都是选择高能束烧结/熔化化的方式，目前可用于直接制造金属功能零件的三维打印成型工艺主要有：选区激光熔化(SLM)、电子束选区熔化(EBM)、激光近净成形(LENS)等。

SLM、EBM以及LENS技术，除需将材料制成粒度为10微米到100微米的球形粉外，还需满足粉末材料可塑性好、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。球形粉的制备需经过等离子体球化等特殊方法处理，导致粉末制备难度及成本大幅提升，严重影响了金属零部件增材制造的发展。另外，由粉末性质决定的送粉量和均匀性控制困难、粉末利用率低、发散在光束外的处于半熔状态的粉末易粘附于成型零件表面，影响表面质量等不足，也制约着金属零部件增材制造的发展。

FDM技术所用的材料一般为丝材或者带材，成型效率高，材料成本低廉；而FDM技术本身设备成本也比较低，从而使得FDM技术的整体成本低廉；然而FDM设备的输出功率有限，故现有技术中大都是应用于塑料材质的快速成型上。因此，若将FDM的低成本、高效率及金属材料的优异性能相结合，采用金属熔融快速成型工艺，可避开送粉带来的一些问题，金属熔融快速成型工艺容易实现精确控制，送料精度高、材料利用率高、能量利用率高、无散发性、对环境无污染、价格低廉等优点，具有极大的发展空间，目前金属熔融快速成型工艺尚存在许多问题未得到较好解决。如何将激光和被熔材料同步传输至加工成型位置，并使金属材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹作扫描运动的聚焦光斑内，并实现不同功率、不同丝光作用角度的精确控制，实现光料精确耦合，仍然是金属熔融快速成型技术发展急需解决的一大关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于金属熔融快速成型的多激光束3D打印头，从而精确控制不同丝光作用角度的激光功率分布，实现光、丝材的精确耦合。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于金属熔融快速成型的多激光束3D打印头，包含聚焦装置和丝材输送装置；

所述聚焦装置包含球弧形的打印头主体和多个的单光束聚焦装置，多个的单光束聚焦装置均安装于所述打印头主体上，且多个的单光束聚焦装置发出的光束聚焦于打印头主体的球心处；

所述丝材输送装置包含送丝装置和驱动装置，所述送丝装置包含送丝管、送丝驱动滚轮和打印喷头，所述驱动装置包含电机输出轴、联轴器和驱动电机；

所述送丝管用于安插丝材，所述驱动电机通过联轴器连接至所述电机输出轴，所述电机输出轴的末端设置有所述送丝驱动滚轮，在驱动电机的带动下，所述送丝驱动滚轮转动，带动丝材从打印喷头送出；

所述送丝装置安装于所述打印头主体上，且所述打印喷头正对所述打印头主体的球心；

所述聚焦装置和丝材输送装置均设置在箱体内。