[发明专利]一种大型二氧化碳激光3D打印设备及其打印方法

说明书

本发明公开了一种大型二氧化碳激光3D打印设备，包括气氛箱体和设在气氛箱体内的CO₂激光3D打印装置，该CO₂激光3D打印装置包括底座、铣床工件台、X轴移动装置、垂直梁、Z轴移动装置、悬臂梁、Y轴移动装置、3D打印加工头、CCD成像装置、侧向送粉装置和移动式光路系统；移动式光路系统包括高度调节机构、第一反射镜至第四反射镜、聚焦镜片和伸缩导光管。本发明给出了大尺寸的立体成型空间，移动式光路系统能很好地与大功率的CO₂激光光源耦合，在机床高速运动过程中也能使激光束精确地到达加工位置。整个打印装置密封在气氛箱体内部，最大程度上保证了加工质量。本发明还公开了一种大型二氧化碳激光3D打印设备的打印方法。

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术，具体涉及一种用于大型陶瓷材料结构件立体成型的二氧化碳激光3D打印设备及其打印方法。

背景技术

3D激光打印是激光立体成形技术(Laser Solid Forming，LSF)，其基本原理是：首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该三维CAD模型按一定的厚度分层“切片”，即将零件的三维数据信息转换成一系列的二维轮廓信息，再采用激光熔覆的方法按照轮廓轨迹逐层堆积材料，最终形成三维实体零件或需进行少量加工的零件毛坯。

陶瓷结构件具有高耐磨性、高韧性和优异的隔热性能，在机械制造、国防军事等重要的国民经济领域得到广泛的应用。目前，陶瓷结构件的制作多用固相烧结的方式。该方式在加工过程中，材料并未完全熔化，烧结成的工件易产生内部结构疏松、致密性差等缺点。

与传统的固相烧结加工方法相比，激光束具有极高的功率密度，可以熔化各种陶瓷材料。其中CO₂激光束最适合加工非金属材料，大功率的CO₂激光与陶瓷粉末作用后可迅速将其熔化并能快速冷却凝固成型。该成型过程中陶瓷粉末完全融合，得到高致密性的内部结构，避免了固相烧结所产生的内部疏松的结构缺陷。

大型陶瓷结构件的立体成型技术要求成型机构具备较大尺寸的三维加工空间，更需要大功率的CO₂激光作为光源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种大型二氧化碳激光3D打印设备及其打印方法，它为大型陶瓷材料结构件的立体成型提供了高效、高质量的保证。

实现本发明目的的一种技术方案是：一种大型二氧化碳激光3D打印设备，包括气氛箱体和设在气氛箱体内的CO₂激光3D打印装置，该CO₂激光3D打印装置包括底座、铣床工件台、X轴移动装置、垂直梁、Z轴移动装置、悬臂梁、Y轴移动装置、3D打印加工头、CCD成像装置、侧向送粉装置和移动式光路系统；

所述铣床工作台固定在所述底座上；

所述X轴移动装置安装在所述铣床工件台后部的支撑座上；

所述垂直梁安装在所述X轴移动装置上；

所述Z轴移动装置安装在所述垂直梁的左侧面上；

所述悬臂梁安装在所述Z轴移动装置上；

所述Y轴移动装置安装在所述悬臂梁上；

所述3D打印加工头安装在所述Y轴移动装置上；

所述CCD成像装置通过固定架安装在3D打印加工头的右后侧；

所述侧向送粉装置安装在所述3D打印加工头的左侧；