一种用于激光选区烧结的可调焦式激光扫描系统

1.本实用新型属于选择性激光烧结成型技术领域，具体涉及一种用于激光选区烧结的可调焦式激光扫描系统。


背景技术：

2.3d打印(3dp)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或非金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(aec)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。发展3d打印制造技术产业化对我国结构转型的战略意义重大，3d打印技术可以推动我国结构转型调整，提高制造业水平。选择性激光烧结工艺(sls)作为发展最快且最为重要的3d打印技术之一，主要以粉末等作为材料，其原理是激光烧结粉末材料，使粉末材料结合成形。sls技术同样使用层叠堆积成形原理，不同的是，它首先铺一层粉末材料，将材料预热到接近熔化点，再使用激光在该层截面上扫描，使粉末温度升至熔化点，然后烧结形成粘接，接着不断重复铺粉、烧结的过程，直至整个模型成形。激光在零件成型过程中起着重要作用，但是目前仍存在以下问题：
①
不同种类粉末加工过程中，最优成型效果所对应的聚焦光斑直径不同，更换粉末后，最优成型效果所对应聚焦光斑直径不易控制；
②
不同型号场镜的聚焦焦距不同，一般设备更换场镜后，再次聚焦困难甚至无法再次聚焦。


技术实现要素：

3.本实用新型为了解决现有选择性激光烧结成型工艺过程中，不同种类粉末或不同型号场镜加工过程中，最优成型效果所对应的聚焦焦距的调整困难以及聚焦光斑直径难以控制的问题，提供了一种用于激光选区烧结的可调焦式激光扫描系统，解决上述问题采用的技术方案如下：
4.本实用新型的一种用于激光选区烧结的可调焦式激光扫描系统，由右板材框架、升降装置、滑块、滑轨、左板材框架、动力传动装置、第二激光反射镜、第一激光反射镜、co2激光管、co2激光管支架、振镜固定板和co2数字振镜组成，左板材框架与右板材框架位于整个系统的两侧，左板材框架的上方设有连接板，动力传动装置设在连接板上，左板材框架与右板材框架前后两侧分别固定有滑轨，滑轨与滑块滑动连接，升降装置中的带扣环嵌入型轴承座与fk型轴承固定座固定在左板材框架与右板材框架上，升降装置中的承重板分别固定在四个滑块上，由co2激光管、第一激光反射镜、第二激光反射镜、振镜固定板和co2数字振镜组成的激光光路系统按照激光产生与传播路径依次固定在升降装置的承重板上；
5.所述的升降装置由带扣环嵌入型轴承座、同步轮、右丝杆、滚珠丝杆螺母、螺母座、左丝杆、承重板、激光通光口、fk型轴承固定座和同步带组成，左丝杆自下而上依次装有扣
环嵌入型下轴承座、滚珠丝杆螺母、同步轮以及fk型轴承固定座，右丝杆自下而上依次装有扣环嵌入型下轴承座、滚珠丝杆螺母、同步轮以及扣环嵌入型上轴承座，左丝杆与右丝杆上端一段长度为阶梯轴，同步带与左右两侧的同步轮滚动连接，滚珠丝杆螺母嵌入螺母座中并通过螺丝固定，承重板中部通过螺丝固定在螺母座上；
6.所述的动力传动装置由连接板、力传动同步带、带方形座轴承、阶梯轴、手轮、第一同步轮、免键轴衬和第二同步轮组成，连接板左下方固定有带方形座轴承，带方形座轴承中间固定有阶梯轴，阶梯轴的上端与免键轴衬共同固定在第一同步轮上，阶梯轴下端与手轮由螺丝固定，第一同步轮与第二同步轮之间由力传动同步带连接，第二同步轮由免键轴衬和左丝杆固定，第二同步轮直径大于第一同步轮直径；
7.所述的第二激光反射镜由第二反射镜反射镜片、第二反射镜可移动支架、第二反射镜底座、第二反射镜镜片固定旋钮、第二反射镜反射角度调节螺丝、第二反射镜镜片固定螺丝和第二反射镜支架固定螺丝组成，第二反射镜可移动支架与第二反射镜底座通过第二反射镜支架固定螺丝连接，第二反射镜反射镜片由第二反射镜镜片固定旋钮与第二反射镜镜片固定螺丝固定，第二反射镜反射角度调节螺丝设在第一反射镜可移动支架上对角度进行微调；
8.所述的第一激光反射镜由第一反射镜反射镜片、第一反射镜可移动支架、第一反射镜底座、第一反射镜镜片固定旋钮、第一反射镜反射角度调节螺丝、第一反射镜镜片固定螺丝和第一反射镜支架固定螺丝组成，第一反射镜可移动支架与第一反射镜底座由第一反射镜支架固定螺丝连接，第一反射镜反射镜片由第一反射镜镜片固定旋钮与第一反射镜镜片固定螺丝固定，第一反射镜反射角度调节螺丝设在第一反射镜框架上；
9.所述的co2激光管支架由橡胶垫、可移动支架、支架固定螺丝、底座、半径固定螺丝和半径调节旋钮组成，三个橡胶垫卡在可移动支架上，移动支架与底座由支架固定螺丝连接，半径调节旋钮安装在底座的下方，半径调节旋钮手动转动，半径固定螺丝固定在底座下方；
10.所述的co2数字振镜由振镜壳体、信号接口、入光口、场镜固定口、x轴摆动电机、x扫描镜、y扫描镜和y轴摆动电机组成，信号接口与入光口位于振镜壳体的侧面，且信号接口位于入光口的上方，场镜固定口位于振镜壳体的下方，x轴摆动电机与y轴摆动电机设置在振镜壳体内，且x轴摆动电机与y轴摆动电机的尾部均固定在振镜壳体的内壁上，x扫描镜与x轴摆动电机下方的输出轴连接，y扫描镜与y轴摆动电机左端的电机输出轴连接。
11.本实用新型的一种用于激光选区烧结的可调焦式激光扫描系统，与现有技术相比具有下列有益效果：一、设计了动力传动装置、升降装置以及激光光路系统，实现了焦距的手动调节，无论是改变激光烧结所用粉末材料的种类，还是更换不同型号的场镜，均能通过手摇手轮，手动对焦距进行调整得到最优成型效果所对应聚焦光斑；二、设计了由co2激光管、co2激光管支架、第一激光反射镜、第二激光反射镜以及co2数字振镜组成的激光光路系统，相比目前大多数设备由射频激光器与振镜组成的激光光路系统，大大降低了激光光路系统的成本，本系统中焦距的调整主要借助第一同步轮及第二同步轮的转动完成，手轮的转动控制第一同步轮的转动，第一同步轮通过同步带带动第二同步轮的转动，第二同步轮的转动实现升降系统的上下移动，第一同步轮直径小于第二同步轮直径，能够有效提高升降装置的位移精度，使焦距调整更加精准。
附图说明
12.图1是本实用新型的整体结构立体图，图2是图1中升降装置的结构结构意图，图3是图1中动力传动装置的结构示意图，图4是图1中第二激光反射镜的结构示意图，图5是图4的另一侧的结构示意图,图6是图1中第一激光反射镜的结构示意图，图7是图6的后视图,图8是图1中co2激光管支架的主视图，图9是图1中co2数字振镜的结构示意图，图10是图9的内部结构示意图,图11是激光光路传播路径示意图。
具体实施方式
13.具体实施方式一：结合图1～图11说明本实施方式，本实施方式包括右板材框架1、升降装置2、滑块3、滑轨4、左板材框架5、动力传动装置6、第二激光反射镜7、第一激光反射镜8、co2激光管9、co2激光管支架10、振镜固定板11和co2数字振镜12，所述左板材框架5与右板材框架1位于整个系统的两侧，左板材框架5上方通过连接板6-1固定有动力传动装置6，左板材框架5与右板材框架1前后两侧分别固定有滑轨4，滑轨4与滑块2滑动连接，升降系统中的带扣环嵌入型下轴承座与fk型轴承固定座2-10固定在左板材框架5与右板材框架1上，升降装置2中的承重板2-8分别固定在4个滑块3上，由co2激光管9、第一激光反射镜8、第二激光反射镜7、振镜固定板11和co2数字振镜12组成的激光光路系统按照激光产生与传播路径依次固定在承重板2-8上。
14.具体实施方式二：结合图1和图2描述本实施方式，本实施方式本的升降装置2由带扣环嵌入型上轴承座2-1、同步轮2-2、右丝杆2-3、滚珠丝杆螺母2-4、螺母座2-5、带扣环嵌入型下轴承座2-6、左丝杆2-7、承重板2-8、激光通光口2-9和fk型轴承固定座2-10、同步带2-11组成，左丝杆2-7自下而上依次装有扣环嵌入型下轴承座2-6、滚珠丝杆螺母2-4、同步轮2-2以及fk型轴承固定座2-10，并且左丝杆2-7能够自由转动，右丝杆2-3自下而上依次装有扣环嵌入型下轴承座2-6、滚珠丝杆螺母2-4、同步轮2-2以及扣环嵌入型上轴承座2-1，并且右丝杆2-3能够自由转动，左丝杆2-7与右丝杆2-3上端一段长度为阶梯轴，能够防止同步轮2-2在竖直方向上移动，同步带2-11与左右两侧的同步轮2-2滚动连接，滚珠丝杆螺母2-4嵌入螺母座2-5中并通过螺丝固定，承重板2-8中部通过螺丝固定在螺母座2-5上，承重板2-8能够借助滚珠丝杆螺母2-4与螺母座2-5上下移动，第二同步轮6-6-2转动时，左丝杆2-7上的同步轮2-2随着左丝杆2-7一起转动，在同步带2-11的作用下，右丝杆2-3上的同步轮2-2也发生转动，从而实现右丝杆2-3的转动，左丝杆2-7与右丝杆2-3同时转动实现承重板2-8沿着滑轨4上下移动。
15.具体实施方式三：结合图1、图2和图3描述本实施方式，本实施方式的动力传动装置6由连接板6-1、力传动同步带6-2、带方形座轴承6-3、阶梯轴6-4、手轮6-5、第一同步轮6-6-1、免键轴衬6-7和第二同步轮6-6-2组成，连接板6-1左下方固定有带方形座轴承6-3，带方形座轴承6-3中间固定有阶梯轴6-4，阶梯轴6-4上端与免键轴衬6-7共同固定第一同步轮6-6-1，阶梯轴6-4下端与手轮6-5通过螺丝固定，第一同步轮6-6-1与第二同步轮6-6-2之间通过力传动同步带6-2连接，第二同步轮6-6-2被免键轴衬6-7和左丝杆2-7共同固定，第二同步轮6-6-2直径大于第一同步轮6-6-1直径。调整焦距时，用手转动手轮6-5，手轮6-5的转动带动阶梯轴6-4的转动，阶梯轴6-4的转动带动第一同步轮6-6-1的转动，第一同步轮6-6-1通过力传动同步带6-2带动第二同步轮6-6-2转动，从而实现左丝杆2-7的转动。
6与y扫描镜12-7先后反射两次，最后由激光通光口2-9射出。
20.具体实施方式八：结合图1描述本实施方式，本实施方式所述的左板材框架5与右板材框架1均采用木板，起支撑与固定整个系统的作用。
21.具体实施方式九：结合图1、图9和图10描述本实施方式，本实施方式的所述的x轴摆动电机12-5与y轴摆动电机12-8垂直设置。
22.工作原理：
23.本系统的激光传播及调焦过程为：
24.激光传播：开始调焦前，先给co2激光管9通电并对其进行控制，使其发射激光束并照射在第一激光反射镜8的第一反射镜反射镜片8-1上并发生反射，此时入射角与反射角均为45
°
，经第一反射镜反射镜片8-1反射的激光束反射至第二激光反射镜7的第二反射镜反射镜片7-1上并再次发生反射，此时，入射角与反射角与均为45
°
，经第二反射镜反射镜片7-1反射的激光束由co2数字振镜12上的入光口12-3进入内部，x轴摆动电机12-5与y轴摆动电机12-8发生转动并分别使x扫描镜12-6与y扫描镜12-7发生偏转，最后，激光束经过x扫描镜12-6与y扫描镜12-7的反射，射出co2数字振镜，并经激光通光口2-8辐照在待烧结粉末表面。
25.调焦：用手转动手轮6-5，手轮6-5的转动通过阶梯轴6-4带动第一同步轮6-6-1转动，在力传动同步带6-2的作用下，第二同步轮6-6-2也随着转动，第二同步轮6-6-2的主动带动左丝杆2-7是转动，在同步带2-11的作用下，同步轮2-2最终带动右丝杆2-3一起转动，左丝杆2-7与右丝杆2-3同时转动实现升降装置2沿着滑轨4上下移动，从而实现激光光路系统上下移动，激光光路系统在竖值方向上下移动，多次升降测试，直至激光束作用至待烧结粉末表面的光斑最小，光斑颜色最亮时，即为最优成型效果所对应的聚焦焦距以及聚焦光斑。
26.以上实施例仅是示例性的，并不局限本实用新型，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本实用新型所提供的技术方案的启示下，所做出的其它等同的多种变化、修改、替换和变型，均应视为本实用新型的保护范围。