專利名稱:激光輸出裝置及3d打印機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸透鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡。該激光器用于產(chǎn)生激光束。該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、該凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會聚至一掃描焦點(diǎn)。該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置感測裝置以及止動裝置。該平移裝置用于至少驅(qū)動該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動。該位置感測裝置用于檢測被驅(qū)動的該凹透鏡或該凸透鏡的位置。該止動裝置設(shè)置在該凹透鏡或該凸透鏡的移動路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變該掃描焦點(diǎn)的位置。本實(shí)用新型還提供一種3D打印機(jī)。
【專利說明】
激光輸出裝置及3D打印機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光輸出裝置及具有該激光輸 出裝置的3D打印機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種利用快速成形技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采 用金屬或非金屬材料制成的待成型粉末，將平鋪好的待成型粉末逐層熔化/融化，然后固化 堆積成型來構(gòu)造三維的實(shí)體的打印設(shè)備。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印機(jī)在產(chǎn)品制 造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。其中，激光輸出裝置是3D打印機(jī)的重要組成部分。
[0003] 目前，激光輸出裝置通常使用簡單的定焦光路，而針對激光掃描燒結(jié)點(diǎn)存在兩種 情況:第一，激光輸出裝置產(chǎn)生的激光掃描燒結(jié)、熔化/融化待成型粉末是在固定的焦點(diǎn)上 進(jìn)行，即，掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描雖然適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度，但會導(dǎo)致3D成 型效率較低。此時(shí)，人們會想到通過提高輸出的激光功率來提高3D成型效率，然而，在焦點(diǎn) 位置輸出比較大的激光功率時(shí)，待成型粉末會部分氣化，產(chǎn)生飛濺，反過來會影響3D成型的 精度與致密度。第二，激光輸出裝置產(chǎn)生的激光掃描燒結(jié)、熔化/融化待成型粉末不在固定 的焦點(diǎn)上進(jìn)行，即，掃描燒結(jié)點(diǎn)不在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置 時(shí)的激光光斑增大，則無法保證零件輪廓的精度。因此，掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)3D成型效 率低，而掃描燒結(jié)點(diǎn)不在焦點(diǎn)位置時(shí)又不能保證零件輪廓精度。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，有必要提供一種既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型效率的激 光輸出裝置及一種具有該激光輸出裝置的3D打印機(jī)。
[0005] -種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸 透鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡。該激光器用于產(chǎn)生激光束。該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、 該凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會聚 至一掃描焦點(diǎn)。該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置感測裝置 以及止動裝置。該平移裝置用于至少驅(qū)動該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動。該位置感測 裝置用于檢測被驅(qū)動的該凹透鏡或該凸透鏡的位置。該止動裝置設(shè)置在該凹透鏡或該凸透 鏡的移動路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變該掃描焦點(diǎn)的位 置。
[0006] 進(jìn)一步地，該止動裝置為橫截面是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形 的各邊距離均不同。
[0007] 進(jìn)一步地，該平移裝置用于驅(qū)動該凹透鏡移動，該凸透鏡固定。
[0008] 進(jìn)一步地，該平移裝置用于驅(qū)動該凸透鏡移動，該凹透鏡固定。
[0009] 進(jìn)一步地，該平移裝置采用電機(jī)螺旋移動裝置。
[0010]進(jìn)一步地，該激光輸出裝置還包括收容裝置，該收容裝置用于收容該凹透鏡或該 凸透鏡，該平移裝置與該收容裝置固定連接以驅(qū)動該收容裝置移動而帶動該凹透鏡或該凸 透鏡移動，該止動裝置設(shè)置在該收容裝置的移動線路上以使該收容裝置停留在不同的位 置。
[0011]進(jìn)一步地，該平移裝置采用氣缸移動裝置，包括氣缸以及被該氣缸驅(qū)動的移動部， 該氣缸與該移動部連接。
[0012] 進(jìn)一步地，該激光輸出裝置還包括收容裝置，該收容裝置用于收容該凹透鏡或該 凸透鏡，該移動部與該收容裝置固定連接以驅(qū)動該收容裝置移動而帶動該凹透鏡或該凸透 鏡移動，該止動裝置設(shè)置在該收容裝置的移動線路上以使該收容裝置停留在不同的位置。
[0013] 進(jìn)一步地，該移動部與該凹透鏡或該凸透鏡固定連接以帶動該凹透鏡或該凸透鏡 移動，該止動裝置設(shè)置在該移動部的移動線路上以使該移動部停留在不同的位置。
[0014] 一種3D打印機(jī)，包括工作臺及如上所述的任意一種激光輸出裝置。該激光輸出裝 置設(shè)置在該工作臺的上方，該工作臺用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)落在該待成型粉末 上。
[0015] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的激光輸出裝置設(shè)置及具有該激光輸出裝置設(shè)置的 3D打印機(jī)利用設(shè)置在光學(xué)元件的移動路線上的止動裝置迫使光學(xué)元件停止在不同的位置， 從而改變該掃描焦點(diǎn)的位置，能夠滿足不同的打印需求，既能夠保證零件輪廓精度又能提 高3D成型的效率。
【附圖說明】

[0016] 圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是圖1中的激光輸出裝置中的止擋裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4是本實(shí)用新型第三實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖5是本實(shí)用新型第四實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖6是本實(shí)用新型第五實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是本實(shí)用新型第六實(shí)施方式提供的激光輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]主要元件符號說明
[0024]
[0025]
[0026] 如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
【具體實(shí)施方式】 [0027]第一實(shí)施方式
[0028]請參閱圖1，為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式提供的激光輸出裝置10。該激光輸出裝置 10包括激光器11、光學(xué)元件12、激光掃描振鏡13、聚焦透鏡14、收容裝置15、平移裝置16、位 置感測裝置17、止擋裝置18、以及控制器19。
[0029] 該激光器11用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件12包括激光擴(kuò)束器122、凹透鏡124及凸 透鏡126。該激光擴(kuò)束器122用于擴(kuò)展從該激光器11產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡124用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器122的激光束。該凸透鏡126用于匯聚來自該凹透鏡124的激光束。該激光 掃描振鏡13用于將來自該凸透鏡126的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚 焦透鏡14設(shè)置于該激光掃描振鏡13的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置10工作時(shí)，該 激光器11產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器122擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡124發(fā)散，及經(jīng)該 凸透鏡126匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡13后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡14會聚 至一掃描焦點(diǎn)01進(jìn)行掃描打印。
[0030] 本實(shí)施方式中，該收容裝置15為一長方形框體，該凹透鏡124收容在該收容裝置15 內(nèi)，在該激光輸出裝置10工作時(shí)，該收容裝置15并不影響激光束的傳輸。該平移裝置16采用 電機(jī)螺旋移動裝置，該平移裝置16與該收容裝置15的外殼下部固定連接以驅(qū)動該收容裝置 15移動從而帶動該凹透鏡124沿著光路來回移動。該位置感測裝置17固定在該平移裝置16 上以跟隨該凹透鏡124的移動而移動，該位置感測裝置17用于檢測被驅(qū)動的該凹透鏡124的 位置。
[0031] 請結(jié)合圖2,該止擋裝置18為橫截面是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊 形的各邊距離均不同。該止擋裝置18設(shè)置在該激光擴(kuò)束器122與該收容裝置15之間并位于 該收容裝置15上方以能阻擋住該收容裝置15的移動又不處于激光束的傳輸路線中影響激 光束的傳輸。該止擋裝置18具有一個中心軸182,其能繞著該中心軸182自轉(zhuǎn)，該中心軸182 到該止擋裝置18的各個側(cè)面的距離均不相同。本實(shí)施方式中，該止擋裝置18為橫截面是六 邊形的棱柱體，其包括第一側(cè)面183、第二側(cè)面184、第三側(cè)面185、第四側(cè)面186、第五側(cè)面 187以及第六側(cè)面188。在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置18的橫截面還可以是其他的不規(guī)則 的多邊形，例如三角形、四邊形、五邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形 的各邊距離均不同即可。
[0032] 該控制器19與該激光器11、該平移裝置16、該位置感測裝置17及驅(qū)動該止擋裝置 18轉(zhuǎn)動的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對該激光器11、該平移裝置16、該位置感測裝置17 及驅(qū)動該止擋裝置18轉(zhuǎn)動的裝置進(jìn)行精確控制。
[0033] 請?jiān)賲㈤唸D1，該激光輸出裝置10工作時(shí)，該凸透鏡126固定，該激光器11產(chǎn)生激光 束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器122擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡124發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡126匯聚進(jìn) 入該激光掃描振鏡13后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡14會聚至一掃描焦點(diǎn)01進(jìn) 行掃描打印，由于掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖1中01點(diǎn))在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次 掃描的線寬也是最細(xì)的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精 度。當(dāng)需要掃描形成精度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置10通過該位置感測 裝置17檢測被驅(qū)動的該凹透鏡124的位置，并通過調(diào)節(jié)該凹透鏡124的位置來調(diào)節(jié)激光束的 光斑直徑大小，當(dāng)平移裝置16驅(qū)動該收容裝置15朝遠(yuǎn)離該凸透鏡126的方向移動從而帶動 該凹透鏡124朝遠(yuǎn)離該凸透鏡126的方向移動時(shí)，激光束發(fā)散直徑變大，掃描焦點(diǎn)的位置下 移至02;當(dāng)平移裝置16驅(qū)動該收容裝置15朝接近該凸透鏡126的方向移動從而帶動該凹透 鏡124朝接近該凸透鏡126的方向移動時(shí)，激光束發(fā)散直徑變小，掃描焦點(diǎn)的位置上移；當(dāng)掃 描焦點(diǎn)下移至02時(shí)，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖1中Μ處)對應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn) 位置（圖1中01點(diǎn)）時(shí)的激光光斑增大，同樣地，當(dāng)掃描焦點(diǎn)上移時(shí)，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)（圖未 示)對應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置（圖1中01點(diǎn)）時(shí)的激光光斑也增大。因 此，無論掃描焦點(diǎn)是上移還是下移，均可以提尚掃描效率，從而能夠提尚3D成型的效率。由 此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置10既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的效率。 [0034] 在上述平移裝置16驅(qū)動該收容裝置15朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡126的方向移動從而 帶動該凹透鏡124朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡126的方向移動時(shí)，該止擋裝置18起到止擋作用。 具體地，當(dāng)收容裝置15從圖1中實(shí)線所示的位置移動到虛線所示的位置時(shí)，對應(yīng)地，止擋裝 置18繞中心軸182順時(shí)針轉(zhuǎn)動且使第一側(cè)面183與收容裝置15抵觸變第三側(cè)面185與收容裝 置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)由01變更為02。同樣地，若止擋裝置18繞中心軸182轉(zhuǎn)動且使第二 側(cè)面184與收容裝置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為03(圖未示）；若止擋裝置18繞中心軸 182轉(zhuǎn)動且使第四側(cè)面186與收容裝置15抵觸，此時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為04(圖未示）；若止擋 裝置18繞中心軸182繼續(xù)順轉(zhuǎn)動且使第五側(cè)面187與收容裝置15抵觸則變更，此時(shí)，掃描焦 點(diǎn)為〇5(圖未示）；若止擋裝置18繞中心軸182轉(zhuǎn)動且使第六側(cè)面188與收容裝置15抵觸，此 時(shí)，掃描焦點(diǎn)則變更為〇6(圖未示）。由此可見，掃描焦點(diǎn)的位置可以通過該止擋裝置18的結(jié) 構(gòu)來設(shè)計(jì)，具體就是設(shè)計(jì)該止擋裝置18的多邊形截面的中心到該多邊形的各邊距離即可。 如此，便可以通過設(shè)計(jì)該止擋裝置18的多邊形截面的中心到該多邊形的各邊距離來使得掃 描燒結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的激光束的光斑具有不同大小，如此能夠更進(jìn)一步地控制掃描精度。
[0035]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置18也可設(shè)置在該凸透鏡126與該收容裝 置15之間并位于該收容裝置15上方以能阻擋住該收容裝置15的移動又不處于激光束的傳 輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置16的移動可以是只沿著一個方 向就可以與收容裝置15抵觸，例如只左移便能與收容裝置15抵觸或只右移便能與收容裝置 15抵觸，也有可能是需要來回移動才能與收容裝置15抵觸，例如先左移后右移才能與收容 裝置15抵觸或先右移再左移才能與收容裝置15抵觸。
[0036]第二實(shí)施方式
[0037] 請參閱圖3,為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式提供的激光輸出裝置20。該激光輸出裝置 20包括激光器21、光學(xué)元件22、激光掃描振鏡23、聚焦透鏡24、收容裝置25、平移裝置26、位 置感測裝置27、止擋裝置28、以及控制器29。
[0038] 該激光器21用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件22包括激光擴(kuò)束器222、凹透鏡224及凸 透鏡226。該激光擴(kuò)束器222用于擴(kuò)展從該激光器21產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡224用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器222的激光束。該凸透鏡226用于匯聚來自該凹透鏡224的激光束。該激光掃 描振鏡23用于將來自該凸透鏡226的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚焦 透鏡24設(shè)置于該激光掃描振鏡23的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置20工作時(shí)，該激 光器21產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器222擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡224發(fā)散，及經(jīng)該凸 透鏡226匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡23后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡24會聚至 一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0039]本實(shí)施方式中，該收容裝置25為一長方形框體，該凸透鏡226收容在該收容裝置25 內(nèi)，在該激光輸出裝置20工作時(shí)，該收容裝置25并不影響激光束的傳輸。該平移裝置26采用 電機(jī)螺旋移動裝置，該平移裝置26與該收容裝置25的外殼下部固定連接以驅(qū)動該收容裝置 25移動從而帶動該凸透鏡226沿著光路來回移動。該位置感測裝置27固定在該平移裝置26 上以跟隨該凸透鏡226的移動而移動，該位置感測裝置27用于檢測被驅(qū)動的該凸透鏡226的 位置。
[0040]該止擋裝置28的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置28設(shè)置在 該凹透鏡224與該收容裝置25之間并位于該收容裝置25上方以能阻擋住該收容裝置25的移 動又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置28具有一個中心軸282,其 能繞著該中心軸282自轉(zhuǎn)，該中心軸282到該止擋裝置28的各個側(cè)面的距離均不相同。本實(shí) 施方式中，該止擋裝置28為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在其他實(shí)施 方式中，該止擋裝置28的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四邊形、五 邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。
[0041] 該控制器29與該激光器21、該平移裝置26、該位置感測裝置27及驅(qū)動該止擋裝置 28轉(zhuǎn)動的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對該激光器21、該平移裝置26、該位置感測裝置27 及驅(qū)動該止擋裝置28轉(zhuǎn)動的裝置進(jìn)行精確控制。
[0042] 該激光輸出裝置20工作時(shí)，該凹透鏡224固定，該激光器21產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器222擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡224發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡226匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡23后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡24會聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置(假設(shè)為〇點(diǎn)），此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也 是最細(xì)的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描 形成精度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置20通過該位置感測裝置27檢測被 驅(qū)動的該凸透鏡226的位置，并通過調(diào)節(jié)該凸透鏡226的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大 小，當(dāng)平移裝置26驅(qū)動該收容裝置25朝遠(yuǎn)離該凹透鏡224的方向移動從而帶動該凸透鏡226 朝遠(yuǎn)離該凹透鏡224的方向移動時(shí)，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置26驅(qū)動該收容裝置25 朝接近該凹透鏡224的方向移動從而帶動該凸透鏡226朝接近該凹透鏡224的方向移動時(shí)， 掃描焦點(diǎn)的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的激光束的光斑 較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則可以提高掃描效率，從而能夠提高3D 成型的效率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置20同樣既能夠保證零件輪廓精度又能 提高3D成型的效率。
[0043] 在上述平移裝置26驅(qū)動該收容裝置25朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡224的方向移動從而 帶動該凸透鏡226朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡224的方向移動時(shí)，該止擋裝置28起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0044]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置28也可設(shè)置在該激光掃描振鏡23與該 收容裝置25之間并位于該收容裝置25上方以能阻擋住該收容裝置25的移動又不處于激光 束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置26的移動可以是只沿著 一個方向就可以與收容裝置25抵觸，例如只左移便能與收容裝置25抵觸或只右移便能與收 容裝置25抵觸，也有可能是需要來回移動才能與收容裝置25抵觸，例如先左移后右移才能 與收容裝置25抵觸或先右移再左移才能與收容裝置25抵觸。
[0045]第三實(shí)施方式
[0046]請參閱圖4,為本實(shí)用新型第三實(shí)施方式提供的激光輸出裝置30。該激光輸出裝置 30包括激光器31、光學(xué)元件32、激光掃描振鏡33、聚焦透鏡34、收容裝置35、平移裝置36、位 置感測裝置37、止擋裝置38、以及控制器39。
[0047] 該激光器31用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件32包括激光擴(kuò)束器322、凹透鏡324及凸 透鏡326。該激光擴(kuò)束器322用于擴(kuò)展從該激光器31產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡324用于發(fā)散 來自該激光擴(kuò)束器322的激光束。該凸透鏡326用于匯聚來自該凹透鏡324的激光束。該激光 掃描振鏡33用于將來自該凸透鏡326的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚 焦透鏡34設(shè)置于該激光掃描振鏡33的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置30工作時(shí)，該 激光器31產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器322擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡324發(fā)散，及經(jīng)該 凸透鏡326匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡33后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡34會聚 至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0048]本實(shí)施方式中，該收容裝置35為一長方形框體，該凹透鏡324收容在該收容裝置35 內(nèi)，在該激光輸出裝置30工作時(shí)，該收容裝置35并不影響激光束的傳輸。該平移裝置36采用 氣缸移動裝置，包括氣缸362以及被該氣缸362驅(qū)動而進(jìn)行來回移動的移動部364。該移動部 364與該收容裝置35的外殼下部固定連接以驅(qū)動該收容裝置35移動從而帶動該凹透鏡324 沿著光路來回移動。該位置感測裝置37固定在該平移裝置36上以跟隨該凹透鏡324的移動 而移動，該位置感測裝置37用于檢測被驅(qū)動的該凹透鏡324的位置。
[0049]該止擋裝置38的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置38設(shè)置在 該激光擴(kuò)束器322與該收容裝置35之間并位于該收容裝置35上方以能阻擋住該收容裝置35 的移動又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置38具有一個中心軸 382，其能繞著該中心軸382自轉(zhuǎn)，該中心軸382到該止擋裝置38的各個側(cè)面的距離均不相 同。本實(shí)施方式中，該止擋裝置38為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在 其他實(shí)施方式中，該止擋裝置38的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四 邊形、五邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。 [0050] 該控制器39與該激光器31、該平移裝置36、該位置感測裝置37及驅(qū)動該止擋裝置 38轉(zhuǎn)動的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對該激光器31、該平移裝置36、該位置感測裝置37 及驅(qū)動該止擋裝置38轉(zhuǎn)動的裝置進(jìn)行精確控制。
[0051 ] 該激光輸出裝置30工作時(shí)，該凸透鏡326固定，該激光器31產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器322擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡324發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡326匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡33后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡34會聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)（〇點(diǎn)）在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描形成精 度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置30通過該位置感測裝置37檢測被驅(qū)動的該 凹透鏡324的位置，并通過調(diào)節(jié)該凹透鏡324的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大小，當(dāng)平移 裝置36驅(qū)動該收容裝置35朝遠(yuǎn)離該凸透鏡326的方向移動從而帶動該凹透鏡324朝遠(yuǎn)離該 凸透鏡326的方向移動時(shí)，激光束發(fā)散直徑變大，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置36驅(qū)動 該收容裝置35朝接近該凸透鏡326的方向移動從而帶動該凹透鏡324朝接近該凸透鏡326的 方向移動時(shí)，激光束發(fā)散直徑變小，掃描焦點(diǎn)的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此 時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則 可以提高掃描效率，從而能夠提高3D成型的效率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置30 既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的效率。
[0052] 在上述平移裝置36驅(qū)動該收容裝置35朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡326的方向移動從而 帶動該凹透鏡324朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡326的方向移動時(shí)，該止擋裝置38起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0053]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置38也可設(shè)置在該凸透鏡326與該收容裝 置35之間并位于該收容裝置35上方以能阻擋住該收容裝置35的移動又不處于激光束的傳 輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置36的移動可以是只沿著一個方 向就可以與收容裝置35抵觸，例如只左移便能與收容裝置35抵觸或只右移便能與收容裝置 35抵觸，也有可能是需要來回移動才能與收容裝置35抵觸，例如先左移后右移才能與收容 裝置35抵觸或先右移再左移才能與收容裝置35抵觸。
[0054] 可以理解，為了加快移動部364的移動，還可以增設(shè)多個滾珠366以使該移動部364 在該多個滾珠366上滑動從而減少摩擦力，加快掃描焦點(diǎn)的調(diào)整進(jìn)度，進(jìn)一步提高3D打印的 效率。
[0055]第四實(shí)施方式
[0056]請參閱圖5,為本實(shí)用新型第四實(shí)施方式提供的激光輸出裝置40。該激光輸出裝置 40包括激光器41、光學(xué)元件42、激光掃描振鏡43、聚焦透鏡44、收容裝置45、平移裝置46、位 置感測裝置47、止擋裝置48、以及控制器49。
[0057] 該激光器41用于產(chǎn)生激光束。該光學(xué)元件42包括激光擴(kuò)束器422、凹透鏡424及凸 透鏡426。該激光擴(kuò)束器422用于擴(kuò)展從該激光器41產(chǎn)生的激光束。該凹透鏡424用于發(fā)散來 自該激光擴(kuò)束器422的激光束。該凸透鏡426用于匯聚來自該凹透鏡424的激光束。該激光掃 描振鏡43用于將來自該凸透鏡426的激光束轉(zhuǎn)折一定角度后輸出至一待打印區(qū)域。該聚焦 透鏡44設(shè)置于該激光掃描振鏡43的前端，用于掃描和聚焦。該激光輸出裝置40工作時(shí)，該激 光器41產(chǎn)生激光束，該激光束依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器422擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡424發(fā)散，及經(jīng)該凸 透鏡426匯聚進(jìn)入該激光掃描振鏡43后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡44會聚至 一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印。
[0058]本實(shí)施方式中，該收容裝置45為一長方形框體，該凸透鏡426收容在該收容裝置45 內(nèi)，在該激光輸出裝置40工作時(shí)，該收容裝置45并不影響激光束的傳輸。該平移裝置46采用 氣缸移動裝置，包括氣缸462以及被該氣缸462驅(qū)動而進(jìn)行來回移動的移動部464。該移動部 464與該收容裝置45的外殼下部固定連接以驅(qū)動該收容裝置45移動從而帶動該凸透鏡426 沿著光路來回移動。該位置感測裝置47固定在該平移裝置46上以跟隨該凸透鏡426的移動 而移動，該位置感測裝置47用于檢測被驅(qū)動的該凸透鏡426的位置。
[0059]該止擋裝置48的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中的止擋裝置18的結(jié)構(gòu)完全相同，為橫截面 是多邊形的棱柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。該止擋裝置48設(shè)置在 該凹透鏡424與該收容裝置45之間并位于該收容裝置45上方以能阻擋住該收容裝置45的移 動又不處于激光束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。該止擋裝置48具有一個中心軸482,其 能繞著該中心軸482自轉(zhuǎn)，該中心軸482到該止擋裝置48的各個側(cè)面的距離均不相同。本實(shí) 施方式中，該止擋裝置48為橫截面是六邊形的棱柱體，其包括第一至第六側(cè)面。在其他實(shí)施 方式中，該止擋裝置48的橫截面還可以是其他的不規(guī)則的多邊形，例如三角形、四邊形、五 邊形、七邊形等等，只要滿足該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同即可。
[0060] 該控制器49與該激光器41、該平移裝置46、該位置感測裝置47及驅(qū)動該止擋裝置 48轉(zhuǎn)動的裝置，例如馬達(dá)，均電性連接，以對該激光器41、該平移裝置46、該位置感測裝置47 及驅(qū)動該止擋裝置48轉(zhuǎn)動的裝置進(jìn)行精確控制。
[0061 ] 該激光輸出裝置40工作時(shí)，該凹透鏡424固定，該激光器41產(chǎn)生激光束，該激光束 依次經(jīng)該激光擴(kuò)束器422擴(kuò)展，經(jīng)該凹透鏡424發(fā)散，及經(jīng)該凸透鏡426匯聚進(jìn)入該激光掃描 振鏡43后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡44會聚至一掃描焦點(diǎn)進(jìn)行掃描打印，由 于掃描燒結(jié)點(diǎn)（〇點(diǎn)）在焦點(diǎn)位置，此時(shí)，激光束的光斑是最小的，每次掃描的線寬也是最細(xì) 的，最小的光斑掃描適合零件內(nèi)外輪廓的掃描，能保證零件輪廓的精度。當(dāng)需要掃描形成精 度要求不那么高的零件輪廓時(shí)，該激光輸出裝置40通過該位置感測裝置47檢測被驅(qū)動的該 凸透鏡426的位置，并通過調(diào)節(jié)該凸透鏡426的位置來調(diào)節(jié)激光束的光斑直徑大小，當(dāng)平移 裝置46驅(qū)動該收容裝置45朝遠(yuǎn)離該凹透鏡424的方向移動從而帶動該凸透鏡426朝遠(yuǎn)離該 凹透鏡424的方向移動時(shí)，掃描焦點(diǎn)的位置下移；當(dāng)平移裝置46驅(qū)動該收容裝置45朝接近該 凹透鏡424的方向移動從而帶動該凸透鏡426朝接近該凹透鏡424的方向移動時(shí)，掃描焦點(diǎn) 的位置上移;無論掃描焦點(diǎn)上移還是下移，此時(shí)掃描燒結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的激光束的光斑較掃描燒 結(jié)點(diǎn)在焦點(diǎn)位置時(shí)的激光光斑增大，此時(shí)，則可以提高掃描效率，從而能夠提高3D成型的效 率。由此，本實(shí)施方式提供的激光輸出裝置40既能夠保證零件輪廓精度又能提高3D成型的 效率。
[0062] 在上述平移裝置46驅(qū)動該收容裝置45朝遠(yuǎn)離或接近該凸透鏡426的方向移動從而 帶動該凸透鏡426朝遠(yuǎn)離或接近該凹透鏡424的方向移動時(shí)，該止擋裝置48起到的止擋作用 與第一實(shí)施方式中止擋裝置18起到的止擋作用完全一致，在此不再贅述。
[0063]可以理解，在其他實(shí)施方式中，該止擋裝置48也可設(shè)置在該激光掃描振鏡43與該 收容裝置45之間并位于該收容裝置45上方以能阻擋住該收容裝置45的移動又不處于激光 束的傳輸路線中影響激光束的傳輸。在具體阻擋過程中，平移裝置46的移動可以是只沿著 一個方向就可以與收容裝置45抵觸，例如只左移便能與收容裝置45抵觸或只右移便能與收 容裝置45抵觸，也有可能是需要來回移動才能與收容裝置45抵觸，例如先左移后右移才能 與收容裝置45抵觸或先右移再左移才能與收容裝置45抵觸。
[0064] 可以理解，為了加快移動部464的移動，還可以增設(shè)多個滾珠466以使該移動部464 在該多個滾珠466上滑動從而減少摩擦力，加快掃描焦點(diǎn)的調(diào)整進(jìn)度，進(jìn)一步提高3D打印的 效率。
[0065] 第五實(shí)施方式
[0066]請參閱圖6,為本實(shí)用新型第五實(shí)施方式提供的激光輸出裝置50,本實(shí)施方式中的 激光輸出裝置50與第三實(shí)施方式中的激光輸出裝置30基本相同，不同之處僅在于：省略收 容裝置35及滾珠366,移動部564直接與凹透鏡524固定連接從而帶動凹透鏡524左右移動， 止擋裝置58設(shè)置在該移動部564與該激光掃描振鏡53之間且不與凸透鏡526干涉，此時(shí)位置 感測裝置57設(shè)置在移動部564的不與止擋裝置58接觸的部位，例如設(shè)置在移動部564的上 方。本實(shí)施方式中，該止擋裝置58是設(shè)置在該移動部564的移動線路上且不處于光線傳輸?shù)?路徑上以使該移動部564停留在不同的位置，從而得到不同的掃描焦點(diǎn)的。
[0067]本實(shí)施方式中的激光輸出裝置50具備的有益效果與第三實(shí)施方式中激光輸出裝 置30具備的有益效果基本相同，在此不再贅述。
[0068]第六實(shí)施方式
[0069]請參閱圖7,為本實(shí)用新型第六實(shí)施方式提供的激光輸出裝置60,本實(shí)施方式中 的激光輸出裝置60與第四實(shí)施方式中的激光輸出裝置40基本相同，不同之處僅在于：省略 收容裝置45及滾珠466,移動部664直接與凸透鏡626固定連接從而帶動凸透鏡626左右移 動，止擋裝置68設(shè)置在該移動部664與該激光掃描振鏡63之間且不處于光線傳輸?shù)穆窂缴希?此時(shí)位置感測裝置67設(shè)置在移動部664的不與止擋裝置68接觸的部位，例如設(shè)置在移動部 664的上方。本實(shí)施方式中，該止擋裝置68是設(shè)置在該移動部664的移動線路上以使該移動 部664停留在不同的位置，從而得到不同的掃描焦點(diǎn)的。
[0070] 本實(shí)施方式中的激光輸出裝置50具備的有益效果與第四實(shí)施方式中激光輸出裝 置30具備的有益效果基本相同，在此不再贅述。
[0071] 第七實(shí)施方式
[0072]本實(shí)用新型第七實(shí)施方式提供一種3D打印機(jī)，該3D打印機(jī)包括工作臺70(圖1示） 及第一實(shí)施方式中的激光輸出裝置10。該激光輸出裝置10設(shè)置在該工作70臺的上方，該工 作臺70用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)01落在該待成型粉末上。
[0073]可以理解，在其他實(shí)施方式中的3D打印機(jī)可以采用第二至第六實(shí)施方式中的激光 輸出裝置20、30、40、50及60中的任意一種。
[0074]本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施方式僅是用來說明本實(shí)用新 型，而并非用作為對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍之內(nèi)，對以上實(shí) 施例所作的適當(dāng)改變和變化都落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光輸出裝置，包括控制器、依次順序設(shè)置的激光器、激光擴(kuò)束器、凹透鏡、凸透 鏡、激光掃描振鏡、以及聚焦透鏡，該激光器用于產(chǎn)生激光束，該激光束經(jīng)該激光擴(kuò)束器、該 凹透鏡、該凸透鏡進(jìn)入該激光掃描振鏡后被輸出至一待打印區(qū)域，再經(jīng)該聚焦透鏡會聚至 一掃描焦點(diǎn)，其特征在于:該激光輸出裝置還包括與該控制器均電性連接的平移裝置、位置 感測裝置以及止動裝置，該平移裝置用于至少驅(qū)動該凹透鏡或該凸透鏡其中之一移動，該 位置感測裝置用于檢測被驅(qū)動的該凹透鏡或該凸透鏡的位置，該止動裝置設(shè)置在該凹透鏡 或該凸透鏡的移動路線上并能使該凹透鏡或該凸透鏡停止在不同的位置，從而改變該掃描 焦點(diǎn)的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的激光輸出裝置，其特征在于，該止動裝置為橫截面是多邊形的棱 柱體，該多邊形的中心到該多邊形的各邊距離均不同。3. 如權(quán)利要求2所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置用于驅(qū)動該凹透鏡移 動，該凸透鏡固定。4. 如權(quán)利要求2所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置用于驅(qū)動該凸透鏡移 動，該凹透鏡固定。5. 如權(quán)利要求3或4所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置采用電機(jī)螺旋移動 裝置。6. 如權(quán)利要求5所述的激光輸出裝置，其特征在于，該激光輸出裝置還包括收容裝置， 該收容裝置用于收容該凹透鏡或該凸透鏡，該平移裝置與該收容裝置固定連接以驅(qū)動該收 容裝置移動而帶動該凹透鏡或該凸透鏡移動，該止動裝置設(shè)置在該收容裝置的移動線路上 以使該收容裝置停留在不同的位置。7. 如權(quán)利要求3或4所述的激光輸出裝置，其特征在于，該平移裝置采用氣缸移動裝置， 包括氣缸以及被該氣缸驅(qū)動的移動部，該氣缸與該移動部連接。8. 如權(quán)利要求7所述的激光輸出裝置，其特征在于，該激光輸出裝置還包括收容裝置， 該收容裝置用于收容該凹透鏡或該凸透鏡，該移動部與該收容裝置固定連接以驅(qū)動該收 容裝置移動而帶動該凹透鏡或該凸透鏡移動，該止動裝置設(shè)置在該收容裝置的移動線路上 以使該收容裝置停留在不同的位置。9. 如權(quán)利要求7所述的激光輸出裝置，其特征在于，該移動部與該凹透鏡或該凸透鏡固 定連接以帶動該凹透鏡或該凸透鏡移動，該止動裝置設(shè)置在該移動部的移動線路上以使該 移動部停留在不同的位置。10. -種3D打印機(jī)，包括工作臺及權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的激光輸出裝置，該激光 輸出裝置設(shè)置在該工作臺的上方，該工作臺用于放置待成型粉末，該掃描焦點(diǎn)落在該待成 型粉末上。
【文檔編號】B29C67/04GK205705350SQ201620359836
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】劉建業(yè), 胡高峰, 梁崇智, 徐卡里, 牛留輝, 李棲鳳, 朱昊威
【申請人】廣東漢邦激光科技有限公司, 劉建業(yè)