[发明专利]一种以低熔点玻璃粉末为原材料的3D激光打印装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D激光打印装置，尤其涉及一种以低熔点玻璃粉末为原材料的3D激光打印头。

背景技术

3D打印机是一种近年来流行的技术,它广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。使用3D打印机可以将电脑辅助设计技术（CAD）制作的物体三维模型直接以立体的形式打印出来。通常的3D 打印机使用塑料为原材料，以堆积薄层的形式生成固态实体。即软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会像2维打印一样在塑料粉末层上喷出黏合剂，并将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。其他的塑料粉末固化方法有熔积成型法，即在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。或者是通过激光烧结的方法将塑料粉末熔铸成指定形状。

以塑料为打印材料具有一定的局限性，比如在一些工作温度比较高的应用就无法使用塑料。使用玻璃或金属材料可以用激光烧结的方法熔铸成指定形状，但这种3D激光打印机通常价格极其昂贵，并且体积庞大。主要因为玻璃或金属的熔化温度较高，通常超过1000度，需要大功率的二氧化碳激光器或固体激光器固定在打印头的位置，这类激光器体积较大，安装和调试不便。这里需要说明的是低熔点的金属粉末在空气中易燃，因而不具有3D打印的实用性。

为了解决塑料3D打印材料使用温度低，以及普通金属和玻璃3D打印机体积大和成本高的问题，本发明提出了一种使用低熔点的磷酸盐玻璃（Phosphate glass）为原材料的3D激光打印装置。所选取的磷酸盐玻璃的转变温度Tg 小于450度，其激光烧结的温度在800度以内，因而用几组商用的光纤激光器共同照射在烧结点就可以产生足够的功率密度以实现玻璃的熔铸成型。本发明所采用的光纤激光器是以掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，它是在光纤放大器的基础上开发出来的。在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。光纤激光器与传统的固体和气体激光器相比具有以下优势，如：能量转换效率高，结构紧凑，可靠性高。

附图说明

图1是3D激光打印头的等轴测立体视图；

图2是3D激光打印头的剖面图。

其中附图标记

1为准直光学系统；

2为玻璃粉末喷射装置；

3为内层空腔；

4为低熔点玻璃粉末；

5为玻璃粉末喷口；

6为固定支架；

7为烧结点；

8为增益光纤管路。

附图说明

图1是3D激光打印头的等轴测立体视图；

图2是3D激光打印头的剖面图。

其中附图标记

1为准直光学系统；

2为玻璃粉末喷射装置；

3为内层空腔；

4为低熔点玻璃粉末；

5为玻璃粉末喷口；

6为固定支架；

7为烧结点；

8为增益光纤管路。

具体实施方式

下面对发明作更详细描述，相同标记表示相同的部件。为了更好的理解，附图中所示的部件是按比例绘制的示意性表示，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此在这里不作详细描述。