[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

权利要求书

1.一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；其特征在于，

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；

所述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；所述高度调节机构通过支座安装在所述底座的左侧面上；所述第一反射镜安装在所述高度调节机构上；所述第二反射镜安装在所述支座的上端并位于第一反射镜的正上方；所述第三反射镜安装在所述垂直梁的上部左侧面上并与第二反射镜位于同一水平面上；所述第四反射镜安装在所述悬臂梁的后部左侧面上并位于第三反射镜的正下方；所述聚焦镜片设在所述3D打印加工头的内腔中；所述伸缩导光管连接在第一反射镜与第二反射镜之间。

2.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述侧向送粉装置包括X方向调整架、Z方向调整架、XZ平面内旋转调节机构和送粉铜管；所述X方向调整架安装在所述3D打印加工头上；所述Z方向调整架安装在X方向调整架上；所述XZ平面内旋转调节机构安装在Z方向调整架上；所述送粉铜管安装在XZ平面内旋转调节机构上。

3.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述移动式光路系统还包括连接在第二反射镜和第三反射镜之间以及连接在第三反射镜与第四反射镜之间的具有伸缩性的波纹防护罩，该波纹防护罩由耐火材料构成并且内部充满清洁、无油的压缩空气。

4.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述高度调节机构包括丝杠、导轨和滑块，所述丝杠由手轮驱动，该手轮带有锁紧机构。

5.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，位于所述X轴移动装置上的垂直梁的往复移动行程为1000mm；位于所述Y轴移动装置上的3D打印加工头的往复移动行程为600mm；位于所述Z轴移动装置上的悬臂梁的往复移动行程为800mm。

6.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述X轴移动装置、Y轴移动装置和Z轴移动装置均由伺服电机、联轴器、滚珠丝杠、导轨和滑块组成。

7.根据权利要求1所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述气氛箱体包括维修窗口、维修舱、手套孔、可视窗口和连接在所述气氛箱体的右侧面下部的工件交换舱。

8.根据权利要求1至7任意所述的大型二氧化碳激光3D打印设备，其特征在于，所述打印设备还包括通过气体循环通道连接在所述气氛箱体右侧的气氛净化系统。

9.一种大型二氧化碳激光3D打印设备的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

三维建模步骤：先利用CATIA软件对工件建立三维模型，并针对三维模型的悬空部分绘制支撑结构，再将三维模型导入到切片软件中生成正确的加工位置并对三维模型存在的缺陷进行修复；

切片处理步骤：先将将三维模型导入到切片软件Magics中，用以生成正确的加工位置并对三维模型存在的缺陷进行修复，再对三维模型进行剖分处理，并依次规划扫描路径、设置扫描参数和生成3D打印加工代码；

送粉及光斑调节步骤：将基板固定于铣床工作台上，通过Z轴移动装置调整悬臂梁的高度，即调整位于3D打印加工头内的聚焦镜的高度，以获得合适的光斑大小尺寸，再调整侧向送粉装置的高度和角度，使粉末流的焦点位于基板的表面并与光斑的中心重合；

开启气体循环步骤：开启气氛箱体的净化装置及气体循环通道，为加工区域提供全封闭式的惰性气体保护氛围，同时，开启送粉器和激光器；

打印边框轮廓步骤：选择合适的轮廓填充补偿，以抵消加工过程中的热变形对工件尺寸的影响，再通过X轴移动装置和Y轴移动装置按照设定轨迹打印图形外轮廓；

打印内填充步骤：选择合适的填充图形和扫描路径，通过X轴移动装置和Y轴移动装置打印图形的内填充部分；

Z轴层降步骤：先通过Z轴向移动装置向上移动悬臂梁的高度，使3D打印加工头移动距离为切片层的厚度，再通过X轴移动装置和Y轴移动装置进行下一层陶瓷材料的打印；

后处理步骤：打印完成后，手动取出支撑部分并进行后续的表面处理，得到最终的陶瓷材料立体成形件。