[发明专利]一体化3D打印头装置、平台及熔丝送粉混合增材制造方法

权利要求书

1.一种激光同轴熔丝送粉一体化3D打印头装置，其特征在于，包括控制系统，所述控制系统分别与激光发射单元、送粉单元、送丝单元和气体保护单元连接，其中，激光发射单元的发射端入射在基板上形成熔池；所述送粉单元用于将金属粉末入射沉积在基板上的聚焦光斑熔池中间位置处；所述送丝单元用于将金属丝材送入至基板上的聚焦光斑熔池中心处；所述气体保护单元用于对打印熔池区域建立局部的气氛保护；

所述激光发射单元包括激光器（2-5）和至少三个激光器输出头，其中，所述激光器（2-5）的发射端分别与该至少三个激光器输出头连接；该至少三个激光器输出头的输出端入射至聚焦耦合输出头的接收端；所述聚焦耦合输出头的输出端入射至基板上；

该至少三个激光器输出头以送丝单元的输出端为中心呈环形结构布置；

所述送粉单元包括送粉器（2-3）、送粉管道（2-8）、送粉管（2-10）和送粉喷嘴（3），其中，所述送粉器（2-3）的出料口通过送粉管道（2-8）连接送粉管（2-10）的入料口，所述送粉管（2-10）的出料口连接送粉喷嘴（3）；

所述送丝单元包括金属丝盘（2-2）、送丝软管（2-6）、送丝组件（2-7）、中心导管（17）和送丝导嘴（4），其中，所述金属丝盘（2-2）上的金属丝一端依次经过送丝软管（2-6）、送丝组件（2-7）和中心导管（17）伸入至送丝导嘴（4）内；

所述送粉管（2-10）和送丝软管（2-6）均安装在一体化打印头（2）安装壳体的上端，且送粉管套装在送丝软管上；所述送丝导嘴（4）、中心导管（17）置于送粉喷嘴（3）的内腔中；所述送粉管、送丝软管、送粉喷嘴、中心导管和送丝导嘴均是同轴布置；

该至少三个激光器输出头的椭圆形光斑在基板的水平面上的投影为共聚焦的接近圆形的光斑；

所述气体保护单元包括气体保护导嘴（2-15），其中，所述气体保护导嘴（2-15）安装在一体化打印头（2）安装壳体的下端，且所述送粉喷嘴（3）和送丝导嘴（4）置于气体保护导嘴（2-15）的内腔中。

2.根据权利要求1所述的一种激光同轴熔丝送粉一体化3D打印头装置，其特征在于，所述送粉单元还包括用于对送粉喷嘴（3）位置进行微调的第一精密调节单元；所述第一精密调节单元包括第一送粉喷嘴微调机构（2-16）和第二送粉喷嘴微调机构（2-17），其中，第一送粉喷嘴微调机构（2-16）和第二送粉喷嘴微调机构（2-17）均固定安装于一体化打印头（2）上，且第一送粉喷嘴微调机构（2-16）和第二送粉喷嘴微调机构（2-17）的前端均与送粉喷嘴（3）相互接触，同时，第一送粉喷嘴微调机构（2-16）和第二送粉喷嘴微调机构（2-17）的夹角为90°。

3.根据权利要求1所述的一种激光同轴熔丝送粉一体化3D打印头装置，其特征在于，所述送丝单元还包括用于对中心导管（17）位置进行微调的第二精密调节单元；所述第二精密调节单元包括第一送丝导嘴微调机构（2-11）和第二送丝导嘴微调机构（2-12），其中，第一送丝导嘴微调机构（2-11）和第二送丝导嘴微调机构（2-12）固定安装于一体化打印头（2）上，且第一送丝导嘴微调机构（2-11）和第二送丝导嘴微调机构（2-12）的前端均与中心导管（3）相互接触，同时第一送丝导嘴微调机构（2-11）和第二送丝导嘴微调机构（2-12）的夹角为90°。

4.一种移动系统平台，其特征在于，所述该移动系统平台上安装有权利要求1-3中任一项所述的一种激光同轴熔丝送粉一体化3D打印头装置。

5.一种激光同轴熔丝送粉混合增材制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，利用权利要求1-3中任一项所述的一种激光同轴熔丝送粉一体化3D打印头装置进行熔池光斑共聚焦调整；

步骤2，根据待加工的产品类型规划3D打印工艺流程。

6.根据权利要求5所述的一种激光同轴熔丝送粉混合增材制造方法，其特征在于，步骤2中，根据待加工的产品类型规划3D打印工艺流程的具体方法是：

通过送粉单元进行3D打印的工艺流程：

送粉单元和气体保护单元处于工作状态，送丝单元处于关闭状态，利用送粉单元进行熔融固化成型打印；

通过送丝单元进行3D打印的工艺流程：

送丝单元和气体保护单元处于工作状态，送粉单元处于关闭状态，利用送丝单元进行熔融固化成型打印；

通过送丝单元和送粉单元进行3D打印的工艺流程：

送粉单元和气体保护单元处于工作状态，送丝单元处于关闭状态，利用送粉单元进行熔融固化成型打印，

送粉单元关闭，送丝单元打开，利用送丝单元进行熔融固化成型打印，得到最终的产品；

通过送丝单元和送粉单元同时进行3D打印的工艺流程：

送粉单元、送丝单元和气体保护单元处于工作状态，按照工艺要求的材料配置关系，利用送粉单元和送丝单元将金属粉末和金属丝同时送入至熔池光斑处进行熔融固化成型打印。