專利名稱：激光切割式快速成形機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種快速成形機，尤其涉及一種激光切割式快速成形機。
背景技術(shù)：
激光切割式快速成形機的常用名為Laminated Object Manufacturing，簡稱LOM，是一種最常見的快速成形機，如圖1A與圖1B所示，此類成形機的主要結(jié)構(gòu)包括計算機10、原材料存儲及送進機構(gòu)11、熱粘壓機構(gòu)12、激光切割系統(tǒng)13、可升降工作臺14和數(shù)控系統(tǒng)(圖中未畫出)組成。其中，計算機10用于接受和存儲工件的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原材料存儲及送進機構(gòu)11將存于其中的原材料(如底面有熱熔膠和添加劑的紙)，逐步送至工作臺14的上方。熱粘壓機構(gòu)12將一層層材料粘合在一起。激光切割系統(tǒng)13按照計算機10提取的橫截面輪廓線，逐一在工作臺14上方的紙材上切割出輪廓線，并將無輪廓區(qū)切割成小方格，以便在成形之后能剔除廢料。可升降工作臺14支承正在成形的工件，并在每層成形之后，降低一個材料厚度(通常為0.1～0.2mm)，以便送進、粘合和切割新的一層紙材。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計算機發(fā)出的指令，使一段段的紙材逐步送至工作臺的上方，然后再粘合、切割。最后，剔除廢料小方格，得到成形的三維工件。
采用上述結(jié)構(gòu)的激光切割式快速成形機普遍存在以下問題在切割成形時，由于紙材和熱熔膠燃燒，會產(chǎn)生大量的煙塵，污染環(huán)境，特別是，燃燒后的膠體會牢固地粘結(jié)在機器的零部件上，從而加速零部件的損壞，難于清除。即使機器的右部裝設(shè)吹風(fēng)機150與刀形吹風(fēng)口151，左部裝設(shè)抽煙管152、抽煙口153與抽風(fēng)機，但是，由于抽煙口153距離激光切割系統(tǒng)13太遠，因此，在機器內(nèi)仍然會煙塵彌漫。有的快速成形機也試圖在切割頭上設(shè)置跟隨式抽煙裝置，但由于燃燒后的膠體易于堵塞排煙管道，跟隨式抽煙裝置不能長時間連續(xù)運行，污染仍然嚴(yán)重。
同時，目前使用的激光切割式快速成形機還存在以下各種不足采用水冷式CO2激光器，需要外設(shè)冷卻器，既浪費能源，又不利于維護。組成快速成形機的零部件之間多數(shù)為相互串聯(lián)式定位，無統(tǒng)一、可靠的定位基準(zhǔn)，機體的剛性不足，因此難于長期保持高精度。
于是，就需要一種具有較好的排煙性能的快速成形機，以改變目前污染嚴(yán)重的情況，同時，最好該快速成形機的激光切割系統(tǒng)能不使用昂貴的水冷裝置，且機體各個部件能準(zhǔn)確定位。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種具有較好排煙性能的快速成形機，能及時將切割過程中產(chǎn)生的煙塵排出。
本實用新型的另一目的是使用了空冷激光器。
本實用新型的再一目的是改進快速成形機的結(jié)構(gòu)，使所有的部件都直接安裝在機架上，以提高部件定位的準(zhǔn)確性。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種激光切割式快速成形機，包括機架、原材料存儲及送進機構(gòu)、熱粘壓機構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、驅(qū)動激光切割系統(tǒng)的X-Y工作臺、支撐正在成形的工件的可升降工作臺、存儲三維模型的計算機及控制系統(tǒng)和排煙除塵系統(tǒng)，其特征在于，所述排煙除塵系統(tǒng)的吸煙嘴為一弧形管，其開口處位于所述激光切割系統(tǒng)的激光頭下方，所述吸煙嘴的另一端與吸煙頭相連，吸煙頭與一氣缸相連，所述吸煙嘴、吸煙頭和氣缸安裝在一導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌固定在所述激光切割系統(tǒng)的激光頭上；所述吸煙頭通過一吸煙管與一噴射式吸塵器相連，所述噴射式吸塵器上有一進氣閥，所述噴射式吸塵器的另一端與一三通接頭相連；所述三通接頭的另兩端分別連接到第一球閥和第二球閥，所述第一球閥連接到排煙系統(tǒng)，所述排煙系統(tǒng)包括過濾除塵器和通風(fēng)出口；所述第二球閥連接清潔系統(tǒng)，所述清潔系統(tǒng)包括一排水管。
所述激光切割系統(tǒng)采用空冷結(jié)構(gòu)。
所述機架包括一支撐平臺，所述熱粘壓機構(gòu)的導(dǎo)軌通過一墊塊固定于所述支撐平臺的上平面；所述X-Y工作臺通過第一支架固定于所述支撐平臺的上平面；所述激光切割系統(tǒng)通過第二支架固定于所述支撐平臺的上平面；所述可升降工作臺通過第三支架固定于所述支撐平臺的下平面。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的激光切割式快速成形機具有新的排煙除塵系統(tǒng)，能有效地將煙塵除去，減少污染。本實用新型的激光切割式快速成形機還采用空冷器激光器代替水冷激光器，降低了成本。同時，該快速切割機將所有的部件直接安裝在機架上，不會出現(xiàn)累積定位誤差，使快速成形機的各個部件能夠準(zhǔn)確定位，且整個機器的剛性較高。


圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的激光切割式快速成形機的立體圖；圖1B是圖1A所示的激光切割式快速成形機的俯視圖；圖2A是本實用新型的激光切割式快速成形機的一個實施例的正視圖；圖2B是本實用新型的激光切割式快速成形機的一個實施例的側(cè)視圖；圖3是本實用新型采用的排煙除塵系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖4A是本實用新型采用的激光切割系統(tǒng)的一個實施例的正視圖；圖4B是本實用新型采用的激光切割系統(tǒng)的一個實施例的側(cè)視圖；圖4C是圖4B中A-A部分的放大圖；圖5是本實用新型的激光切割式快速成形機的一個實施例的部件定位結(jié)構(gòu)圖；圖6A是本實用新型采用的原材料存儲及送進機構(gòu)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖6B是本實用新型采用的氣漲軸的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例來進一步說明本使用新型的技術(shù)方案。
圖2A和圖2B是本實用新型的激光切割式快速成形機的一個實施例的正視圖和側(cè)視圖。如圖所示，該快速成形機由機架21、X-Y工作臺22、可升降工作臺23、熱粘壓機構(gòu)24、原材料存儲及送進機構(gòu)25、激光切割系統(tǒng)26、計算機及控制系統(tǒng)27和排煙除塵系統(tǒng)28組成。其中，計算機及控制系統(tǒng)27用于接受和存儲工件的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原材料存儲及送進機構(gòu)25將存于其中的原材料，按照計算機及控制系統(tǒng)27的指令逐步送至可升降工作臺23上方。熱粘壓機構(gòu)24將一層層材料粘合在一起。激光切割系統(tǒng)26的激光頭由X-Y工作臺22驅(qū)動，按照計算機及控制系統(tǒng)27提取的橫截面輪廓線，逐一在可升降工作臺23上方的材料上切割出輪廓線。可升降工作臺23支承正在成形的工件，并在每層成形后，降低一個材料的厚度，以便送進、粘合和切割新的一層材料。排煙除塵系統(tǒng)28將切割原材料時所產(chǎn)生的煙塵經(jīng)過濾和除塵后排至室外。X-Y工作臺22和可升降工作臺23分別由伺服電動機通過精密滾珠絲桿驅(qū)動，并由精密直線滾動導(dǎo)軌導(dǎo)向，其重復(fù)定位精度為10μm，從而可以較好地保證成形件的尺寸精度。
本實用新型的激光切割式快速成形機對排煙除塵系統(tǒng)28做了改進，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，排煙除塵系統(tǒng)的吸煙嘴31為一弧形管，其開口317處位于激光切割系統(tǒng)的激光頭35下方，吸煙嘴31的另一端與吸煙頭33相連，吸煙頭33與一氣缸34相連，吸煙嘴31、吸煙頭33和氣缸34安裝在一導(dǎo)軌32上，導(dǎo)軌32固定在激光切割系統(tǒng)的激光頭35上；吸煙頭33通過一吸煙管36與一噴射式吸塵器38相連，噴射式吸塵器38上有一進氣閥37，噴射式吸塵器38的另一端與一三通接頭39相連；三通接頭39的另兩端分別連接到第一球閥311和第二球閥313，第二球閥313連接到排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)包括過濾除塵器314和通風(fēng)出口318；第一球閥311連接清潔系統(tǒng)，清潔系統(tǒng)包括一排水管319。
通過第一球閥311上的手柄310和第二球閥313上的手柄312可以控制球閥的開關(guān)。當(dāng)?shù)诙蜷y313打開、第一球閥311關(guān)閉時(如圖3所示的狀態(tài))，壓縮空氣從進氣閥37的進口316進入噴射式吸塵器38后，在吸煙管36內(nèi)形成大壓力、大流量的負(fù)壓氣流，跟隨切割頭35一起運動的吸煙嘴31和吸煙頭33有效地吸入切割產(chǎn)生的煙塵，然后，煙塵順利地通過吸煙管36和第二球閥313排至過濾除塵器314。煙塵在此過濾除塵器中予以過濾，然后由其上部出口318與通風(fēng)管道排至室外。過濾除塵器314中設(shè)置了高壓靜電集塵裝置、活性炭纖維吸附裝置與負(fù)離子釋放裝置，雖然圖中均未示出，但這些都是常用的裝置，所以熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易就能按照說明書的描述來實現(xiàn)。采用了上述裝置的過濾除塵器，除塵效果好，無環(huán)境污染。吸煙嘴31跟隨切割頭32運動，使切割時在317周圍產(chǎn)生的煙塵在擴散前就被吸入管36中，從而保證煙塵能全部得到及時控制?？焖俪尚螜C經(jīng)過較長時間連續(xù)工作后，吸煙嘴31、吸煙頭33和吸煙管36內(nèi)壁還會有少量的灰塵聚積，會影響除塵的效果，此時可用水清洗管道。清洗時，搬動手柄310與312，使第一球閥311開啟、第二球閥313關(guān)閉，吸煙嘴31的進口37置于盛有約500ml水的容器下部。通過一控制氣閥(圖中未示出)使壓縮空氣通入進氣閥37，容器中的水被吸入管36中，并清洗管中集聚的灰塵，然后從第一球閥311和排水管315的出口319排出。
本實用新型的激光切割系統(tǒng)中采用空冷激光器，而不是通常使用的水冷激光器。圖4A和圖4B是本實用新型采用的激光切割系統(tǒng)的一個實施例的正視圖和側(cè)視圖。如圖所示，激光切割系統(tǒng)由CO2激光器41、第一反射鏡裝置42、擴束鏡裝置43，為一雙凹透鏡47和一雙凸透鏡48、電源與控制器49、支架410、、第二反射鏡裝置、第三反射鏡裝置和一聚焦裝置組成。激光器41采用空冷結(jié)構(gòu)，排風(fēng)扇44與45將激光器殼體內(nèi)的熱氣由排風(fēng)口411和412排出，而冷空氣則從右邊的進風(fēng)口413吸入，流經(jīng)激光管外的散熱片，使激光器得到冷卻，因而不必外設(shè)水冷卻器，不僅能降低機器成本，還能提高可靠性、簡化維修。激光器41工作時，參考圖4C，圖4C是圖4B中A-A部分的放大圖，射出的光束經(jīng)第一反射鏡裝置42中的反射鏡46反射后，射入擴束鏡裝置43中的雙凹透鏡47，光束直徑被放大2倍，然后射入雙凸透鏡48。從擴束鏡裝置43射出的光束直徑是放大2倍后的平行光束。此光束經(jīng)第二反射鏡裝置和切割頭中的第三反射鏡裝置(圖中均未示出)反射后，射入切割頭中的聚焦鏡(圖中未示出)，聚集為細小的切割光斑，從而達到縮小光斑直徑、提高功率密度與提高切割速度的效果。上述第二反射鏡裝置、第三反射鏡裝置和聚焦鏡均是本技術(shù)領(lǐng)域中的公知技術(shù)，所以熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易的按照本說明書來實現(xiàn)。
本實用新型還改進快速成形機的結(jié)構(gòu)，使所有的部件都直接安裝在機架上，以提高部件定位的準(zhǔn)確性。圖5是本實用新型的激光切割式快速成形機的一個實施例的部件定位結(jié)構(gòu)圖。其中，機架51的支撐平臺511由槽鋼與鋼板焊接而成，有優(yōu)良的剛性，并且，其上平面511A與下平面511B及511C經(jīng)過機械加工后有相當(dāng)高的精度。成形機的其他主要零部件都直接、統(tǒng)一以此支撐平臺511為基準(zhǔn)進行定位與安裝，因此，無累積定位誤差，能長期保持很高的定位精度。例如，熱粘壓機構(gòu)54的導(dǎo)軌59通過墊塊510固定于支撐平臺511的上平面511A；X-Y工作臺52通過第一支架57固定于支撐平臺511的上平面511A；激光器56通過第二支架58固定于支撐平臺511的上平面511A；可升降工作臺53通過第三支架55固定于支撐平臺511的下平面511B。
圖6A是本實用新型采用的原材料存儲及送進機構(gòu)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖6B是本實用新型采用的氣漲軸的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。該機構(gòu)由原材料存儲輥617、余料輥618、電動機及減速器63、編碼器616、摩擦制動器64和材料撕斷報警器65組成。原材料存儲輥617的芯筒69用氣漲軸漲緊(見圖6B最右側(cè)的圖)，當(dāng)壓縮空氣從旋轉(zhuǎn)接頭66進入軸中氣囊67的內(nèi)部時，氣壓力推動滑塊68向外伸出，頂緊芯筒69，于是，芯筒69及其上的卷材與輥軸61相對固定。輥軸61的外表面設(shè)有刻度尺610，用于原材料相對輥軸61對中。余料輥618上也設(shè)置了氣漲軸結(jié)構(gòu)(見圖6B最左側(cè)的圖)，在輥軸62的外表面也設(shè)有刻度尺611，并在滑塊612上固定了由4片塑料瓦塊組成的圓筒615。機器工作時，壓縮空氣通過旋轉(zhuǎn)接頭613進入軸中氣囊614的內(nèi)部，氣壓力推動滑塊612和圓筒615的瓦塊向外伸出，其上的余料卷處于張緊狀態(tài)。當(dāng)余料卷太大，需要取下時，由氣閥控制氣囊614排氣，滑塊612在彈簧(圖中未示出)的作用下向內(nèi)退回，于是可以方便地取下余料卷。輥軸62外表面的刻度尺611用于余料卷的對中。材料撕斷報警器65由65A、65B前后兩套獨立報警裝置組成(見圖6A)，當(dāng)某種原因偶然造成余料任何一邊或兩邊同時撕斷時，該報警器會發(fā)出音響信號，并停止送料電動機63的轉(zhuǎn)動及后續(xù)工作循環(huán)。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的激光切割式快速成形機具有新的排煙除塵系統(tǒng)，能有效地將煙塵除去，減少污染。本實用新型的激光切割式快速成形機還采用空冷器激光器代替水冷激光器，降低了成本。同時，該快速切割機將所有的部件直接安裝在機架上，不會出現(xiàn)累積定位誤差，使快速成形機的各個部件能夠準(zhǔn)確定位，且整個機器的剛性較高。
上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種激光切割式快速成形機，包括機架、原材料存儲及送進機構(gòu)、熱粘壓機構(gòu)、激光切割系統(tǒng)、驅(qū)動激光切割系統(tǒng)的X-Y工作臺、支撐正在成形的工件的可升降工作臺、存儲三維模型的計算機及控制系統(tǒng)和排煙除塵系統(tǒng)，其特征在于，所述排煙除塵系統(tǒng)的吸煙嘴為一弧形管，其開口處位于所述激光切割系統(tǒng)的激光頭下方，所述吸煙嘴的另一端與吸煙頭相連，吸煙頭與一氣缸相連，所述吸煙嘴、吸煙頭和氣缸安裝在一導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌固定在所述激光切割系統(tǒng)的激光頭上；所述吸煙頭通過一吸煙管與一噴射式吸塵器相連，所述噴射式吸塵器上有一進氣閥，所述噴射式吸塵器的另一端與一三通接頭相連；所述三通接頭的另兩端分別連接到第一球閥和第二球閥，所述第一球閥連接到排煙系統(tǒng)，所述排煙系統(tǒng)包括過濾除塵器和通風(fēng)出口；所述第二球閥連接清潔系統(tǒng)，所述清潔系統(tǒng)包括一排水管。
2.如權(quán)利要求1所述的激光切割式快速成形機，其特征在于，所述激光切割系統(tǒng)采用空冷結(jié)構(gòu)，由一排風(fēng)扇將熱氣排出。
3.如權(quán)利要求1所述的激光切割式快速成形機，其特征在于，所述激光切割系統(tǒng)包括一第一反射鏡裝置，為一反射鏡；一擴束鏡裝置，為一雙凹透鏡和一雙凸透鏡；一第二反射鏡裝置；一第三反射鏡裝置和一聚焦裝置，為一聚焦鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的激光切割式快速成形機，其特征在于，所述機架由槽鋼與鋼板焊接而成，所有其他部件都直接安裝在此支架上。
5.如權(quán)利要求4所述的激光切割式快速成形機，其特征在于，所述機架包括一支撐平臺，所述熱粘壓機構(gòu)的導(dǎo)軌通過一墊塊固定于所述支撐平臺的上平面；所述X-Y工作臺通過第一支架固定于所述支撐平臺的上平面；所述激光切割系統(tǒng)通過第二支架固定于所述支撐平臺的上平面；所述可升降工作臺通過第三支架固定于所述支撐平臺的下平面。
專利摘要本實用新型公開了一種激光切割式快速成形機，其特征是，排煙除塵系統(tǒng)的吸煙嘴為一弧形管，其開口處位于激光切割系統(tǒng)的激光頭下方，吸煙嘴的另一端與吸煙頭相連，吸煙頭與一氣缸相連，吸煙嘴、吸煙頭和氣缸安裝在一導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在激光切割系統(tǒng)的激光頭上；吸煙頭通過一吸煙管與一噴射式吸塵器相連，噴射式吸塵器上有一進氣閥，噴射式吸塵器的另一端與一三通接頭相連；三通接頭的另兩端分別連接到第一球閥和第二球閥，第一球閥連接到排煙系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)包括過濾除塵器和通風(fēng)出口；第二球閥連接清潔系統(tǒng)，清潔系統(tǒng)包括一排水管。本實用新型的激光切割式快速成形機具有新的排煙除塵系統(tǒng)，能有效地將煙塵除去，減少污染。
文檔編號B23K26/00GK2645845SQ0327903
公開日2004年10月6日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者王運贛 申請人:王運贛