基于多激光器掃描系統(tǒng)的3d激光打印裝置制造方法
【專利摘要】基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置，主要包括位移調(diào)整系統(tǒng)、多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)和光路切換系統(tǒng)，將多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)安裝于位移調(diào)整系統(tǒng)的上方，光路切換系統(tǒng)分別與位移調(diào)整系統(tǒng)和多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)相連接。多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)由多種波長不同類型的激光器組成，該系統(tǒng)的每一種的構(gòu)件中，都包含擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、掃描振鏡和f-θ透鏡，其中掃描振鏡具有兩個不同的振鏡，分別控制兩個不同的方向，其在加工過程中用于控制激光加工的路徑。當(dāng)同一被加工部件中的材料不同或加工部位精密度要求改變時，通過光路切換系統(tǒng)將相應(yīng)的激光光束切換到掃描輸出系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，精度較高，可針對多種材料打印，有效地降低了成本。
【專利說明】基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D快速成型【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的3D激光打印裝置，該多激光器具有針對不同的材料和加工精度的掃描光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著激光科技的不斷發(fā)展，激光3D打印技術(shù)得到了人們更多的關(guān)注，目前已經(jīng)涉及到很多應(yīng)用領(lǐng)域，從國外到國內(nèi)，已經(jīng)出現(xiàn)了許多“3D打印技術(shù)”的服務(wù)產(chǎn)業(yè)，中國也不例外。而目前大多3D打印裝置只擁有單一的激光器，隨著人們對應(yīng)用的不斷提高，往往需要在同一部件上沉積多種材料并在不同部位對加工精密程度有不同的要求，針對不同的材料和加工精度，我們往往需要不同類型參數(shù)的激光器進(jìn)行加工，那么單一的激光器已經(jīng)無法滿足這種多功能3D激光打印的需求，在這種趨勢下，有必要設(shè)計一種多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的3D打印裝置。
[0003]目前，3D激光打印光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計種類各異。3D激光打印機(jī)要獲得精密的打印效果，就必須采用具有良好動態(tài)特性的光學(xué)系統(tǒng)，通常采用光快速掃描光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，從激光器發(fā)出的激光經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直，然后經(jīng)過由兩組掃描振鏡系統(tǒng)構(gòu)成的掃描器，最后以f-θ透鏡作為最終的聚焦透鏡，激光束經(jīng)過振鏡掃描后照射在f-θ透鏡的不同部位，經(jīng)過Θ透鏡聚焦后在焦平面上形成的直線軌跡能夠與工作平面很好的重合，而且聚焦點(diǎn)的偏移量與振鏡的旋轉(zhuǎn)角度呈線性關(guān)系，能夠很好的達(dá)到動態(tài)精確掃描的目的，這種掃描方式的掃描質(zhì)量非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是以光快速掃描光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)，針對目前3D激光打印中單一激光器不能滿足材料加工要求的現(xiàn)狀，提出一種基于多激光器掃描的3D激光打印裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置，主要包括位移調(diào)整系統(tǒng)、多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)和光路切換系統(tǒng)，將多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)安裝于位移調(diào)整系統(tǒng)的上方，光路切換系統(tǒng)分別與位移調(diào)整系統(tǒng)和多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)相連接，所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)由多種波長不同類型的激光器組成。
[0006]所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的每一種的構(gòu)件中，都包含擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、掃描振鏡和f-θ透鏡，其中，掃描振鏡具有兩個不同的振鏡，分別控制兩個不同的方向，其在加工過程中用于控制激光加工的路徑。
[0007]所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的激光器包括準(zhǔn)分子激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器、單模光纖激光器、多模光纖激光器、CO2激光器中的多種或全部。
[0008]所述位移調(diào)整系統(tǒng)由三維移動平臺及配以對其進(jìn)行位置移動的相應(yīng)控制系構(gòu)成，在打印過程中實(shí)現(xiàn)對加工件位置的精確控制，以滿足加工要求。
[0009]所述光路切換系統(tǒng)連接多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的控制閥門并連接位移調(diào)整系統(tǒng)，用于對多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)中各個激光輸出的開關(guān)控制，以及對具體加工過程中的三維位移調(diào)整進(jìn)行控制。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例，在多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)中，對波長比較接近的單模光纖激光器、多模光纖激光器和固體激光器，共用同一套掃描振鏡及f- θ透鏡，實(shí)現(xiàn)對部件的打印。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置，是在同一臺3D激光打印設(shè)備中同時采用不同種類、不同功率、不同模式的激光器作為激光光源。當(dāng)同一被加工部件中的材料不同或者加工部位精密度要求改變時，本發(fā)明裝置可通過光路切換系統(tǒng)將相應(yīng)的激光光束切換到掃描輸出系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對打印過程的精確控制。其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，精度較高，可針對多種材料打印，有效地降低了成本。還可以針對波長等性能參數(shù)相近的激光器對結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，使其幾種激光器共用同一套掃描振鏡及輸出聚焦鏡，從而更加有效地精簡結(jié)構(gòu)并節(jié)約成本。
[0012]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明。并不對本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置的總體示意圖；
[0014]圖2為圖1所示裝置中多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)件連接關(guān)系示意圖。
[0015]附圖標(biāo)記說明:1_位移調(diào)整系統(tǒng)；2_多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)；3_光路切換系統(tǒng)；4-固體激光器；5-C02激光器；6_半導(dǎo)體激光器；7_準(zhǔn)分子激光器；8_多模光纖激光器；9-單模光纖激光器；10_擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)；11_掃描振鏡；12-f- Θ透鏡；13-加工平臺。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置的總體構(gòu)成，它主要由位移調(diào)整系統(tǒng)1、多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2和光路切換系統(tǒng)3三個部分組成，將多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2安裝于位移調(diào)整系統(tǒng)I之上部，光路切換系統(tǒng)3分別與移調(diào)整系統(tǒng)I和多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2相連接。
[0017]位移調(diào)整系統(tǒng)I為三維移動平臺，其功能主要是在多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2進(jìn)行加工時，通過三維調(diào)整移動加工平臺13的位置，精確控制加工件移動至合適的位置上，進(jìn)行激光3D打印成型。
[0018]光路切換系統(tǒng)3是打印裝置中的加工控制系統(tǒng)，主要是配以光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中各個激光輸出的開關(guān)控制。光路切換系統(tǒng)3分別連接多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2的控制閥門和位移調(diào)整系統(tǒng)1，具體加工時，當(dāng)需要某一光路出光時，通過該系統(tǒng)對三維位移調(diào)整I的控制，進(jìn)行調(diào)整后，該控制系統(tǒng)完成對多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2的開關(guān)控制。
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，示出打印裝置中多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2的構(gòu)件連接關(guān)系，該光學(xué)系統(tǒng)是在同一臺3D激光打印設(shè)備中，同時采用不同種類、不同功率、不同模式的多種激光器作為激光光源，每一種的構(gòu)件中，都包含擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)10、掃描振鏡11和f-θ透鏡12，其中，掃描振鏡11具有兩個不同的振鏡，分別控制兩個不同的方向，其在加工過程中用于控制激光加工的路徑。該多種激光器由固體激光器4、C02激光器5、半導(dǎo)體激光器6、準(zhǔn)分子激光器7、多模光纖激光器8和單模光纖激光器9組成。
[0020]每種激光器發(fā)出的激光均經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)10進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直，然后經(jīng)過由兩組掃描振鏡11構(gòu)成的掃描器，激光束經(jīng)過振鏡掃描后照射在f- Θ透鏡12的不同部位，最后通過f- Θ透鏡12聚焦到加工平臺13，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對部件的打印效果。掃描振鏡11 一方面可調(diào)整光路傳輸，控制激光光束照射到f-θ透鏡12的位置；另一方面在適當(dāng)?shù)臅r候也可以實(shí)現(xiàn)對特定光學(xué)系統(tǒng)的光路切換，實(shí)用中，光路切換系統(tǒng)3可實(shí)現(xiàn)對不同激光器掃描輸出的控制。
[0021]其中，優(yōu)化的CO2激光器5、半導(dǎo)體激光器6和準(zhǔn)分子激光器7由于其波長相差較大，有各自獨(dú)立的掃描振鏡11及f- Θ透鏡12 ;而固體激光器4、多模光纖激光器8以及單模光纖激光器9，由于其波長比較接近，共用了一套掃描振鏡11及f_ Θ透鏡12，在具體實(shí)施中，當(dāng)需要這三種當(dāng)中的某一種激光時，可通過切換其光路上的相應(yīng)掃描振鏡11的的方向，實(shí)現(xiàn)對光路的切換。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本裝置在3D激光打印加工過程中，當(dāng)同一加工部件的材料不同或者加工部位精密度要求改變，需要更換某一路激光輸出時，通過光路切換系統(tǒng)3將相應(yīng)光路切換到輸出端，其他各路激光關(guān)閉，同時通過位移調(diào)整系統(tǒng)I將光路移動到新的打印起點(diǎn)，然后再通過選定的多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)2中的特定激光器對相應(yīng)材料進(jìn)行加工，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在同一臺3D打印裝置下對同一部件不同材料、不同精度要求的加工需求。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于多激光器掃描系統(tǒng)的3D激光打印裝置，其特征在于，該裝置主要包括位移調(diào)整系統(tǒng)(I)、多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)和光路切換系統(tǒng)(3)，將多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)安裝于位移調(diào)整系統(tǒng)(I)的上方，光路切換系統(tǒng)(3 )分別與位移調(diào)整系統(tǒng)(I)和多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)相連接，所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)由多種波長不同類型的激光器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)的每一種的構(gòu)件中，都包含擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(10)、掃描振鏡(11)和f- Θ透鏡(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述掃描振鏡(11)具有兩個不同的振鏡，分別控制兩個不同的方向，其在加工過程中用于控制激光加工的路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)的激光器包括準(zhǔn)分子激光器(7)、半導(dǎo)體激光器(6)、固體激光器(4)、單模光纖激光器(9)、多模光纖激光器(8)、CO2激光器(5)中的多種或全部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述位移調(diào)整系統(tǒng)(I)由三維移動平臺及配以對其進(jìn)行位置移動的相應(yīng)控制系構(gòu)成，在打印過程中實(shí)現(xiàn)對加工件位置的精確控制，以滿足加工要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述光路切換系統(tǒng)(3)連接多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)的控制閥門并連接位移調(diào)整系統(tǒng)(1)，用于對多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)中各個激光輸出的開關(guān)控制，以及對具體加工過程中的三維位移調(diào)整進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3D激光打印裝置，其特征在于，所述每種激光器發(fā)出的激光均經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(10)進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直，然后經(jīng)過由兩個掃描振鏡(11)系統(tǒng)構(gòu)成的掃描器，激光束經(jīng)過振鏡掃描后照射在f-θ透鏡(12)的不同部位，最后通過f-θ透鏡(12)聚焦到加工平臺(13)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對部件的打印效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的3D激光打印裝置，其特征在于，在多激光器掃描光學(xué)系統(tǒng)(2)中，對性能參數(shù)相近的幾種激光器共用同一套掃描振鏡(11)及f-θ透鏡(12)，實(shí)現(xiàn)對部件的打印。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的3D激光打印裝置，其特征在于，對波長比較接近的單模光纖激光器(9)、多模光纖激光器(8)和固體激光器(4)，共用一套掃描振鏡(11)及f-θ透鏡(12)，實(shí)現(xiàn)對部件的打印。
【文檔編號】B29C67/00GK103552244SQ201310537641
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王智勇, 李峙, 劉友強(qiáng) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)