專利名稱：光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法及裝置。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)(RPT)可廣泛應(yīng)用于包括汽車工業(yè)在內(nèi)的機(jī)械、石油化工、電子、計(jì)算機(jī)、生物醫(yī)學(xué)工程、工藝品和玩具制造等領(lǐng)域?？梢约庸び操|(zhì)模具和用于精密鑄造的蠟?zāi)?，新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)修改中的原型制造，還可用在難以機(jī)械加工的復(fù)雜零件和一些單件生產(chǎn)的功能性或結(jié)構(gòu)性零部件上。
目前世界上現(xiàn)有快速成型的主要設(shè)備和工藝方法有以下幾種立體印刷法(SLA，也稱光敏樹脂固化)、選區(qū)激光燒結(jié)法(SLS)、分層實(shí)體法(LOM，也稱切紙法)和選區(qū)噴塑法(FDM)。立體印刷法(SLA)可直接制造小型塑料件，表面粗糙度較好，尺寸精度較高，但制造中有物相變化，因而變形大，液體中成型零件需要支撐，使工藝過程復(fù)雜化，樹脂液體成本較高。分層實(shí)體法(LOM)可成型小型塑料件，不變形，成型時(shí)間短，但尺寸精度較低，且材料損耗大，廢料不易清除。選區(qū)噴塑法(FDM)可成型小型塑料件，制件翹曲變形較小，但需要支撐結(jié)構(gòu)，且充填式成型效率較低。選區(qū)激光燒結(jié)法(SLS)可制作中小型零件，成型材料面廣價(jià)低，因而應(yīng)用前景較為廣闊。使用選區(qū)激光燒結(jié)法(SLS)可直接燒結(jié)金屬粉末材料制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件。但是選區(qū)激光燒結(jié)法(SLS)精度不是很高，且不能加工大型工件，工件尺寸一般限制在400mm×400mm以內(nèi)。由于選區(qū)激光燒結(jié)法的裝置采用雙振鏡掃描方式，因此，存在著加工效率低、加工工件小的缺點(diǎn)。
為克服上述不足之處，我們研究出一種“激光變長線掃描系統(tǒng)”(ZL97122130.8)。它將CO2激光器的輸出光束擴(kuò)束后變?yōu)橐粭l細(xì)長的激光線束，并使該線束用導(dǎo)軌掃描，使其可加工大尺寸工件而不降低加工質(zhì)量，對實(shí)芯零件和厚壁零件在加工效率上得到提高。但在加工復(fù)雜零件時(shí)，由于激光線束只能變長而不能間斷，所以遇到孔時(shí)，就要分區(qū)掃描，零件越復(fù)雜，孔越多，分區(qū)就越多，所以加工效率還是比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有激光燒結(jié)快速成型技術(shù)存在的加工工件小和加工效率低的技術(shù)難點(diǎn)并提供一種加工工件大和加工效率高的光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法及裝置。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的該光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法，其采用若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器與光纖耦合組成光纖線陣，再通過微透鏡陣列對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚，在工作面上形成一條斷續(xù)的激光線束；上述兩個(gè)光纖線陣以對稱方式布置，輸出兩條相同的斷續(xù)激光線束在長度方向作相互錯(cuò)位后鑲嵌成一條連續(xù)的激光線束；用計(jì)算機(jī)控制光纖線陣中各激光器的發(fā)光與否，改變該連續(xù)的激光線束的長度和間斷位置就能夠在掃描過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形選區(qū)的激光燒結(jié)。
實(shí)現(xiàn)上述方法的能量源裝置，它包括若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器和微透鏡陣列，其中它還包括耦合器、光纖和微V型槽光纖座，耦合器設(shè)在高功率半導(dǎo)體激光器的前面，耦合器的輸出端與光纖的輸入端連接，光纖的輸出端裝在微V型槽光纖座中以形成光纖線陣，微透鏡陣列設(shè)在微V型槽光纖座的前面，以便于對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚。
所述微V型槽光纖座由設(shè)有若干個(gè)放置光纖的微V型槽的底座、微型彈性元件和微型板式固定元件組成，光纖設(shè)在底座的微V型槽內(nèi)并通過微型彈性元件固定在微V型槽中，微型板式固定元件設(shè)在底座的上面并將光纖固定在微型板式固定元件和底座之間。
由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，因此與背景技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1、具有較高的加工效率，本發(fā)明在一次一維掃描中能完成一層的加工，因而能提高加工效率。
2、能加工大尺寸工件，這種線陣能量源既適合于高精度加工小尺寸、薄壁、復(fù)雜截面形狀的工件，也可以加工大尺寸工件，加工大尺寸工件時(shí)，采用直線導(dǎo)軌掃描，不會降低加工質(zhì)量。
3、本發(fā)明的能量源比CO2激光器體積小，有利于設(shè)備小型化；半導(dǎo)體激光器在低電壓下工作，有利于設(shè)備的安全操作；半導(dǎo)體激光器的電光轉(zhuǎn)換效率為CO2激光器的2倍以上，有利于節(jié)能。
4、加工成本低、材料損耗小。


圖1是本發(fā)明能量源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是微V型槽光纖座的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例中的光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法，其采用若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器(0.5-2W)與光纖耦合組成光纖線陣，再通過微透鏡陣列對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚，在工作面上形成一條斷續(xù)的激光線束；上述兩個(gè)光纖線陣以對稱方式布置，輸出兩條相同的斷續(xù)激光線束在長度方向作相互錯(cuò)位后鑲嵌成一條連續(xù)的激光線束；用計(jì)算機(jī)控制光纖線陣中各激光器的發(fā)光與否，改變該連續(xù)的激光線束的長度和間斷位置就能夠在掃描過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形選區(qū)的激光燒結(jié)。
如圖1所示，實(shí)現(xiàn)上述方法的能量源裝置，它包括若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器(0.5-2W)1和微透鏡陣列5，其中它還包括耦合器2、光纖3和微V型槽光纖座4，耦合器2設(shè)在高功率半導(dǎo)體激光器1的前面，耦合器2的輸出端與光纖3的輸入端連接，光纖3的輸出端裝在微V型槽光纖座4中以形成光纖線陣，微透鏡陣列5設(shè)在微V型槽光纖座4的前面，以便于對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚處理。圖中6為斷續(xù)的激光線束，7為工作平面。
如圖2所示，微V型槽光纖座由設(shè)有若干個(gè)放置光纖的微V型槽的底座8、微型彈簧片10和微型板式固定元件9組成，光纖3設(shè)在底座8的微V型槽內(nèi)并通過微型彈簧片10固定在微V型槽中，微型板式固定元件9設(shè)在底座8的上面并將光纖3固定在微型板式固定元件9和底座8之間。
權(quán)利要求
1.一種光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法，其特征是采用若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器與光纖耦合組成光纖線陣，再通過微透鏡陣列對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚，在工作面上形成一條斷續(xù)的激光線束；上述兩個(gè)光纖線陣以對稱方式布置，輸出兩條相同的斷續(xù)激光線束在長度方向作相互錯(cuò)位后鑲嵌成一條連續(xù)的激光線束；用計(jì)算機(jī)控制光纖線陣中各激光器的發(fā)光與否，改變該連續(xù)的激光線束的長度和間斷位置就能夠在掃描過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形選區(qū)的激光燒結(jié)。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的能量源裝置，它包括若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器和微透鏡陣列，其特征是它還包括耦合器、光纖和微V型槽光纖座，耦合器設(shè)在高功率半導(dǎo)體激光器的前面，耦合器的輸出端與光纖的輸入端連接，光纖的輸出端裝在微V型槽光纖座中以形成光纖線陣，微透鏡陣列設(shè)在微V型槽光纖座的前面，以便于對光纖線陣的輸出光束進(jìn)行準(zhǔn)直或會聚。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量源裝置，其特征是所述微V型槽光纖座由設(shè)有若干個(gè)放置光纖的微V型槽的底座、微型彈性元件和微型板式固定元件組成，光纖設(shè)在底座的微V型槽內(nèi)并通過微型彈性元件固定在微V型槽中，微型板式固定元件設(shè)在底座的上面并將光纖固定在微型板式固定元件和底座之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖陣列能量源用于激光燒結(jié)快速成型的方法及裝置。本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有激光燒結(jié)快速成型技術(shù)存在的加工工件小和加工效率低的技術(shù)難點(diǎn)。本發(fā)明的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的其采用若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器與光纖耦合組成光纖線陣，再通過微透鏡陣列在工作面上形成一條斷續(xù)的激光線束；上述兩個(gè)光纖線陣以對稱方式布置，輸出兩條相同的斷續(xù)激光線束在長度方向作相互錯(cuò)位后鑲嵌成一條連續(xù)的激光線束；用計(jì)算機(jī)控制該連續(xù)的激光線束的長度和間斷位置就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜圖形選區(qū)的激光燒結(jié)。實(shí)現(xiàn)上述方法的能量源裝置，它包括若干個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器和微透鏡陣列，其中它還包括耦合器、光纖和微V型槽光纖座。
文檔編號H01S3/06GK1593817SQ200410012390
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者朱林泉, 王高, 周漢昌 申請人:華北工學(xué)院