CN103552244B - 基于多激光器扫描系统的3d激光打印装置 - Google Patents
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Abstract
基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置，主要包括位移调整系统、多激光器扫描光学系统和光路切换系统，将多激光器扫描光学系统安装于位移调整系统的上方，光路切换系统分别与位移调整系统和多激光器扫描光学系统相连接。多激光器扫描光学系统由多种波长不同类型的激光器组成，该系统的每一种的构件中，都包含扩束准直系统、扫描振镜和f-θ透镜，其中扫描振镜具有两个不同的振镜，分别控制两个不同的方向，其在加工过程中用于控制激光加工的路径。当同一被加工部件中的材料不同或加工部位精密度要求改变时，通过光路切换系统将相应的激光光束切换到扫描输出系统中，其结构设计合理，精度较高，可针对多种材料打印，有效地降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及3D快速成型技术领域，尤其涉及一种基于多激光器扫描光学系统的3D激光打印装置，该多激光器具有针对不同的材料和加工精度的扫描光学系统。
背景技术
近年来，随着激光科技的不断发展，激光3D打印技术得到了人们更多的关注，目前已经涉及到很多应用领域，从国外到国内，已经出现了许多“3D打印技术”的服务产业，中国也不例外。而目前大多3D打印装置只拥有单一的激光器，随着人们对应用的不断提高，往往需要在同一部件上沉积多种材料并在不同部位对加工精密程度有不同的要求，针对不同的材料和加工精度，我们往往需要不同类型参数的激光器进行加工，那么单一的激光器已经无法满足这种多功能3D激光打印的需求，在这种趋势下，有必要设计一种多激光器扫描光学系统的3D打印装置。
目前，3D激光打印光学系统的设计种类各异。3D激光打印机要获得精密的打印效果，就必须采用具有良好动态特性的光学系统，通常采用光快速扫描光学系统设计，从激光器发出的激光经过扩束准直系统进行扩束准直，然后经过由两组扫描振镜系统构成的扫描器，最后以f-θ透镜作为最终的聚焦透镜，激光束经过振镜扫描后照射在f-θ透镜的不同部位，经过f-θ透镜聚焦后在焦平面上形成的直线轨迹能够与工作平面很好的重合，而且聚焦点的偏移量与振镜的旋转角度呈线性关系，能够很好的达到动态精确扫描的目的，这种扫描方式的扫描质量非常高。
发明内容
本发明的目的是以光快速扫描光学系统设计为基础，针对目前3D激光打印中单一激光器不能满足材料加工要求的现状，提出一种基于多激光器扫描的3D激光打印装置，克服了现有技术的不足。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置，主要包括位移调整系统、多激光器扫描光学系统和光路切换系统，将多激光器扫描光学系统安装于位移调整系统的上方，光路切换系统分别与位移调整系统和多激光器扫描光学系统相连接，所述多激光器扫描光学系统由多种波长不同类型的激光器组成。
所述多激光器扫描光学系统的每一种的构件中，都包含扩束准直系统、扫描振镜和f-θ透镜，其中，扫描振镜具有两个不同的振镜，分别控制两个不同的方向，其在加工过程中用于控制激光加工的路径。
所述多激光器扫描光学系统的激光器包括准分子激光器、半导体激光器、固体激光器、单模光纤激光器、多模光纤激光器、CO2激光器中的多种或全部。
所述位移调整系统由三维移动平台及配以对其进行位置移动的相应控制系构成，在打印过程中实现对加工件位置的精确控制，以满足加工要求。
所述光路切换系统连接多激光器扫描光学系统的控制阀门并连接位移调整系统，用于对多激光器扫描光学系统中各个激光输出的开关控制，以及对具体加工过程中的三维位移调整进行控制。
本发明的实施例，在多激光器扫描光学系统中，对波长比较接近的单模光纤激光器、多模光纤激光器和固体激光器，共用同一套扫描振镜及f-θ透镜，实现对部件的打印。
与现有技术相比，本发明基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置，是在同一台3D激光打印设备中同时采用不同种类、不同功率、不同模式的激光器作为激光光源。当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变时，本发明装置可通过光路切换系统将相应的激光光束切换到扫描输出系统中，从而实现对打印过程的精确控制。其结构设计合理，精度较高，可针对多种材料打印，有效地降低了成本。还可以针对波长等性能参数相近的激光器对结构进行简化，使其几种激光器共用同一套扫描振镜及输出聚焦镜，从而更加有效地精简结构并节约成本。
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例仅用于解释本发明。并不对本发明的保护范围构成限制。
附图说明
图1为根据本发明的实施例，基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置的总体示意图；
图2为图1所示装置中多激光器扫描光学系统的构件连接关系示意图。
附图标记说明：1-位移调整系统；2-多激光器扫描光学系统；3-光路切换系统；4-固体激光器；5-CO2激光器；6-半导体激光器；7-准分子激光器；8-多模光纤激光器；9-单模光纤激光器；10-扩束准直系统；11-扫描振镜；12-f-θ透镜;13-加工平台。
具体实施方式
图1示出根据本发明的实施例，基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置的总体构成，它主要由位移调整系统1、多激光器扫描光学系统2和光路切换系统3三个部分组成，将多激光器扫描光学系统2安装于位移调整系统1之上部，光路切换系统3分别与移调整系统1和多激光器扫描光学系统2相连接。
位移调整系统1为三维移动平台，其功能主要是在多激光器扫描光学系统2进行加工时，通过三维调整移动加工平台13的位置，精确控制加工件移动至合适的位置上，进行激光3D打印成型。
光路切换系统3是打印装置中的加工控制系统，主要是配以光学系统当中各个激光输出的开关控制。光路切换系统3分别连接多激光器扫描光学系统2的控制阀门和位移调整系统1，具体加工时，当需要某一光路出光时，通过该系统对三维位移调整1的控制，进行调整后，该控制系统完成对多激光器扫描光学系统2的开关控制。
图2为根据本发明的实施例，示出打印装置中多激光器扫描光学系统2的构件连接关系，该光学系统是在同一台3D激光打印设备中，同时采用不同种类、不同功率、不同模式的多种激光器作为激光光源，每一种的构件中，都包含扩束准直系统10、扫描振镜11和f-θ透镜12，其中，扫描振镜11具有两个不同的振镜，分别控制两个不同的方向，其在加工过程中用于控制激光加工的路径。该多种激光器由固体激光器4、CO2激光器5、半导体激光器6、准分子激光器7、多模光纤激光器8和单模光纤激光器9组成。
每种激光器发出的激光均经过扩束准直系统10进行扩束准直，然后经过由两组扫描振镜11构成的扫描器，激光束经过振镜扫描后照射在f-θ透镜12的不同部位，最后通过f-θ透镜12聚焦到加工平台13，进而实现对部件的打印效果。扫描振镜11一方面可调整光路传输，控制激光光束照射到f-θ透镜12的位置；另一方面在适当的时候也可以实现对特定光学系统的光路切换，实用中，光路切换系统3可实现对不同激光器扫描输出的控制。
其中，优化的CO2激光器5、半导体激光器6和准分子激光器7由于其波长相差较大，有各自独立的扫描振镜11及f-θ透镜12；而固体激光器4、多模光纤激光器8以及单模光纤激光器9，由于其波长比较接近，共用了一套扫描振镜11及f-θ透镜12，在具体实施中，当需要这三种当中的某一种激光时，可通过切换其光路上的相应扫描振镜11的的方向，实现对光路的切换。
根据本发明的实施例，本装置在3D激光打印加工过程中，当同一加工部件的材料不同或者加工部位精密度要求改变，需要更换某一路激光输出时，通过光路切换系统3将相应光路切换到输出端，其他各路激光关闭，同时通过位移调整系统1将光路移动到新的打印起点，然后再通过选定的多激光器扫描光学系统2中的特定激光器对相应材料进行加工，进而实现在同一台3D打印装置下对同一部件不同材料、不同精度要求的加工需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于多激光器扫描系统的3D激光打印装置，其特征在于，该装置主要包括位移调整系统(1)、多激光器扫描光学系统(2)和光路切换系统(3)，将多激光器扫描光学系统(2)安装于位移调整系统(1)的上方，光路切换系统(3)分别与位移调整系统(1)和多激光器扫描光学系统(2)相连接，所述多激光器扫描光学系统(2)由多种波长不同类型的激光器组成；
所述光路切换系统(3)连接多激光器扫描光学系统(2)的控制阀门并连接位移调整系统(1)，用于对多激光器扫描光学系统(2)中各个激光输出的开关控制，以及对具体加工过程中的三维位移调整进行控制。
2.根据权利要求1所述的3D激光打印装置，其特征在于，所述多激光器扫描光学系统(2)的每一种的构件中，都包含扩束准直系统(10)、扫描振镜(11)和f-θ透镜(12)。
3.根据权利要求2所述的3D激光打印装置，其特征在于，所述扫描振镜(11)具有两个不同的振镜，分别控制两个不同的方向，其在加工过程中用于控制激光加工的路径。
4.根据权利要求3所述的3D激光打印装置，其特征在于，所述多激光器扫描光学系统(2)的激光器包括准分子激光器(7)、半导体激光器(6)、固体激光器(4)、单模光纤激光器(9)、多模光纤激光器(8)、CO2激光器(5)中的多种或全部。
5.根据权利要求4所述的3D激光打印装置，其特征在于，所述位移调整系统(1)由三维移动平台及配以对其进行位置移动的相应控制系统构成，在打印过程中实现对加工件位置的精确控制，以满足加工要求。
6.根据权利要求5所述的3D激光打印装置，其特征在于，所述每种激光器发出的激光均经过扩束准直系统(10)进行扩束准直，然后经过由两个扫描振镜(11)系统构成的扫描器，激光束经过振镜扫描后照射在f-θ透镜(12)的不同部位，最后通过f-θ透镜(12)聚焦到加工平台(13)上，进而实现对部件的打印效果。
7.根据权利要求6所述的3D激光打印装置，其特征在于，在多激光器扫描光学系统(2)中，对性能参数相近的几种激光器共用同一套扫描振镜(11)及f-θ透镜(12)，实现对部件的打印。
8.根据权利要求4或7所述的3D激光打印装置，其特征在于，对波长比较接近的单模光纤激光器(9)、多模光纤激光器(8)和固体激光器(4)，共用一套扫描振镜(11)及f-θ透镜(12)，实现对部件的打印。
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