CN110039053A - 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法 - Google Patents

一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110039053A
CN110039053A CN201910399850.6A CN201910399850A CN110039053A CN 110039053 A CN110039053 A CN 110039053A CN 201910399850 A CN201910399850 A CN 201910399850A CN 110039053 A CN110039053 A CN 110039053A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
trace
focal plane
test board
line segment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910399850.6A
Other languages
English (en)
Inventor
宋施墨
胡丽刚
刘锦辉
林慧敏
王昌龄
杨平
齐达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fu Wode Multi-Dimensional Intelligent Equipment Ltd Harbin
Original Assignee
Fu Wode Multi-Dimensional Intelligent Equipment Ltd Harbin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fu Wode Multi-Dimensional Intelligent Equipment Ltd Harbin filed Critical Fu Wode Multi-Dimensional Intelligent Equipment Ltd Harbin
Priority to CN201910399850.6A priority Critical patent/CN110039053A/zh
Publication of CN110039053A publication Critical patent/CN110039053A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/47—Radiation means with translatory movement parallel to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B22F12/48—Radiation means with translatory movement in height, e.g. perpendicular to the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，系统包括激光发生器、升降机构、水平移动机构、固定底座、显像测试板以及控制主机；激光发生器固定安装于水平滑块上面；激光发生器包括激光光源、准直镜、振镜和场镜；激光光源发射的激光水路上，安装准直镜；准直镜发出的光束经振镜进行X方向和Y方向两次反射后，向下垂直入射到场镜，经场镜聚焦后向下射出。本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，没有激光能量分析仪的配合下，可以快速、精确、简单的确定激光熔化3D打印设备激光焦平面，并可以作为成形系统检验焦平面的快速方法，从而有利于成形制造出完全致密的零件。

Description

一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法
技术领域
本发明属于激光焦平面确定技术领域，具体涉及一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法。
背景技术
3D打印技术自其产生至今，从最初的原理式用于制造零部件模型的装置到目前工业化终端零件生产设备，不过三十多年的历史，而且其应用发展的潜力日益得到国际社会的关注。未来制造业的发展水平依然是衡量一个国家整体实力的关键标志之一，而未来制造技术在数控技术、计算机、机械、材料等关联技术发展的带动下，必然走向数字化和智能化。现今西方国家已经将3D打印技术纳入了工业4.0规划中重要的核心技术之一，而我国也将3D打印技术作为中国制造2025发展战略规划中的支撑技术。3D打印技术作为整个先进制造技术当中数字化和智能化突出的一类，其发展必然在不同层面深刻地对制造业整体构成影响。首先，3D打印技术的应用领域将不断扩大(广度)；其次，3D打印技术在各个应用领域的应用层面不断深入(深度)；再者，3D打印技术自身的物化形式(装备与工艺)将更加丰富。由此，该技术必然会逐步渗透到国防、航空航天、汽车、生物医学等诸多领域，影响着上述各个领域的设计理论和理念，并配合其他传统技术，完善甚至更新某些司空见惯的制造方案，致使制造更为智能、简捷、绿色，产品性能更加贴近理想状态。
在众多的3D打印技术当中，作为复杂精细结构金属零部件的首选，激光选区熔化金属3D打印技术在整个3D打印技术发展应用的潮流中起到了重大推动作用，备受青睐。
激光选区熔化金属3D打印技术以金属粉末为原料，通过激光束扫描铺设在粉床表面的松散粉末，使其迅速熔化焊合，层层堆积焊接而成形零部件。在激光选区熔化金属3D打印时，激光焦平面的确定至关重要。传统方案中，需要在激光能量分析仪的配合下，才能确定激光焦平面，具有激光焦平面确定过程繁琐、时间长的问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统，包括激光发生器(1)、升降机构(2)、水平移动机构(3)、固定底座(4)、显像测试板(5)以及控制主机；
所述升降机构(2)包括升降垂直导轨(2.1)、升降滑块(2.2)以及升降电机；所述水平移动机构(3)包括水平导轨(3.1)、水平滑块(3.2)以及水平移动电机；
所述固定底座(4)的一端固定安装所述升降垂直导轨(2.1)；所述升降滑块(2.2)可滑动安装于所述升降垂直导轨(2.1)上面，可沿所述升降垂直导轨(2.1)进行升降滑动；并且，所述升降滑块(2.2)与所述升降电机联动，通过所述升降电机，驱动所述升降滑块(2.2)运动；所述水平导轨(3.1)与所述升降滑块(2.2)固定；所述水平滑块(3.2)可水平滑动的安装于所述水平导轨(3.1)；并且，所述水平滑块(3.2)与所述水平移动电机联动，通过所述水平移动电机，驱动所述水平滑块(3.2)运动；
所述激光发生器(1)固定安装于所述水平滑块(3.2)上面；所述激光发生器(1)包括激光光源、准直镜(1.1)、振镜(1.2)和场镜(1.3)；所述激光光源发射的激光水路上，安装所述准直镜(1.1)；所述准直镜(1.1)发出的光束经所述振镜(1.2)进行X方向和Y方向两次反射后，向下垂直入射到所述场镜(1.3)，经所述场镜(1.3)聚焦后向下射出；
在所述固定底座(4)的上面放置所述显像测试板(5)；所述显像测试板(5)位于所述场镜(1.3)的下方；
所述控制主机分别与所述升降电机、所述水平移动电机和所述激光光源连接。
本发明还提供一种基于激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，包括以下步骤：
步骤1，控制主机通过激光扫描控制软件设定激光扫描基本参数，所述激光扫描基本参数包括激光功率、激光频率、激光扫描速度以及激光扫描单次线段长度值；
步骤2，在固定底座(4)上面放置显像测试板(5)；参照激光发生器(1)给出的激光焦距参考值，调节激光发生器(1)的初始高度，使激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L1，其中，L1低于激光焦距参考值，并且，差值符合设定范围；
步骤3，控制主机对升降机构(2)进行控制，使其按第一设定步长B1上升；并且，每运动到一个步长的距离，即采用以下方式：
控制主机对水平移动机构(3)进行控制，水平移动机构(3)带动激光发生器(1)行走激光扫描单次线段长度值的距离，并且，在激光发生器(1)行走的过程中，控制主机对激光发生器(1)进行控制，使其按步骤1设定的所述激光功率、所述激光频率和所述激光扫描速度在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；其中，扫描方式为：激光光源发射的激光经过准直镜(1.1)准直以及振镜(1.2)改变方向后，入射到场镜(1.3)，经场镜(1.3)聚焦后入射到显像测试板(5)，从而在显像测试板(5)的对应位置出现清晰可见的印痕；
并且，每运动一个步长的距离，即向同一方向匀速拖动显像测试板(5)一个距离，从而使激光发生器(1)在不同高度扫描到的线段痕迹错开一定距离，同时记录每一条扫描出的线段痕迹所对应的光路距离；
步骤4，当控制主机控制激光发生器(1)上升到设定距离时，停止继续扫描；由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并且，每条线段痕迹均对应一个光路距离；
步骤5，采用显微镜观测显像测试板(5)上各条线段痕迹的宽度，各条线段痕迹按扫描先后顺序呈现由粗到细，再到粗的渐变过程；由此分为由粗变细的第一组痕迹以及由细变粗的第二组痕迹，从第一组痕迹中找到某条痕迹K1，使其与第二组痕迹中的某条痕迹K2的宽度最为相近；痕迹K1所对应的光路距离L3，痕迹K2所对应的光路距离L4，因此，光路距离L3到光路距离L4之一距离范围，即为初步确定的焦平面存在区间[L3，L4]；
步骤6，以步骤5确定的焦平面存在区间[L3，L4]为基础，控制主机对升降机构(2)进行控制，从而调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L3；
然后，对升降机构(2)进行控制，使其按第二设定步长B2上升；其中，第二设定步长B2小于第一设定步长B1；并且，每运动到一个步长的距离，即在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；
如此不断重复，当激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离达到L4时，停止操作；
由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并确定本次循环得到的焦平面存在区间；
步骤7，然后，在步骤6确定的焦平面存在区间的基础上，再次缩小上升的设定步长值，并采用逼近测量方式确定新的焦平面存在区间；如此不断循环，进行多次逼近测量，直到满足精度要求时，最后得到扫描出多条线段痕迹的显像测试板(5)，在此显像测试板(5)中，将最细的线段痕迹所对应的光路距离作为确定的激光光路系统的实际焦距；
步骤8，在步骤7确定激光光路系统的实际焦距后，在不同的成形系统允许的范围内，在不同位置放置染色平板，调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到染色平板的垂直距离为激光光路系统的实际焦距；然后，保持激光发生器(1)的高度不变，在各染色平板扫描出多条间隔的线段痕迹，并相互比较各线段痕迹的粗细情况，如果各线段痕迹的粗细相等，则认为步骤7确定的激光光路系统的实际焦距所对应的焦平面，即为最终确定的激光焦平面；如果各线段痕迹的粗细不相等，则表明升降平台或光路系统存在偏斜，调整升降平台或光路系统的姿态，再重复步骤3-步骤8，直到最终得到满足精度要求的场镜(1.3)的激光出射口的高度值，即为激光光路系统的实际焦距，从而确定激光焦平面。
优选的，步骤1确定的所述激光扫描基本参数为：
激光功率为30-100W，激光频率为4200-20000Hz，激光扫描速度为50mm/S-500mm/S，激光扫描单次线段长度值为20-50mm。
优选的，步骤2中，L1低于激光焦距参考值，其差值为30mm。
优选的，步骤3中，第一设定步长B1为1-5mm，步骤6中，第二设定步长B2为0.5mm-0.99mm。
本发明提供的一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法具有以下优点：
本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，没有激光能量分析仪的配合下，可以快速、精确、简单的确定激光熔化3D打印设备激光焦平面，并可以作为成形系统检验焦平面的快速方法，从而有利于成形制造出完全致密的零件。
附图说明
图1为本发明提供的激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的立体结构示意图；
图2为本发明提供的激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的主视结构示意图；
图3为显像测试板上面扫描出多条线段痕迹的示意图；
图4为激光光路系统布置图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，可以快速、精确、简单的确定激光熔化3D打印设备激光焦平面，从而有利于成形制造出完全致密的零件。还可以解决3D打印成型过程中激光能量不集中，激光能量不均匀的技术问题。
采用的技术方案是：借助激光器、振镜、场镜、准直镜、升降机构、水平移动机构、微米级摄像头、显像测试板以及配套的计算机控制软件。通过上述装置，控制激光入射光散射角度、激光扫描路径、激光能量和扫描速度、以及焦平面的移动和固定。通过激光扫描过程中对激光焦平面的实时检测，来确定激光光斑最小，扫描直径最小，光束能量最集中的高度为加工平面中心焦平面，高精度场镜保证加工平面各边界焦平面与加工平面中心焦平面始终保持一致。从而保证3D打印的成型效果，提高了3D打印成型的成功率。
参考图1和图2，激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统，包括激光发生器1、升降机构2、水平移动机构3、固定底座4、显像测试板5以及控制主机；
升降机构2包括升降垂直导轨2.1、升降滑块2.2以及升降电机；水平移动机构3包括水平导轨3.1、水平滑块3.2以及水平移动电机；
固定底座4的一端固定安装升降垂直导轨2.1；升降滑块2.2可滑动安装于升降垂直导轨2.1上面，可沿升降垂直导轨2.1进行升降滑动；并且，升降滑块2.2与升降电机联动，通过升降电机，驱动升降滑块2.2运动；水平导轨3.1与升降滑块2.2固定；水平滑块3.2可水平滑动的安装于水平导轨3.1；并且，水平滑块3.2与水平移动电机联动，通过水平移动电机，驱动水平滑块3.2运动；
激光发生器1固定安装于水平滑块3.2上面；激光发生器1包括激光光源、准直镜1.1、振镜1.2和场镜1.3；激光光源发射的激光水路上，安装准直镜1.1；准直镜1.1发出的光束经振镜1.2进行X方向和Y方向两次反射后，向下垂直入射到场镜1.3，经场镜1.3聚焦后向下射出；
在固定底座4的上面放置显像测试板5；显像测试板5位于场镜1.3的下方；
控制主机分别与升降电机、水平移动电机和激光光源连接。
本发明还提供一种基于激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，分步骤进行焦平面的逼近与测试，最终确定精确的焦平面位置，为后续的熔化成形创造充分条件，包括以下步骤：
步骤1，控制主机通过激光扫描控制软件设定激光扫描基本参数，激光扫描基本参数包括激光功率、激光频率、激光扫描速度以及激光扫描单次线段长度值；
例如，激光功率的设定值范围为30-100W，激光频率的设定值范围为4200-20000Hz，激光扫描速度的设定值范围为50mm/S-500mm/S，激光扫描单次线段长度值的设定值范围为20-50mm。
另外，激光光路系统布置如图4所示，其中的准直镜可以调节改变激光的入射光发散角，最终使通过准直镜出口的光近似平行光。如此平行光通过振镜摆片后的光路依然是平行光，不会改变激光的发散角。
步骤2，在固定底座4上面放置显像测试板5；参照激光发生器1给出的激光焦距参考值，调节激光发生器1的初始高度，使激光发生器1的场镜1.3的激光出射口到显像测试板5的垂直距离为L1，其中，L1低于激光焦距参考值，并且，差值符合设定范围；例如，L1低于激光焦距参考值，其差值为30mm。
例如，参照聚焦给出的激光焦距参考值，在确定焦距测量基础点的位置前提下，低于该值一定的距离下放置显像测试板，如焦距值为330mm，显像测试板放置的位置为焦距以内300mm的位置。
步骤3，控制主机对升降机构2进行控制，使其按第一设定步长B1上升，例如，第一设定步长B1为1-5mm；并且，每运动到一个步长的距离，即采用以下方式：
控制主机对水平移动机构3进行控制，水平移动机构3带动激光发生器1行走激光扫描单次线段长度值的距离，并且，在激光发生器1行走的过程中，控制主机对激光发生器1进行控制，使其按步骤1设定的激光功率、激光频率和激光扫描速度在显像测试板5上扫描出一条线段痕迹；其中，扫描方式为：激光光源发射的激光经过准直镜1.1准直以及振镜1.2改变方向后，入射到场镜1.3，经场镜1.3聚焦后入射到显像测试板5，从而在显像测试板5的对应位置出现清晰可见的印痕；即：依据激光的冲击性能，在经过表面化学颜色处理的金属表面，进行固定激光功率、频率及扫描速度参数的线段扫描，使激光经过准直、振镜改变方向并聚焦的条件下，其扫描作用的地方在金属板上出现清晰可见的直线段印痕。
并且，每运动一个步长的距离，即向同一方向匀速拖动显像测试板5一个距离，从而使激光发生器1在不同高度扫描到的线段痕迹错开一定距离，同时记录每一条扫描出的线段痕迹所对应的光路距离；
也就是说，通过升降平台，以一定的步长单一方向改变测试距离，如设定步长的范围为1-5mm，每运动一个步长的距离，即采用控制软件在放置的平板上扫描痕迹，不同距离的位置，扫描痕迹需要错开一定距离，距离范围为2-5mm，同时记录下每一条印痕的光路距离，最终产生的扫描图样如图3所示。
步骤4，当控制主机控制激光发生器1上升到设定距离时，停止继续扫描；由此在显像测试板5上扫描出多条平行的线段痕迹，并且，每条线段痕迹均对应一个光路距离；
步骤5，采用显微镜观测显像测试板5上各条线段痕迹的宽度，各条线段痕迹按扫描先后顺序呈现由粗到细，再到粗的渐变过程；由此分为由粗变细的第一组痕迹以及由细变粗的第二组痕迹，从第一组痕迹中找到某条痕迹K1，使其与第二组痕迹中的某条痕迹K2的宽度最为相近；痕迹K1所对应的光路距离L3，痕迹K2所对应的光路距离L4，因此，光路距离L3到光路距离L4之一距离范围，即为初步确定的焦平面存在区间[L3，L4]；
也就是说，在步骤4的试验过程中，平板上的激光扫描刻痕会呈现由粗到细，再到粗的过程。根据刻痕中粗细逐渐变化过程中，采用显微镜观察测量上述刻痕，以由粗变细与由细再变粗两组刻痕中，刻痕宽度相近并且分别位于上述两组中的刻痕对应的光路距离，并认为此距离区间为焦平面存在区间，即缩小了焦平面的检测范围。
步骤6，以步骤5确定的焦平面存在区间[L3，L4]为基础，控制主机对升降机构2进行控制，从而调节激光发生器1的高度，使其场镜1.3的激光出射口到显像测试板5的垂直距离为L3；
然后，对升降机构2进行控制，使其按第二设定步长B2上升，其中，第二设定步长B2小于第一设定步长B1，例如，第二设定步长B2为0.5mm-0.99mm。并且，每运动到一个步长的距离，即在显像测试板5上扫描出一条线段痕迹；
如此不断重复，当激光发生器1的场镜1.3的激光出射口到显像测试板5的垂直距离达到L4时，停止操作；
由此在显像测试板5上扫描出多条平行的线段痕迹，并确定本次循环得到的焦平面存在区间；
步骤7，然后，在步骤6确定的焦平面存在区间的基础上，再次缩小上升的设定步长值，并采用逼近测量方式确定新的焦平面存在区间；如此不断循环，进行多次逼近测量，直到满足精度要求时，最后得到扫描出多条线段痕迹的显像测试板5，在此显像测试板5中，将最细的线段痕迹所对应的光路距离作为确定的激光光路系统的实际焦距；
例如，以步骤6所确定的焦平面存在区间为基础，缩短检测步长大小为0.5mm-1mm，继续按照前面步骤进行逼近测量，步长值可以不断缩小，如0.3-0.5mm，0.1-0.2mm等，结合显微镜的测量，最终将扫描线最细处对应的光路距离确定下来，此时的光路距离即与实际的激光光路系统的焦距相同。
步骤8，在步骤7确定激光光路系统的实际焦距后，在不同的成形系统允许的范围内，如200mm×200mm范围内，在不同位置放置染色平板，调节激光发生器1的高度，使其场镜1.3的激光出射口到染色平板的垂直距离为激光光路系统的实际焦距；然后，保持激光发生器1的高度不变，在各染色平板扫描出多条间隔的线段痕迹，并相互比较各线段痕迹的粗细情况，如果各线段痕迹的粗细相等，则认为步骤7确定的激光光路系统的实际焦距所对应的焦平面，即为最终确定的激光焦平面；如果各线段痕迹的粗细不相等，则表明升降平台或光路系统存在偏斜，调整升降平台或光路系统的姿态，再重复步骤3-步骤8，直到最终得到满足精度要求的场镜1.3的激光出射口的高度值，即为激光光路系统的实际焦距，从而确定激光焦平面。
本发明提供一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统及方法，没有激光能量分析仪的配合下，可以快速、精确、简单的确定激光熔化3D打印设备激光焦平面，并可以作为成形系统检验焦平面的快速方法，从而有利于成形制造出完全致密的零件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统，其特征在于，包括激光发生器(1)、升降机构(2)、水平移动机构(3)、固定底座(4)、显像测试板(5)以及控制主机；
所述升降机构(2)包括升降垂直导轨(2.1)、升降滑块(2.2)以及升降电机；所述水平移动机构(3)包括水平导轨(3.1)、水平滑块(3.2)以及水平移动电机；
所述固定底座(4)的一端固定安装所述升降垂直导轨(2.1)；所述升降滑块(2.2)可滑动安装于所述升降垂直导轨(2.1)上面，可沿所述升降垂直导轨(2.1)进行升降滑动；并且，所述升降滑块(2.2)与所述升降电机联动，通过所述升降电机，驱动所述升降滑块(2.2)运动；所述水平导轨(3.1)与所述升降滑块(2.2)固定；所述水平滑块(3.2)可水平滑动的安装于所述水平导轨(3.1)；并且，所述水平滑块(3.2)与所述水平移动电机联动，通过所述水平移动电机，驱动所述水平滑块(3.2)运动；
所述激光发生器(1)固定安装于所述水平滑块(3.2)上面；所述激光发生器(1)包括激光光源、准直镜(1.1)、振镜(1.2)和场镜(1.3)；所述激光光源发射的激光水路上，安装所述准直镜(1.1)；所述准直镜(1.1)发出的光束经所述振镜(1.2)进行X方向和Y方向两次反射后，向下垂直入射到所述场镜(1.3)，经所述场镜(1.3)聚焦后向下射出；
在所述固定底座(4)的上面放置所述显像测试板(5)；所述显像测试板(5)位于所述场镜(1.3)的下方；
所述控制主机分别与所述升降电机、所述水平移动电机和所述激光光源连接。
2.一种基于权利要求1所述的激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，控制主机通过激光扫描控制软件设定激光扫描基本参数，所述激光扫描基本参数包括激光功率、激光频率、激光扫描速度以及激光扫描单次线段长度值；
步骤2，在固定底座(4)上面放置显像测试板(5)；参照激光发生器(1)给出的激光焦距参考值，调节激光发生器(1)的初始高度，使激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L1，其中，L1低于激光焦距参考值，并且，差值符合设定范围；
步骤3，控制主机对升降机构(2)进行控制，使其按第一设定步长B1上升；并且，每运动到一个步长的距离，即采用以下方式：
控制主机对水平移动机构(3)进行控制，水平移动机构(3)带动激光发生器(1)行走激光扫描单次线段长度值的距离，并且，在激光发生器(1)行走的过程中，控制主机对激光发生器(1)进行控制，使其按步骤1设定的所述激光功率、所述激光频率和所述激光扫描速度在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；其中，扫描方式为：激光光源发射的激光经过准直镜(1.1)准直以及振镜(1.2)改变方向后，入射到场镜(1.3)，经场镜(1.3)聚焦后入射到显像测试板(5)，从而在显像测试板(5)的对应位置出现清晰可见的印痕；
并且，每运动一个步长的距离，即向同一方向匀速拖动显像测试板(5)一个距离，从而使激光发生器(1)在不同高度扫描到的线段痕迹错开一定距离，同时记录每一条扫描出的线段痕迹所对应的光路距离；
步骤4，当控制主机控制激光发生器(1)上升到设定距离时，停止继续扫描；由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并且，每条线段痕迹均对应一个光路距离；
步骤5，采用显微镜观测显像测试板(5)上各条线段痕迹的宽度，各条线段痕迹按扫描先后顺序呈现由粗到细，再到粗的渐变过程；由此分为由粗变细的第一组痕迹以及由细变粗的第二组痕迹，从第一组痕迹中找到某条痕迹K1，使其与第二组痕迹中的某条痕迹K2的宽度最为相近；痕迹K1所对应的光路距离L3，痕迹K2所对应的光路距离L4，因此，光路距离L3到光路距离L4之一距离范围，即为初步确定的焦平面存在区间[L3，L4]；
步骤6，以步骤5确定的焦平面存在区间[L3，L4]为基础，控制主机对升降机构(2)进行控制，从而调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离为L3；
然后，对升降机构(2)进行控制，使其按第二设定步长B2上升；其中，第二设定步长B2小于第一设定步长B1；并且，每运动到一个步长的距离，即在显像测试板(5)上扫描出一条线段痕迹；
如此不断重复，当激光发生器(1)的场镜(1.3)的激光出射口到显像测试板(5)的垂直距离达到L4时，停止操作；
由此在显像测试板(5)上扫描出多条平行的线段痕迹，并确定本次循环得到的焦平面存在区间；
步骤7，然后，在步骤6确定的焦平面存在区间的基础上，再次缩小上升的设定步长值，并采用逼近测量方式确定新的焦平面存在区间；如此不断循环，进行多次逼近测量，直到满足精度要求时，最后得到扫描出多条线段痕迹的显像测试板(5)，在此显像测试板(5)中，将最细的线段痕迹所对应的光路距离作为确定的激光光路系统的实际焦距；
步骤8，在步骤7确定激光光路系统的实际焦距后，在不同的成形系统允许的范围内，在不同位置放置染色平板，调节激光发生器(1)的高度，使其场镜(1.3)的激光出射口到染色平板的垂直距离为激光光路系统的实际焦距；然后，保持激光发生器(1)的高度不变，在各染色平板扫描出多条间隔的线段痕迹，并相互比较各线段痕迹的粗细情况，如果各线段痕迹的粗细相等，则认为步骤7确定的激光光路系统的实际焦距所对应的焦平面，即为最终确定的激光焦平面；如果各线段痕迹的粗细不相等，则表明升降平台或光路系统存在偏斜，调整升降平台或光路系统的姿态，再重复步骤3-步骤8，直到最终得到满足精度要求的场镜(1.3)的激光出射口的高度值，即为激光光路系统的实际焦距，从而确定激光焦平面。
3.根据权利要求2所述的基于激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，其特征在于，步骤1确定的所述激光扫描基本参数为：
激光功率为30-100W，激光频率为4200-20000Hz，激光扫描速度为50mm/S-500mm/S，激光扫描单次线段长度值为20-50mm。
4.根据权利要求2所述的基于激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，其特征在于，步骤2中，L1低于激光焦距参考值，其差值为30mm。
5.根据权利要求2所述的基于激光熔化3D打印设备激光焦平面确定系统的确定方法，其特征在于，步骤3中，第一设定步长B1为1-5mm，步骤6中，第二设定步长B2为0.5mm-0.99mm。
CN201910399850.6A 2019-05-14 2019-05-14 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法 Pending CN110039053A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910399850.6A CN110039053A (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910399850.6A CN110039053A (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110039053A true CN110039053A (zh) 2019-07-23

Family

ID=67281874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910399850.6A Pending CN110039053A (zh) 2019-05-14 2019-05-14 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110039053A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111619118A (zh) * 2019-12-26 2020-09-04 南京铖联激光科技有限公司 一种应用于3d打印设备的焦平面调节闭环控制系统及控制方法
CN112051304A (zh) * 2020-10-19 2020-12-08 南京理工大学 激光试验台
CN112255268A (zh) * 2020-10-19 2021-01-22 南京理工大学 一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201720608U (zh) * 2010-06-13 2011-01-26 深圳市大族激光科技股份有限公司 振镜扫描装置
CN104165596A (zh) * 2014-09-02 2014-11-26 南京中科神光科技有限公司 一种测定离焦量的方法及系统
CN105499789A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光焦点定量化的方法及焦点定量化装置
CN105642893A (zh) * 2015-10-14 2016-06-08 哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司 选区激光熔化系统激光光斑直径输出可调装置及方法
JP2016150384A (ja) * 2015-02-19 2016-08-22 トヨタ車体株式会社 レーザー溶接システム及びレーザー溶接方法
CN206509637U (zh) * 2016-12-26 2017-09-22 浙江久恒光电科技有限公司 用于平面类阀门密封面的激光表面强化加工设备
CN107891223A (zh) * 2017-11-24 2018-04-10 苏州市信德威激光科技有限公司 一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法
CN109352994A (zh) * 2018-10-30 2019-02-19 北京星航机电装备有限公司 一种适用于激光成形3d打印机焦平面的快速确定方法
CN109465553A (zh) * 2018-12-29 2019-03-15 广州新可激光设备有限公司 一种具有3d自建模的激光打标机
CN109590611A (zh) * 2018-12-18 2019-04-09 苏州青石光电技术有限公司 多卡多头协同控制系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201720608U (zh) * 2010-06-13 2011-01-26 深圳市大族激光科技股份有限公司 振镜扫描装置
CN104165596A (zh) * 2014-09-02 2014-11-26 南京中科神光科技有限公司 一种测定离焦量的方法及系统
JP2016150384A (ja) * 2015-02-19 2016-08-22 トヨタ車体株式会社 レーザー溶接システム及びレーザー溶接方法
CN105642893A (zh) * 2015-10-14 2016-06-08 哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司 选区激光熔化系统激光光斑直径输出可调装置及方法
CN105499789A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光焦点定量化的方法及焦点定量化装置
CN206509637U (zh) * 2016-12-26 2017-09-22 浙江久恒光电科技有限公司 用于平面类阀门密封面的激光表面强化加工设备
CN107891223A (zh) * 2017-11-24 2018-04-10 苏州市信德威激光科技有限公司 一种利用激光焊接铝塑膜的装置及工艺方法
CN109352994A (zh) * 2018-10-30 2019-02-19 北京星航机电装备有限公司 一种适用于激光成形3d打印机焦平面的快速确定方法
CN109590611A (zh) * 2018-12-18 2019-04-09 苏州青石光电技术有限公司 多卡多头协同控制系统
CN109465553A (zh) * 2018-12-29 2019-03-15 广州新可激光设备有限公司 一种具有3d自建模的激光打标机

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111619118A (zh) * 2019-12-26 2020-09-04 南京铖联激光科技有限公司 一种应用于3d打印设备的焦平面调节闭环控制系统及控制方法
CN111619118B (zh) * 2019-12-26 2022-03-04 南京铖联激光科技有限公司 一种应用于3d打印设备的焦平面调节闭环控制系统及控制方法
CN112051304A (zh) * 2020-10-19 2020-12-08 南京理工大学 激光试验台
CN112255268A (zh) * 2020-10-19 2021-01-22 南京理工大学 一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法
CN112255268B (zh) * 2020-10-19 2023-07-25 南京理工大学 一种研究典型含能材料在激光刺激下的反应特性的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110039053A (zh) 一种激光熔化3d打印设备激光焦平面确定系统及方法
CN109926711A (zh) 一种自动获取激光焦点的方法及自动获取激光焦点的加工装置
CN106001927B (zh) 一种测量加工一体化的激光平整化抛光方法
CN102248307B (zh) 用于不同极限孔径的紫外激光双光头精细加工装置及方法
CN102500627B (zh) 一种板材的宽度、边部形状、边部缺陷测量仪及测量方法
CN103846529B (zh) 用于集装箱前墙板的自动焊接装置及焊接系统
CN108098146A (zh) 一种非平整面高精度激光增材成形方法
CN206122898U (zh) 自动摄像单头激光切割机
CN104677912B (zh) 产品外观检测系统及检测方法
CN104493492A (zh) 激光选区熔化与铣削复合加工设备及加工方法
KR101943239B1 (ko) 갠트리 장치 및 제어 방법
CN105789083B (zh) 一种光波导晶圆表面检测装置
CN109158600B (zh) 同步送粉激光增材制造光斑与粉斑相对位置自动匹配的装置及方法
CN110465749A (zh) 一种激光打标机及定位打标方法
CN110153417A (zh) 一种激光成型设备
CN104085190A (zh) 一种喷墨打印机用凹凸面定位及打印方法
CN116013189B (zh) 一种Mini LED/Micro LED屏幕的亮度校正方法和装置
CN112008231A (zh) 一种激光自动校准机构及其校准方法
CN109465328A (zh) Ccd多点微孔自动定位全自动多组群微孔喷丝板冲孔机及冲孔方法
CN106113505A (zh) 一种基于光固化技术的3d打印光源系统
CN107056089A (zh) 一种光纤涂覆模座的在线调节系统
CN110076451A (zh) 激光加工装置及激光焦距补偿方法
CN109465553B (zh) 一种具有3d自建模的激光打标机
CN205798711U (zh) 一种测量加工一体化的激光平整化抛光装置
CN110006921B (zh) 一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190723