CN110153417A - 一种激光成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光制造技术领域，尤其涉及一种激光成型设备，第一动力输出源带动成型基板沿竖直方向移动，第二动力输出源带动刮粉装置移动到成型基板的上方，并将成型粉末铺在成型基板上，阵列激光源发射多束激光，多束激光依次通过线光斑振镜组的处理以及场镜的聚焦，在成型基板上形成线状激光光斑，以对成型基板上的成型粉末进行激光成型。本发明的激光成型设备能够形成线状激光光斑，通过线状激光光斑对成型基板上的成型粉末进行激光成型，解决了现有技术的激光成型是通过扫描振镜控制激光光斑逐点扫描，逐点成线，逐线成面，层层堆积而成，成型时间长的问题，提高了激光成型的速度和效率。

Description

一种激光成型设备

技术领域

本发明属于激光制造技术领域，尤其涉及一种激光成型设备。

背景技术

激光3D打印又叫做增材制造、快速成型。打印原理是将三维CAD作为数模，首先在成型基板上均匀铺一层金属粉末，利用高能激光束根据成型零件切片二维数据熔化金属粉末，然后在成型基板上再铺下一层金属粉末，再根据下一层成型零件切片二维数据熔化金属粉末并与上一层结合在一起，如此逐层打印累加而得到致密的三维实体零件。成型的金属零件致密度高、强度大、表面粗糙度低、并能减少个性化的复杂零件的前期投资成本和节省生产周期，故其被广泛应用在汽车、航空航天、模具、珠宝、医疗等领域。

但是市面上，常见的选区激光熔化激光3D打印成型设备大多采用的是点光斑选区激光熔化成型技术，该技术特点是通过扫描振镜控制激光光斑逐点扫描，即逐点成线，逐线成面，层层堆积而成，成型时间长，尤其影响大零件打印效率，限制了该技术批量化生产的能力。同时，目前市面上选区激光熔化激光3D打印成型设备都是采用光纤激光器，由于该波段只能对部分有色金属材料吸收率高，对于高反金属材料以及非金属材料吸收率低，大大限制了该技术的广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光成型设备，旨在解决现有技术的激光成型是通过扫描振镜控制激光光斑逐点扫描，逐点成线，逐线成面，层层堆积而成，成型时间长的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种激光成型设备，包括：成型基板、第一动力输出源、刮粉装置、第二动力输出源、阵列激光源、线光斑振镜组以及场镜；

所述成型基板与所述第一动力输出源的输出轴连接，所述第一动力输出源可带动所述成型基板沿竖直方向移动，所述刮粉装置与所述第二动力输出源的输出轴连接，所述第二动力输出源可带动所述刮粉装置移动以将成型粉末铺在所述成型基板上，所述阵列激光源发射多束激光，所述线光斑振镜组和所述场镜依次设置在激光的光路上，多束所述激光依次通过所述线光斑振镜组的处理以及所述场镜的聚焦，在所述成型基板上形成照射成型粉末的线状激光光斑。

进一步地，所述线光斑振镜组包括：X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜以及线光斑微振动振镜；

所述线光斑微振动振镜通过自身的微振动，使所述阵列激光源发射的多束激光形成线状激光，所述线状激光聚焦在所述成型基板上形成线状激光光斑，所述X轴扫描振镜和所述Y轴扫描振镜通过自身角度的调整，以调整所述线状激光光斑的位置。

进一步地，所述线状激光光斑中的各激光光斑的光斑形状大小、光斑能量相同。

进一步地，所述阵列激光源包括激光源及分光器，所述激光源发射主激光，所述分光镜对所述激光源发射的主激光进行分光处理，生成多束激光。

进一步地，所述激光成型设备还包括：整形装置，所述整形装置设置在激光的光路上，并位于所述阵列激光源和所述线光斑振镜组之间，用于对所述激光进行准直及整形。

进一步地，所述激光成型设备还包括：成型平台，所述成型平台上开设有与所述成型基板对应的开口，所述成型基板沿竖直方向移动，并可通过所述开口。

进一步地，所述成型平台上还设有收粉槽，所述刮粉装置还用于将所述成型基板上多余的成型粉末收纳入所述收粉槽中。

进一步地，所述成型平台上设有两个所述收粉槽，两个所述收粉槽分别位于所述开口的两侧。

进一步地，所述激光成型设备还包括：控制器，所述控制器分别与所述第一动力输出源、所述刮粉装置、所述第二动力输出源、所述阵列激光源、所述X轴扫描振镜、所述Y轴扫描振镜以及所述线光斑微振动振镜电性连接；

所述控制器控制所述第一动力输出源带动所述成型基板沿竖直方向移动，控制所述刮粉装置将成型粉末铺在所述成型基板上，控制所述第二动力输出源带动所述刮粉装置移动到所述成型基板的上方，控制所述阵列激光源发射多束激光，控制所述X轴扫描振镜和所述Y轴扫描振镜的角度，控制所述线光斑微振动振镜的振动频率。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种激光成型设备，包括：成型基板、第一动力输出源、刮粉装置、第二动力输出源、阵列激光源、线光斑振镜组以及场镜。第一动力输出源带动成型基板沿竖直方向移动，第二动力输出源带动刮粉装置移动到成型基板的上方，并将成型粉末铺在成型基板上，阵列激光源发射多束激光，多束激光依次通过线光斑振镜组的处理以及场镜的聚焦，在成型基板上形成线状激光光斑，以对成型基板上的成型粉末进行激光成型。本发明的激光成型设备能够形成线状激光光斑，通过线状激光光斑对成型基板上的成型粉末进行激光成型，解决了现有技术的激光成型是通过扫描振镜控制激光光斑逐点扫描，逐点成线，逐线成面，层层堆积而成，成型时间长的问题，提高了激光成型的速度和效率。

附图说明

图1是本发明实施例的激光成型设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中若干激光光斑形成线状激光光斑的示意图。

在附图中，各附图标记表示：1、成型基板；2、第一动力输出源；3、刮粉装置；4、阵列激光源；5、线光斑振镜组；51、X轴扫描振镜；52、Y轴扫描振镜；53、线光斑微振动振镜；6、场镜；7、整形装置；8、成型平台；81、开口；82、收粉槽；100、激光；200、线状激光光斑；201、激光光斑。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，是本发明提供的一种激光成型设备，包括：成型基板1、第一动力输出源2、刮粉装置3、第二动力输出源、阵列激光源4、线光斑振镜组5以及场镜6。成型基板1与第一动力输出源2的输出轴连接，第一动力输出源2可带动成型基板1沿竖直方向移动，刮粉装置3与第二动力输出源的输出轴连接，第二动力输出源可带动刮粉装置3移动以将成型粉末铺在成型基板1上，阵列激光源4发射多束激光100，线光斑振镜组5和场镜6依次设置在激光100的光路上，多束激光100依次通过线光斑振镜组5的处理以及场镜6的聚焦，在成型基板1上形成照射成型粉末的线状激光光斑200。

本发明的激光成型设备能够形成线状激光光斑，通过线状激光光斑对成型基板上的成型粉末进行激光成型，解决了现有技术的激光成型是通过扫描振镜控制激光光斑逐点扫描，逐点成线，逐线成面，层层堆积而成，成型时间长的问题，提高了激光成型的速度和效率。

请参阅图1，线光斑振镜组5包括：X轴扫描振镜51、Y轴扫描振镜52以及线光斑微振动振镜53。线光斑微振动振镜53通过自身的微振动，使阵列激光源4发射的多束激光100形成线状激光，线状激光聚焦在成型基板1上形成线状激光光斑200，X轴扫描振镜51和Y轴扫描振镜52通过自身角度的调整，以调整线状激光光斑200的位置。

具体地，阵列激光源4可以包括：激光源及分光器，激光源发射主激光，分光镜对激光源发射的主激光进行分光处理，生成多束激光100；阵列激光源4也可以是多个平行的激光源，用于发射多束激光100。阵列激光光源4可以选用不同波段类型的多激光器光源，不同波段激光光源类型可以是近红外线光斑、蓝色线光斑、绿色线光斑、紫外线光斑中的一种。本发明专利可以选用不同波段激光光源类型，实现打印多种不同的材料，尤其是针对高反金属材料和非金属材料，突破该技术瓶颈，大大扩大了该技术的应用范围。

仍请参阅图1，激光成型设备还包括：整形装置7，整形装置7设置在激光100的光路上，并位于阵列激光源4和线光斑振镜组5之间，用于对激光100进行准直及整形，使激光100的质量更好，使线状激光光斑200中的各激光光斑201的光斑形状大小、光斑能量相同。

激光成型设备还包括：成型平台8，成型平台8上开设有与成型基板1对应的开口81，成型基板1沿竖直方向移动，并可通过开口81。成型平台8上还设有收粉槽82，刮粉装置3还用于将成型基板1上多余的成型粉末收纳入收粉槽82中。进一步地，成型平台8上设有两个收粉槽82，两个收粉槽82分别位于开口81的两侧，使刮粉装置3在来回铺粉的过程中，每次铺粉时都能将多余的成型粉末带入收粉槽82中。

激光成型设备还包括：控制器，控制器分别与第一动力输出源2、刮粉装置3、第二动力输出源、阵列激光源4、X轴扫描振镜51、Y轴扫描振镜52以及线光斑微振动振镜53电性连接。控制器控制第一动力输出源2带动成型基板1沿竖直方向移动，控制刮粉装置3将成型粉末铺在成型基板1上，控制第二动力输出源带动刮粉装置3移动到成型基板1的上方，控制阵列激光源4发射多束激光100，控制X轴扫描振镜51和Y轴扫描振镜52的角度，控制线光斑微振动振镜53的振动频率。

本发明中的激光成型设备的工作过程如下：首先，控制器控制阵列激光源4发射多束激光100，多束激光100依次通过线光斑振镜组5的处理以及场镜6的聚焦，在成型基板1上形成照射成型粉末的线状激光光斑200；控制器控制第一动力输出源2带动成型基板1沿竖直方向移动到成型平台8的开口81处，然后控制第二动力输出源带动刮粉装置3移动到成型基板1的上方，控制刮粉装置3将成型粉末铺在成型基板1上；控制X轴扫描振镜51和Y轴扫描振镜52的角度，以调整线状激光光斑200的位置，使线状激光光斑200按照预置的成型轨迹对成型粉末进行激光成型打印，然后再重复铺粉、成型打印的步骤，如此往复，层层叠加，直到激光成型完成，该方法大大提高打印零件的效率和质量，缩短制造周期，降低成本，推动该技术的批量化生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光成型设备，其特征在于，包括：成型基板、第一动力输出源、刮粉装置、第二动力输出源、阵列激光源、线光斑振镜组以及场镜；

所述成型基板与所述第一动力输出源的输出轴连接，所述第一动力输出源可带动所述成型基板沿竖直方向移动，所述刮粉装置与所述第二动力输出源的输出轴连接，所述第二动力输出源可带动所述刮粉装置移动以将成型粉末铺在所述成型基板上，所述阵列激光源发射多束激光，所述线光斑振镜组和所述场镜依次设置在激光的光路上，多束所述激光依次通过所述线光斑振镜组的处理以及所述场镜的聚焦，在所述成型基板上形成照射成型粉末的线状激光光斑。

2.如权利要求1所述的激光成型设备，其特征在于，所述线光斑振镜组包括：X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜以及线光斑微振动振镜；

所述线光斑微振动振镜通过自身的微振动，使所述阵列激光源发射的多束激光形成线状激光，所述线状激光聚焦在所述成型基板上形成线状激光光斑，所述X轴扫描振镜和所述Y轴扫描振镜通过自身角度的调整，以调整所述线状激光光斑的位置。

3.如权利要求2所述的激光成型设备，其特征在于，所述线状激光光斑中的各激光光斑的光斑形状大小、光斑能量相同。

4.如权利要求2所述的激光成型设备，其特征在于，所述阵列激光源包括激光源及分光器，所述激光源发射主激光，所述分光镜对所述激光源发射的主激光进行分光处理，生成多束激光。

5.如权利要求2所述的激光成型设备，其特征在于，所述激光成型设备还包括：整形装置，所述整形装置设置在激光的光路上，并位于所述阵列激光源和所述线光斑振镜组之间，用于对所述激光进行准直及整形。

6.如权利要求2所述的激光成型设备，其特征在于，所述激光成型设备还包括：成型平台，所述成型平台上开设有与所述成型基板对应的开口，所述成型基板沿竖直方向移动，并可通过所述开口。

7.如权利要求6所述的激光成型设备，其特征在于，所述成型平台上还设有收粉槽，所述刮粉装置还用于将所述成型基板上多余的成型粉末收纳入所述收粉槽中。

8.如权利要求7所述的激光成型设备，其特征在于，所述成型平台上设有两个所述收粉槽，两个所述收粉槽分别位于所述开口的两侧。

9.如权利要求2至8任一项所述的激光成型设备，其特征在于，所述激光成型设备还包括：控制器，所述控制器分别与所述第一动力输出源、所述刮粉装置、所述第二动力输出源、所述阵列激光源、所述X轴扫描振镜、所述Y轴扫描振镜以及所述线光斑微振动振镜电性连接；

所述控制器控制所述第一动力输出源带动所述成型基板沿竖直方向移动，控制所述刮粉装置将成型粉末铺在所述成型基板上，控制所述第二动力输出源带动所述刮粉装置移动到所述成型基板的上方，控制所述阵列激光源发射多束激光，控制所述X轴扫描振镜和所述Y轴扫描振镜的角度，控制所述线光斑微振动振镜的振动频率。