CN115016115B - 一种多激光单振镜3d打印扫描方法 - Google Patents
一种多激光单振镜3d打印扫描方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种多激光单振镜3D打印扫描方法，属于3D打印技术领域，该方法包括以下步骤：1)沿一条直线等间距排列的多个激光分别向振镜的同一个位置发射光束，光束经过振镜反射后投影至激光打印工作面上，形成多个等直径的光斑，根据光斑直径以及各光斑连线的方向确定扫描方向；2)生成一个打印数据包，基于各光斑连线与扫描方向的夹角、扫描速度和光斑直径计算相邻两个激光的启动的延时时长，进而计算出每个激光的实际启动时间，用实际启动时间代替打印数据包中初始启动时间，按照替换启动时间后的数据包完成打印图像的扫描，本发明在实现高效率打印的同时，对振镜的精度和稳定性要求较低。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种多激光单振镜3D打印扫描方法。
背景技术
激光3D打印使用的是一束激光，经过振镜模块反射后，在打印工作面上逐层进行图案扫描打印的一种方式。根据打印材质不同，目前共有SLA、SLS、SLM等几种类型。随着激光3D打印技术的逐渐成熟，打印需求已经从能实现打印向高效率实现打印过渡，要实现高效率打印最常用的就是多振镜方案，使用2只以上的振镜进行同时打印，目前业内最高已有12只振镜同时打印的设备了。随着温度、湿度、震动等环境变化、电机的机械磨损等原因，导致振镜电机丢步，一定时间后产生偏差，影响零件的成型质量，因此需要及时对振镜进行误差补偿以减少偏差，因此，在使用振镜进行高精密激光加工的过程中，经常需要对振镜加工精度提出苛刻要求。
目前传统的多振镜方案如申请公布号为CN112414674A公开的一种多振镜激光拼接校准的快速处理方法，包括以下步骤：S1、搭建多振镜校准平台；S2、分别校准各个单振镜精度；S3、校正多个振镜之间中心距；S4、校正多个振镜之间扫描拼接的一致性；S5、校正多个振镜之间拼接的角度偏移；S6、核定校准文件的准确性。当前多激光头3D金属打印设备最大的应用障碍即为多头拼接问题，多头拼接的精确度以及稳定性一直是一个障碍。与此同时，多头拼接仅仅只需要拼接多激光头之间的交界处，需要每一个图案的每一个角落，均能高精度高稳定的拼接。同时多套振镜在长期使用后，由于长时间漂移，工作温度变化以及模块机械应力变化等原因，多振镜之间的拼接状态也会出现变化，因此多激光打印对振镜的精度和稳定性要求极为苛刻。
发明内容
本发明提供了一种多激光单振镜3D打印扫描方法，以在保持高效率打印的同时，解决现有多振镜方案中多振镜之间的拼接状态难以控制，对多振镜的安装精度和安装稳定性要求极高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及一种多激光单振镜3D打印扫描方法，其包括以下步骤：
1)沿一条直线等间距排列的多个激光分别向振镜的同一个位置发射光束，光束经过振镜反射后投影至激光打印工作面上，形成多个等直径的光斑；通过光斑的直径以及所有光斑的连线的方向确定扫描方向，根据扫描方向反向推出激光的运行方向，使得相邻的激光的扫描区域不重叠、无间隙，进而保证扫描质量和提高扫描效率；
2)生成一个打印数据包，打印数据包内包括每个激光的启动时间，初始状态下，各激光的启动时间是相同的，基于各光斑连线与扫描方向的夹角、扫描速度和光斑直径计算相邻两个激光的启动的延时时长，以沿扫描方向最靠后的激光的启动时间为基准，结合延时时长计算每个激光的实际启动时间，用实际启动时间代替打印数据包中初始启动时间，按照替换启动时间后的数据包完成打印图像的扫描。
优选地，所述的振镜和激光打印工作面之间还设有聚焦透镜，振镜反射的光束经过聚焦透镜改变光束直径，在投影到激光打印工作面上，聚焦透镜与振镜之间的距离、聚焦透镜与激光打印工作面之间的距离均保持不变，进而在激光打印工作面上形成固定直径的光斑。
优选地，所述步骤2)中计算相邻两个激光的启动的延时时长的计算公式为：
公式中，t表示相邻两个激光的启动的延时时长；D表示光斑的直径；V表示扫描速度，即激光的运行速度；α表示各光斑连线与扫描方向的夹角；
通过所得的相邻两个激光的启动的延时时长t，依次计算每个激光的启动时间。
优选地，所述步骤2)中打印数据包还包括激光的扫描速度，各激光的扫描速度均相同。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明涉及的多激光单振镜3D打印扫描方法利用多个激光分别向一个振镜的同一位置射出光束，经过振镜的反射和聚焦透镜的聚焦在打印工作面上形成多个圆形光斑，通过光斑的直径以及所有光斑的连线的方向确定扫描方向，根据扫描方向反向推出激光的运行方向，使得相邻的激光的扫描区域不重叠、无间隙；采用多个激光同时对同一个目标进行扫描，进而提高扫描效率。
2.本发明多束激光在振镜处汇合于同一个位置反射，振镜镜片处的光束与单束激光光束的尺寸基本相同，免除了n束振镜需要振镜反射镜片相应增大n倍的需求。振镜反射镜片即使不考虑厚度变化，镜片转动惯量与镜片的尺寸4次方成正比，如使用n束激光平行入射振镜反射镜的方式，振镜反射镜尺寸变为原来的n倍，则转动惯量增大为原来的n4倍。以8激光为例，振镜镜片的转动惯量增大4096倍，这个数值会大幅度降低振镜电机系统的频响，使其失去实用价值。
3.本发明涉及的多激光单振镜3D打印扫描方法利用多个激光分别向一个振镜的同一位置射出光束，经过振镜的反射和聚焦透镜的聚焦在打印工作面上形成多个距离较远的圆形光斑，基于沿扫描方向最靠后的激光的启动时间为基准，给每个激光的启动时间增加延时时长，进而使用一个振镜就能达到多振镜扫描的效果，在实现高效率打印的同时，对振镜的精度和稳定性要求相对较低。
附图说明
图1是本发明涉及的多激光单振镜3D打印扫描方法的原理图；
图2是本发明涉及的初始状态下投射到打印工作面上的光斑分布图；
图3是计算相邻激光的延时时长的原理图；
图4是需要打印的向量与增加延时后的数据的形式图。
图示说明：1-光束，2-振镜，3-聚焦透镜，4-打印工作面，5-光斑
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明涉及一种多激光单振镜3D打印扫描方法，其包括以下步骤：
1)参照附图1和2所示，沿一条直线等间距排列的多个激光，多个激光的运行方向和运行速度均相同，多个激光分别向振镜的同一个位置发射光束，光束经过振镜反射及聚焦透镜的聚焦后，投影至激光打印工作面上，当所有激光处于初始位置时，形成多个有距离的等直径的光斑，且由于激光是沿着一条直线设置的，投影至激光打印工作面4上的光斑5的圆心也在同一条直线上；
本方案中，聚焦透镜3与振镜2之间的距离、聚焦透镜3与激光打印工作面4之间的距离均保持不变，进而在激光打印工作面4上形成光斑5的直径为固定值，通过光斑5的直径以及所有光斑5的连线的方向确定扫描方向，如图3所示，当扫描方向与所有光斑5的连线的方向的夹角为α时，相邻的激光的扫描区域不重叠、无间隙，再根据扫描方向反向推出激光的运行方向。
2)系统生成一个打印数据包，打印数据包内包括每个激光的启动时间和扫描速度，扫描速度可根据需求输入，通过控制激光的运行速度决定，初始状态下，各激光的启动时间是相同的；结合附图3所示，基于各光斑连线与扫描方向的夹角、扫描速度和光斑直径计算相邻两个激光的启动的延时时长，计算公式为：
公式中，t表示相邻两个激光的启动的延时时长；D表示光斑的直径；V表示扫描速度，即激光的运行速度；α表示各光斑连线与扫描方向的夹角；
结合附图4所示，图4中左边的向量为需要打印的向量当，中间图像为各打印光斑的分布图，以沿扫描方向最靠后的激光的启动时间为基准，结合延时时长依次计算各个激光的实际启动时间，用实际启动时间代替打印数据包中的初始启动时间，形成如图4右边实际向量，对每个激光发布对应的打印数据包，完成对打印图像的扫描。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种多激光单振镜3D打印扫描方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）沿一条直线等间距排列的多个激光分别向振镜的同一个位置发射光束，光束经过振镜反射后投影至激光打印工作面上，形成多个等直径的光斑；通过光斑的直径以及所有光斑的连线的方向确定扫描方向，根据扫描方向反向推出激光的运行方向，使得相邻的激光的扫描区域不重叠、无间隙；
2）生成一个打印数据包，打印数据包内包括每个激光的启动时间，初始状态下，各激光的启动时间是相同的，基于各光斑连线与扫描方向的夹角、扫描速度和光斑直径计算相邻两个激光的启动的延时时长，计算公式为：
，
公式中，t表示相邻两个激光的启动的延时时长；D表示光斑的直径；V表示扫描速度，即激光的运行速度；α表示各光斑连线与扫描方向的夹角；
以沿扫描方向最靠后的激光的启动时间为基准，结合延时时长计算每个激光的实际启动时间，用实际启动时间代替打印数据包中初始启动时间，按照替换启动时间后的数据包完成打印图像的扫描。
2.根据权利要求1所述的多激光单振镜3D打印扫描方法，其特征在于：所述的振镜和激光打印工作面之间还设有聚焦透镜，振镜反射的光束经过聚焦透镜改变光束直径，在投影到激光打印工作面上，聚焦透镜与振镜之间的距离、聚焦透镜与激光打印工作面之间的距离均保持不变，进而在激光打印工作面上形成固定直径的光斑。
3.根据权利要求1所述的多激光单振镜3D打印扫描方法，其特征在于：所述步骤2）中打印数据包还包括激光的扫描速度，各激光的扫描速度均相同。
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