CN115138873B - 多激光扫描打印系统及多激光同步耦合扫描打印方法 - Google Patents

多激光扫描打印系统及多激光同步耦合扫描打印方法 Download PDF

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Abstract

一种多激光扫描打印系统包括控制装置、多个激光发射装置及与多个激光发射装置分别对应的多个扫描振镜装置，控制装置用于控制多个激光发射装置发射激光束及控制多个扫描振镜装置运动使多个激光束经多个扫描振镜装置后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外。本发明还提供了一种多激光同步耦合扫描打印方法。

Description

多激光扫描打印系统及多激光同步耦合扫描打印方法
技术领域
本发明涉及3D激光打印成型技术领域，特别涉及一种多激光扫描打印系统及一种多激光同步耦合扫描打印方法。
背景技术
3D激光打印技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在激光打印的过程中，如果单个激光发射器对应的扫描范围小于需要打印的范围，则采用多个激光发射器与多振镜配合方式进行打印。在同时打印过程中，多个激光发射器发射的多束激光在扫面方向上往往存在一前一后的现象，对应地，使得处于前方的激光束因打印飞溅所产生的烟尘影响了后面激光束的纯净度，进而影响打印质量。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种多激光扫描打印系统及一种多激光同步耦合扫描打印方法，以减少烟尘对打印质量的影响。
一种多激光扫描打印系统，包括控制装置、多个激光发射装置及与多个激光发射装置分别对应的多个扫描振镜装置，控制装置用于控制多个激光发射装置发射激光束及控制多个扫描振镜装置运动使多个激光束经多个扫描振镜装置后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外。
一种多激光同步耦合扫描打印方法，通过控制装置控制多个激光发射装置发射激光束及控制多个扫描振镜装置运动使多个激光束经多个扫描振镜装置后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外。
上述多激光扫描打印系统及多激光同步耦合扫描打印方法在打印过程中，由于在预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外，如此，同时进行扫描打印的多个激光束即使在扫描方向上存在一前一后的位置，也不会使前方的激光束在打印时飞溅产生的烟尘影响到后方的激光束，从而保证每一激光束打印时的纯净度，提高成型产品的打印质量。
附图说明
图1为一种多激光扫描打印系统的示意图。
图2为图1的多激光扫描打印系统在打印时的激光束间隔示意图。
图3为图2中的重叠区域由三束激光打印时的激光束间隔的示意图。
图4为图1的多激光扫描打印系统在打印时的风向示意图。
图5为多束激光对同一子区域进行扫描打印的示意图。
图6为一种多激光同步耦合扫描打印方法的流程图。
主要元件符号说明
多激光扫描打印系统 100
控制装置 10
激光发射装置 20
扫描振镜装置 30
激光束 1、2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明提供了一种多激光扫描打印系统100，所述多激光扫描打印系统100包括用于成型产品。所述多激光扫描打印系统100包括控制装置10、多个激光发射装置20及与多个激光发射装置20分别对应的多个扫描振镜装置30。所述控制装置10连接所有激光发射装置20及所述扫描振镜装置30，用于控制所述多个激光发射装置20发射激光束及控制多个扫描振镜装置30运动使多个激光束经多个扫描振镜装置30后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，以使激光束将加工平台上的金属粉末熔化并经冷却后形成待成型产品的基材层。
请参阅图2，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束1、2在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束1、2的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外。如此，同时进行扫描打印的多个激光束即使在扫描方向上存在一前一后的位置，前方的激光束1在打印时飞溅产生的烟尘也不会影响到后方的激光束2，从而使每一激光束不受其他激光束因打印飞溅产生的烟尘的影响，保证了每一激光束在打印时的纯净度，提高成型产品的打印质量。
在一实施方式中，所述预设值为D1，D＝k1*a1+k2*a2，其中，a1为激光火焰宽度；控制装置10将同一时段具有多个激光束进行打印的区域划分为多个子区域，a2为子区域的宽度；k1为火焰影响因子；k2为宽度系数。具体地，在一实施方式中，a1小于1mm，a2小于200mm，k1＝2，k2＝1.5。所述任意两激光束在垂直于扫描方向上的距离为D2，D2>D1。
下面对子区域的宽度a2进行说明，在图2中，边线a，b，c，d组成的区域为待打印区，由两个激光发射装置20发射激光束1、2进行扫描打印，两激光发射装置20对应的扫描振镜装置30的两扫描区域为由a，b，f，g组成的区域及由g，b，c，d组成的区域，由g，b，e，d组成的区域为两扫描区域的重叠区域。在重叠区域内，由两激光束1、2在同一时段内共同完成打印。在分配扫描路径时，控制装置10将该重叠区域沿扫描方向分为多个子区域：g、h之间的子区域，h、i之间的区域，i、j之间的区域及j、f之间的子区域。g、h之间的宽度，h、i之间的宽度，i、j之间的宽度及j、f之间的宽度即为所述子区域的宽度。在一实施方式中，所述g、h之间的宽度，h、i之间的宽度，i、j之间的宽度及j、f之间的宽度相同，在其他实施方式中，所述g、h之间的宽度，h、i之间的宽度，i、j之间的宽度及j、f之间的宽度不同。控制装置10控制两激光束1、2沿扫描方向依次扫描打印g至f之间的子区域。
如图3，一子区域的宽度内的激光束1、2因打印飞溅产生的烟尘的示意图。激光束1沿扫描方向上处于激光束2的前方，激光束1因打印飞溅所产生烟尘的范围为激光束1的打印点、线条m，n构成的区域，激光扫描打印过程中，是分段扫描，即依次对子区域进行扫描打印，可以看出，子区域沿扫描方向的宽度越大，为了使处于前方的激光束1因打印飞溅所产生的烟尘不影响在后激光束2，激光束2在垂直于扫描方向上与激光束1的距离应越大。可以理解，激光火焰越宽，为了使处于前方的激光束1因打印飞溅所产生的烟尘不影响在后激光束2，激光束2在垂直于扫描方向上与激光束1的距离也应越大。因此，距离D2适用于大于D1，D1＝k1*a1+k2*a2，k1及k2的设定可通过对将进行打印的激光束进行多次实验获得。
在其他实施方式中，所述预设值为一固定值，如10mm，该固定值以使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外为原则设定。
图2中仅示出了两激光束1、2，在其他实施方式中，如图3，所述多激光扫描打印系统可包括三个或更多的激光发射装置20及对应的三个及更多的扫描振镜装置30，以通过三束或更多束激光进行扫描打印。对应地，在通过三个或更多束激光对同一子区域进行扫描打印时，每两两相邻的激光束在垂直于扫描方向上的距离D2都满足D2>D1。
请参阅图4，在一实施方式中，所述扫描方向与用于净化激光束因打印产生的烟尘的风的方向相反。如此，由于逆风扫描打印，可减少激光扫描打印飞溅时产生的烟尘飞向未打印的区域，从而进一步提高打印质量。
如图5，在通过多个激光束打印同一子区域时，控制装置10将子区域在垂直于扫描上分为多个扫描子区并控制多个激光发射装置20发射的多个激光束对多个扫描子区间隔地进行打印，使多个激光束打印时在垂直于扫描方向上的距离D2始终大于D1。具体地，如图5，由两激光束1、2在同一时段打印一子区域，该子区域被分为y1，y2，y3，y4，y5等多个扫描子区，控制装置10控制两激光束1、2先分别打印扫描子区y1，y3，再由两激光束1、2再分别打印扫描子区y2，y4，如此循环，完成该子区域的扫描打印。可以理解，在同一时间打印的两个扫描子区之间的间隔，根据D1的大小进行调节，可以间隔不只一个扫描子区，也可是多个扫描子区，如先扫描y1及y4，再扫描y2，y5，如此循环，完成该子区域的扫描打印，以使多个激光束打印时在垂直于扫描方向上的距离D2始终大于D1为准。同理，通过三束激光或更多束激光在同一时段打印一子区域时，三束激光或更多束激光对应的多个子区域上的位置两两间隔，对多个子区域进行扫描打印。
请参阅图6，为本发明提供的一种多激光同步耦合扫描打印方法，所述多激光同步耦合扫描打印方法包括的步骤如下。
步骤S1：提供多个激光发射装置20。
步骤S2：提供与多个激光发射装置20对应的多个扫描振镜装置30。
步骤S3：通过控制装置10控制多个激光发射装置20发射激光束及控制多个扫描振镜装置30运动使多个激光束经多个扫描振镜装置30后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外。所述激光束的数量可为两个、三个或更多个。
在一实施方式中，所述预设值为D1，D＝k1*a1+k2*a2，其中，a1为激光火焰宽度；同一时段具有多个激光束进行打印的区域被划分为多个子区域，a2为子区域的宽度；k1为火焰影响因子；k2为宽度系数。具体地，在一实施方式中，a1小于1mm，a2小于200mm，k1＝2，k2＝1.5。所述任意两激光束在垂直于扫描方向上的距离为D2，D2>D1。多个子区域的宽度可以相同，也可以不同。
在另一实施方式中，所述预设值为一固定值，如10mm，该固定值以使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外为原则设定。
在一实施方式中，所述扫描方向与用于净化激光束因打印产生的烟尘的风的方向相反。
在一实施方式中，在通过多个激光束打印同一子区域时，通过控制装置10将子区域在垂直于扫描上分为多个扫描子区并控制多个激光发射装置20发射的多个激光束对多个扫描子区间隔地进行打印，使多个激光束打印时在垂直于扫描方向上的距离D2始终大于D1。
上述多激光扫描打印系统100及多激光同步耦合扫描打印方法在打印过程中，由于在预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外，如此，同时进行扫描打印的多个激光束即使在扫描方向上存在一前一后的位置，也不会使前方的激光束在打印时飞溅产生的烟尘影响到后方的激光束，从而保证每一激光束打印时的纯净度，提高成型产品的打印质量。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明所公开的范围之内。

Claims (8)

1.一种多激光扫描打印系统，包括控制装置、多个激光发射装置及与多个激光发射装置分别对应的多个扫描振镜装置，其特征在于，控制装置用于控制多个激光发射装置发射激光束及控制多个扫描振镜装置运动使多个激光束经多个扫描振镜装置后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外；
所述预设值为D1，D1＝k1*a1+k2*a2，其中，a1为激光火焰宽度；控制装置将同一时段具有多个激光束进行打印的区域沿扫描方向划分为多个子区域，a2为子区域的宽度；k1为火焰影响因子；k2为宽度系数；子区域的形状为矩形；k1和k2为通过对将进行打印的激光束进行多次实验获得的参数。
2.如权利要求1所述的多激光扫描打印系统，其特征在于，在通过多个激光束打印同一子区域时，控制装置将子区域在垂直于扫描上分为多个扫描子区并控制多个激光发射装置发射的多个激光束对多个扫描子区间隔地进行打印。
3.如权利要求1所述的多激光扫描打印系统，其特征在于，所述多个子区域的宽度不同。
4.如权利要求1所述的多激光扫描打印系统，其特征在于，所述扫描方向与用于净化激光束因打印产生的烟尘的风的方向相反。
5.一种多激光同步耦合扫描打印方法，其特征在于，通过控制装置控制多个激光发射装置发射激光束及控制多个扫描振镜装置运动使多个激光束经多个扫描振镜装置后沿着预设扫描路径对待打印区进行打印，所述预设扫描路径上同时进行扫描打印的任意相邻的两激光束在垂直于扫描方向上的距离大于预设值，使相邻的两激光束的任一激光束因打印飞溅所产生的烟尘位于另一激光束外；
所述预设值为D1，D1＝k1*a1+k2*a2，其中，a1为激光火焰宽度；控制装置将同一时段具有多个激光束进行打印的区域沿扫描方向划分为多个子区域，a2为子区域的宽度；k1为火焰影响因子；k2为宽度系数；子区域的形状为矩形；k1和k2为通过对将进行打印的激光束进行多次实验获得的参数。
6.如权利要求5所述的多激光同步耦合扫描打印方法，其特征在于，在通过多个激光束打印同一子区域时，通过控制装置将子区域在垂直于扫描上分为多个扫描子区并控制多个激光发射装置发射的多个激光束对多个扫描子区间隔地进行打印。
7.如权利要求5所述的多激光同步耦合扫描打印方法，其特征在于，所述多个子区域的宽度不同。
8.如权利要求5所述的多激光同步耦合扫描打印方法，其特征在于，所述扫描方向与用于净化激光束因打印产生的烟尘的风的方向相反。
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