CN1593817A - 光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置 - Google Patents

光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置。本发明主要是解决现有激光烧结快速成型技术存在的加工工件小和加工效率低的技术难点。本发明的任务是这样实现的：其采用若干个高功率半导体激光器与光纤耦合组成光纤线阵，再通过微透镜阵列在工作面上形成一条断续的激光线束；上述两个光纤线阵以对称方式布置，输出两条相同的断续激光线束在长度方向作相互错位后镶嵌成一条连续的激光线束；用计算机控制该连续的激光线束的长度和间断位置就能够实现复杂图形选区的激光烧结。实现上述方法的能量源装置，它包括若干个高功率半导体激光器和微透镜阵列，其中：它还包括耦合器、光纤和微V型槽光纤座。

Description

光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置。
背景技术
快速成型技术(RPT)可广泛应用于包括汽车工业在内的机械、石油化工、电子、计算机、生物医学工程、工艺品和玩具制造等领域。可以加工硬质模具和用于精密铸造的蜡模，新产品开发和设计修改中的原型制造，还可用在难以机械加工的复杂零件和一些单件生产的功能性或结构性零部件上。
目前世界上现有快速成型的主要设备和工艺方法有以下几种：立体印刷法(SLA，也称光敏树脂固化)、选区激光烧结法(SLS)、分层实体法(LOM，也称切纸法)和选区喷塑法(FDM)。立体印刷法(SLA)可直接制造小型塑料件，表面粗糙度较好，尺寸精度较高，但制造中有物相变化，因而变形大，液体中成型零件需要支撑，使工艺过程复杂化，树脂液体成本较高。分层实体法(LOM)可成型小型塑料件，不变形，成型时间短，但尺寸精度较低，且材料损耗大，废料不易清除。选区喷塑法(FDM)可成型小型塑料件，制件翘曲变形较小，但需要支撑结构，且充填式成型效率较低。选区激光烧结法(SLS)可制作中小型零件，成型材料面广价低，因而应用前景较为广阔。使用选区激光烧结法(SLS)可直接烧结金属粉末材料制造产品结构件。但是选区激光烧结法(SLS)精度不是很高，且不能加工大型工件，工件尺寸一般限制在400mm×400mm以内。由于选区激光烧结法的装置采用双振镜扫描方式，因此，存在着加工效率低、加工工件小的缺点。
为克服上述不足之处，我们研究出一种“激光变长线扫描系统”(ZL97122130.8)。它将CO2激光器的输出光束扩束后变为一条细长的激光线束，并使该线束用导轨扫描，使其可加工大尺寸工件而不降低加工质量，对实芯零件和厚壁零件在加工效率上得到提高。但在加工复杂零件时，由于激光线束只能变长而不能间断，所以遇到孔时，就要分区扫描，零件越复杂，孔越多，分区就越多，所以加工效率还是比较低。
发明内容
本发明的目的是解决现有激光烧结快速成型技术存在的加工工件小和加工效率低的技术难点并提供一种加工工件大和加工效率高的光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法及装置。
本发明的任务是这样实现的：该光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法，其采用若干个高功率半导体激光器与光纤耦合组成光纤线阵，再通过微透镜阵列对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚，在工作面上形成一条断续的激光线束；上述两个光纤线阵以对称方式布置，输出两条相同的断续激光线束在长度方向作相互错位后镶嵌成一条连续的激光线束；用计算机控制光纤线阵中各激光器的发光与否，改变该连续的激光线束的长度和间断位置就能够在扫描过程中实现复杂图形选区的激光烧结。
实现上述方法的能量源装置，它包括若干个高功率半导体激光器和微透镜阵列，其中：它还包括耦合器、光纤和微V型槽光纤座，耦合器设在高功率半导体激光器的前面，耦合器的输出端与光纤的输入端连接，光纤的输出端装在微V型槽光纤座中以形成光纤线阵，微透镜阵列设在微V型槽光纤座的前面，以便于对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚。
所述微V型槽光纤座由设有若干个放置光纤的微V型槽的底座、微型弹性元件和微型板式固定元件组成，光纤设在底座的微V型槽内并通过微型弹性元件固定在微V型槽中，微型板式固定元件设在底座的上面并将光纤固定在微型板式固定元件和底座之间。
由于本发明采用了上述技术方案，因此与背景技术相比，具有下列优点：
1、具有较高的加工效率，本发明在一次一维扫描中能完成一层的加工，因而能提高加工效率。
2、能加工大尺寸工件，这种线阵能量源既适合于高精度加工小尺寸、薄壁、复杂截面形状的工件，也可以加工大尺寸工件，加工大尺寸工件时，采用直线导轨扫描，不会降低加工质量。
3、本发明的能量源比CO2激光器体积小，有利于设备小型化；半导体激光器在低电压下工作，有利于设备的安全操作；半导体激光器的电光转换效率为CO2激光器的2倍以上，有利于节能。
4、加工成本低、材料损耗小。
附图说明
图1是本发明能量源装置的结构示意图；
图2是微V型槽光纤座的结构示意图。
具体实施方式
本实施例中的光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法，其采用若干个高功率半导体激光器(0.5-2W)与光纤耦合组成光纤线阵，再通过微透镜阵列对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚，在工作面上形成一条断续的激光线束；上述两个光纤线阵以对称方式布置，输出两条相同的断续激光线束在长度方向作相互错位后镶嵌成一条连续的激光线束；用计算机控制光纤线阵中各激光器的发光与否，改变该连续的激光线束的长度和间断位置就能够在扫描过程中实现复杂图形选区的激光烧结。
如图1所示，实现上述方法的能量源装置，它包括若干个高功率半导体激光器(0.5-2W)1和微透镜阵列5，其中：它还包括耦合器2、光纤3和微V型槽光纤座4，耦合器2设在高功率半导体激光器1的前面，耦合器2的输出端与光纤3的输入端连接，光纤3的输出端装在微V型槽光纤座4中以形成光纤线阵，微透镜阵列5设在微V型槽光纤座4的前面，以便于对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚处理。图中6为断续的激光线束，7为工作平面。
如图2所示，微V型槽光纤座由设有若干个放置光纤的微V型槽的底座8、微型弹簧片10和微型板式固定元件9组成，光纤3设在底座8的微V型槽内并通过微型弹簧片10固定在微V型槽中，微型板式固定元件9设在底座8的上面并将光纤3固定在微型板式固定元件9和底座8之间。

Claims (3)

1、一种光纤阵列能量源用于激光烧结快速成型的方法，其特征是：采用若干个高功率半导体激光器与光纤耦合组成光纤线阵，再通过微透镜阵列对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚，在工作面上形成一条断续的激光线束；上述两个光纤线阵以对称方式布置，输出两条相同的断续激光线束在长度方向作相互错位后镶嵌成一条连续的激光线束；用计算机控制光纤线阵中各激光器的发光与否，改变该连续的激光线束的长度和间断位置就能够在扫描过程中实现复杂图形选区的激光烧结。
2、一种实现权利要求1所述方法的能量源装置，它包括若干个高功率半导体激光器和微透镜阵列，其特征是：它还包括耦合器、光纤和微V型槽光纤座，耦合器设在高功率半导体激光器的前面，耦合器的输出端与光纤的输入端连接，光纤的输出端装在微V型槽光纤座中以形成光纤线阵，微透镜阵列设在微V型槽光纤座的前面，以便于对光纤线阵的输出光束进行准直或会聚。
3、根据权利要求2所述的能量源装置，其特征是：所述微V型槽光纤座由设有若干个放置光纤的微V型槽的底座、微型弹性元件和微型板式固定元件组成，光纤设在底座的微V型槽内并通过微型弹性元件固定在微V型槽中，微型板式固定元件设在底座的上面并将光纤固定在微型板式固定元件和底座之间。
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