CN217570879U - 一种扫描式激光打印头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种扫描式激光打印头，尤其是一种基于扫描式激光加热的打印头，属于增材制造技术领域。与现有的“同轴送丝”激光熔覆头/打印头相比，本发明的有益效果显著，例如：可实现灵活的加热策略；支持更精细结构的打印；可避免对刚完成沉积的原料过度加热；对激光光路的机械结构与打印头其它部件之间的机械装配精度具有极高的容错能力；对熔池产生搅拌的效果，提升三维打印最终获得的零件的性能；可提前预热即将沉积原料的区域，减小熔池区域与工件的其它区域之间的温度梯度，从而抑制热裂纹；可在三维打印过程中整合“激光清洗”，实现在空气中不使用保护气体的前提下进行三维打印，具有更低的成本。本发明具有突出的实质性进步。

Description

一种扫描式激光打印头

技术领域

本发明涉及一种用于三维打印的打印头，尤其是一种基于扫描式激光加热的打印头，属于增材制造技术领域。

背景技术

三维打印也称为增材制造，是先进制造技术的一大门类。三维打印使用的原料有多种形态，例如液体、固体粉末、颗粒、线材、棒材、丝材等，其中线材或丝材原料往往比粉末原料成本低、且易于存储、更安全和环保。在现有的采用激光作为加热源、采用线材或丝材作为原料的三维打印技术中，存在“旁轴送丝”和“同轴送丝”两种技术类型。例如申请号为2018800071130的中国专利申请所公开的技术方案就是采用“旁轴送丝”方式，该技术激光束垂直于当前成型面，丝材从激光束围成的空间之外输送到工件(也称为打印体，工件/打印体是熔融原料沉积后形成的物体)表面，激光束将丝材和工件表面与丝材相邻的区域一起熔化，此方式无需考虑丝材对激光的遮挡问题，光路结构较简单，但存在诸如打印有方向性缺陷、打印路径规划困难、多轴运动平台编程复杂、零件表面质量不高、打印效率较低、难以打印复杂结构等问题。在题为A Comprehensive Study of Auxiliary Arrangementsfor Attaining Omnidirectionality in Additive Manufacturing Machine Tools(DOI:10.1115/1.4049094)的论文中就有对增材制造“旁轴送丝”面临的方向性问题的论述。而“同轴送丝方式”为了解决丝材遮挡激光束和被过早加热熔化的问题，一般是先将激光束扩束，再整形至环形激光束(空心激光束)，丝材从环形激光束中心穿过，然后将环形激光束进行聚焦，丝材在激光束聚焦点附近熔化。例如申请号为2018103767579和申请号为2018104031543的中国专利申请所公开的技术方案就是采用“同轴送丝”方式，激光束的轴向空间(即激光束中心)不存在激光，丝材沿着激光束中心输送到工件表面，激光束在工件表面聚焦并将丝材和工件表面与丝材相邻的区域熔化，此方式的光路较复杂，光路制作难度大于旁轴送丝方式，但由于丝材垂直于正在累积(也称为沉积)熔融原料的工件表面，丝材和激光束可在工件表面上一起往任意方向打印，解决了传统旁轴送丝方式带来的方向性问题，还具有打印路径规划简单、所需的运动平台结构简单、程序编程简单、零件表面质量更高、能打印复杂结构等诸多旁轴送丝所不容易获得的优点。

发明内容

发明人发现：现有的同轴送丝方式，激光束与丝材之间的位置关系相对固定，光斑与丝材或丝材产生的熔融原料之间的相对位置关系固定，从而导致打印缺乏灵活性，具体来说，例如：在金属三维打印过程中，金属丝被加热熔化并在工件上沉积，熔融金属沉积后立即被激光束投射在工件表面的环形光斑加热，沉积后的熔融金属被过度加热，导致流动性增加，流动性增加进一步带来形态可控性低、表面形貌较粗糙、成型精度较低等问题；过度加热还会导致蒸发量增加、气孔增多等问题；如果要避开对刚刚沉积的熔融金属进行加热，就需要激光束可根据打印路径变化而快速调整光斑在熔融金属周边的位置，但现有的激光同轴送丝三维打印技术不具备这样的灵活性。又如：在金属三维打印过程中，激光束投射在工件上、环绕在熔融金属周边的环形光斑对不在打印路径上的区域也一同加热，导致熔池大、热影响区大，在打印薄壁结构等较精细和散热慢的结构时，导致结构被过度加热破坏或者形变；较理想的加热方式是对打印路径的前方进行加热，并且熔池的宽度与薄壁结构的宽度基本一致，这也需要激光束可根据打印路径变化快速调整光斑位置，而现有的激光同轴送丝三维打印技术不具备这样的灵活性。上述的现有问题是激光同轴送丝三维打印技术所使用的环形光斑激光头的不足所导致的。环形光斑激光头也同样可以应用于激光焊接系统中，当然也存在上述不足。此外，由于现有的激光“同轴送丝”的加热方式与激光焊接的“热传导方式”相同，激光光斑功率密度与传统的热传导型激光焊接相同，光斑功率密度值不能使得被加热的工件或原料产生显著气化，否则对三维打印过程产生严重危害，因此无法采用提高光斑功率密度的方式来实现“激光清洗”功能。

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使用一束以上的激光通过扫描方式进行加热的激光打印头(也称为激光熔覆头)，能灵活地进行扫描式激光加热，区别于现有的“同轴送丝”激光熔覆头/打印头。

为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种扫描式激光打印头，其特征在于：

设置有激光接口、光束移动聚焦透镜组和原料输送通道，来自激光接口的激光束经所述光束移动聚焦透镜组调制后，从所述的原料输送通道的周围空间投射到工件上；打印所需的原料经原料输送通道抵达工件，原料为液态或固态，液态原料或者固态原料熔化后形成的熔融原料在工件上沉积；(解释：工件是三维打印过程中的打印原料在沉积后形成的物体；)

所述的光束移动聚焦透镜组可转动和/或移动以调制激光束投射在工件上的位置，从而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热；激光束在对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热的同时，激光束在工件上的扫描加热区相对工件移动；(解释：在三维打印过程中，打印头与工件相对移动，激光束在工件上的扫描加热区也是相对工件移动的；)

可被投射的激光束数量至少两束；每束激光束可被独立控制；在同一时刻内投射的激光束数量可控；对应的，所述激光接口、光束移动聚焦透镜组的数量与激光束的数量相同，每束激光束对应通过一个激光接口和一个光束移动聚焦透镜组；

所述的正在沉积原料的区域是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域；

所述的正在沉积原料的区域的边缘是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域的边缘；

所述的正在沉积原料的区域的周边是指工件上与正在沉积原料的区域相邻或相连的区域。

(解释：“正在沉积的原料”理解为：已经接触到工件、位于原料输送通道的出口与工件之间的空间的原料。)

可选地：

所述的光束移动聚焦透镜组包括光束移动透镜与聚焦镜，所述的光束移动透镜与聚焦镜为互相独立的组件，通过转动和/或移动所述光束移动透镜以调制激光束投射在工件上的位置进而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热，所述聚焦镜用于对所述激光束进行聚焦。(需要说明的是，这里的“光束移动透镜”指的是能对光束投射位置进行改变的透镜，而不一定具备对光束进行聚焦的作用)。

可选地：

所述的光束移动透镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动(也可称之为一维扫描)；或者，所述的光束移动透镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动(也可称之为二维扫描)。当激光束进行二维移动时，且聚焦镜可电动调焦和可编程调焦时，通过光束移动透镜进行X轴和Y轴方向上的二维扫描，通过对聚焦透镜的调焦进行Z轴方向上的扫描，从而可实现激光束的焦点在三维空间内扫描(也可称之为三维扫描)。

可选地：

所述的光束移动聚焦透镜组采用至少一个能转动和/或移动的聚焦镜构成，所述的聚焦镜同时用于对所述激光束进行移动和聚焦，通过转动和/或移动所述聚焦镜以调制激光束投射在工件上的位置进而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热。

可选地：

所述聚焦镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动(也可称之为一维扫描)；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动(也可称之为二维扫描)；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动和对所述聚焦镜进行调焦；或者，所述聚焦镜可进行三个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动和对所述聚焦镜进行调焦(此时，当聚焦镜可电动调焦和可编程调焦时，即可通过聚焦镜进行X轴和Y轴方向上的扫描，又可通过对聚焦镜的调焦进行Z轴方向上的扫描，从而可实现激光束的焦点在三维空间内扫描)，从而既可以改变光斑在工件表面的平面扫描位置，又可以改变光斑在工件表面的面积。

可选地：

所述的光束移动聚焦透镜组包括两组透镜，两组透镜依次设置在激光束的传播路径上，两组透焦镜分别绕各自的转轴转动，两组透镜的转轴互相垂直设置(例如：一组透镜是凹透镜(发散光线)，另一组是凸透镜(汇聚光线))。

可选地：

每组透镜至少包括一个透镜，所述透镜采用凸透镜或凹透镜，两组透镜中至少有一个是凸透镜以作为聚焦镜。

可选地：

当所述的原料为固态时，所述激光束还对所述的原料输送通道出口外的固态原料进行加热以在所述的原料输送通道出口与所述工件之间的空间产生熔融原料。

可选地：

当同时投射在工件上的激光束数量为两束或多于两束时，激光束投射在工件上的光斑扫描区域可组成复合扫描区，该复合扫描区可包围工件上正在沉积原料的区域。

可选地：

所述的激光束在工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热，以产生熔池；

当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的功率可被独立控制；

当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的扫描参数可被独立控制。

可选地：

所述的聚焦镜为场镜式聚焦镜，或者非场镜式聚焦镜；(这里，场镜式聚焦镜也称平场聚焦镜或f-theta聚焦镜，是一种专业的透镜系统，其作用是将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑，是激光打标机的最重要配件之一。)

所述的光束移动透镜或聚焦镜由电磁力驱动(例如电动机驱动、电磁铁驱动)，或者由压电元件驱动(例如压电陶瓷驱动)，或者热致形变驱动(例如使用热致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者磁致形变驱动(例如使用磁致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者电致形变驱动(例如使用电致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者由流体驱动(例如气缸驱动、液压推杆驱动等)。

可选地：

所述的光束移动透镜在激光束的传播路径上位于聚焦镜之前，或者位于聚焦镜之后。

可选地：

设置有准直镜，用于将非平行激光光束转为平行激光光束，所述的准直镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前；

设置有分束镜，用于将一束激光分成至少两束，所述的分束镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前；

设置有窗口镜，用于阻断外界物质接触到所述的光束移动聚焦透镜组；

设置有气体通路，用于喷射气体以形成气幕，通过所述气幕阻止或减轻外界物质污染所述的光束移动聚焦透镜组和所述的窗口镜，和/或，用于对正在沉积的原料及工件上的熔池喷射保护气体以形成保护气氛(例如对正在沉积的原料及熔池所在空间喷射氩气并形成惰性气体保护气氛)；

设置有液体冷却通路，用于对扫描式激光打印头进行冷却；

设置有光路切换组件，用于将激光束从一个激光接口切换到另一个激光接口。

可选地：

还包括数量与所述激光束相同的壳体，所述的壳体两端贯通，所述的壳体的上端开口形成所述的激光接口，所述壳体的下端开口形成激光出射口，所述的光束移动聚焦透镜组设置在所述壳体内，所述的壳体与所述的原料输送通道装接在一起。

可选地：

所述的聚焦镜可调焦，调焦方式为手动调焦、或者电动调焦、或者气动调焦、或者液压调焦。

可选地：

所述激光接口连接激光器的激光输出头。

可选地：

工件上原料沉积路径上的被所述的激光束扫描加热的区域可在即将被激光束扫描加热形成熔池之前被提前预热，并且提前预热的范围可被设定。这里，“提前预热”能够减小正在沉积原料的区域与工件的其它区域之间的温度梯度，可抑制热裂纹产生和减小应力。

可选地：

所述的光束移动聚焦透镜组控制激光束对正在沉积的原料的边缘进行加热，从而通过正在沉积的原料将热量传导至打印体上的正在沉积原料的区域的边缘，进而实现对打印体上的正在沉积原料的区域的边缘间接地扫描加热。(解释：正在沉积原料的区域与正在沉积的原料接触，导致该区域被正在沉积的原料覆盖，激光束无法对工件表面上被原料覆盖的区域直接加热，需要通过加热正在沉积的原料，进而通过正在沉积的原料将热量传导给正在沉积原料的区域，由于正在沉积的原料的边缘薄且紧贴打印体，其热量迅速被打印体导走；当然，激光束对与正在沉积原料的区域的边缘相连或相邻的正在沉积原料区域的周边直接加热，该周边区域的热量也会通过热传导方式传至正在沉积原料的区域的边缘，进而也能对正在沉积原料的区域的边缘间接加热。)

可选地：

被投射的激光束的数量至少两束，其中一部分激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热以产生熔池，另一部分激光束对工件上已经打印成型的工件表面的形态进行修整(修整包括：切削、雕刻、清洗等，以获得更好的表面质量)。

可选地：

所述的光束移动聚焦透镜组控制激光束在对正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热的同时，对正在沉积的原料进行加热。

可选地：

所述的激光束对工件表面与正在沉积的原料之间的交界处进行扫描式加热，以对该交界处进行激光清洗。

本发明的有益效果如下：

(1)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明同样可以获得环形光斑以对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边进行加热，但本发明更具灵活性。

(2)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明可在三维打印过程中通过调控激光束光斑的扫描位置实现灵活的加热策略，例如：使用两束激光，其中一束激光负责对打印体(即工件)表面位于打印路径前方的与正在沉积原料的区域相连或相邻的区域进行较高功率加热，另一束激光仅对打印体表面和刚刚沉积的原料进行低功率加热以获得更光滑的表面又避免对刚沉积的原料进行较高功率加热导致过度加热而带来的严重问题(例如显著气化)；又如：根据正在累积原料的区域周边结构的特点，计算出最小应力对应的扫描策略，动态调整光斑扫描范围和扫描路径。

(3)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明在打印薄壁结构时，通过采用只对打印体表面位于打印路径前方的与相邻或相连的区域加热的激光扫描加热策略，减小激光的热影响范围，避免薄壁结构被过度加热和减小变形；本发明在打印薄壁结构时更具优势，更适合打印复杂的精细结构。

(4)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明也可以对工件表面的即将沉积(累积)原料的区域进行激光照射加热，而不对刚刚沉积的原料进行加热，避免对刚完成沉积的原料过度加热(过度加热会导致流动性更高或者气化)，可以获得更高的成型精度，零件材料内部微型气孔更少、密度更高，这对于增材制造的应用而言，意义更大；因此，本发明可用于更高精度的增材制造。

(5)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明采用对移动和聚焦透镜组的转动和/或移动控制激光动态扫描，激光束的投射位置是可动态调节的，对光路机械结构与原料输送通道等部件之间的机械装配精度具有极高的容错能力。

(6)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明采用激光扫描方式在打印体(工件)上产生熔池，“扫描方式”能够对熔池产生“搅拌”的效果，对三维打印最终获得的零件的性能产生有益作用，例如减少微气孔。

(7)与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明采用激光扫描方式加热打印体(工件)，可以提前预热即将沉积原料的区域，减小正在沉积原料的区域与打印体(工件)的其它区域之间的温度梯度，可抑制热裂纹产生，改善三维打印零件的材料性能(主要是力学性能，例如金属零件的抗疲劳性能)。现有的金属三维打印技术，尤其是选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)和直接能量沉积(Directed EnergyDeposition，DED)(现有的基于激光加热的同轴送丝和旁轴送丝三维打印系统、基于电弧加热的旁轴送丝三维打印系统、基于激光加热的同轴送粉和旁轴送粉三维打印系统，也都属于DED技术)，普遍存在零件抗疲劳性能不高问题，这也是制约现有金属三维打印技术在工业生产中应用的巨大障碍。

(8)由于现有的激光“同轴送丝”的加热方式与传统的激光焊接的“热传导方式”相同(现有的激光同轴送丝金属三维打印的成型基础在本质上就是激光焊接)，即：激光光斑功率密度范围与传统的热传导型激光焊接相同，光斑功率密度值不能使得被加热的工件或原料产生显著气化，否则对三维打印过程产生严重危害，因此无法采用提高光斑功率密度的方式来实现“激光清洗”功能。而本发明采用扫描加热方式，可以将热量迅速分散在更大面积上，可以不依赖“热传导”方式将热量扩散，因此可以使用更高功率密度的激光束，在加热产生熔池的同时，同步实现“激光清洗”，将熔池上和正在沉积的原料表层上的对三维成型有害的物质清除(例如清除氧化膜)，结合电阻加热等方式产生熔融原料，可以对抗空气对三维成型过程的毒害作用。因此，本发明可以实现在空气中不使用保护气体的前提下进行三维打印，具有更低的成本，可以在开放环境中打印金属构件。所述的激光清洗(Laserablation)，也叫激光烧蚀或光烧蚀，是通过用激光束照射以将固体(或有时为液体)表面去除材料的过程，表面材料被所吸收的激光能量加热并蒸发或升华。通常，激光清洗是指用脉冲激光去除物体表面的薄层材料、但又不破坏物体表面以下的结构。极少数情况下也可以用连续激光烧蚀，去除物体表面薄层材料，但由于连续激光的能量过高，热效应非常严重，例如会使固体金属表面产生重熔，即在烧蚀金属的同时也产生熔池(薄熔池)。本发明正好可以利用连续激光在作为激光清洗热源时可以产生熔池的这种特性。

综上所述，与现有的“同轴送丝”的激光熔覆头(打印头)相比，本发明的有益效果：可实现灵活的加热策略；可实现更精细结构的打印；可避免对刚完成沉积的原料过度加热，零件材料内部微型气孔更少、密度更高；对光路的机械结构与原料输送通道等部件之间的机械装配精度具有极高的容错能力；对熔池产生搅拌的效果，提升三维打印最终获得的零件的性能；可以提前预热即将沉积原料的区域，减小正在沉积原料的区域与工件(打印体)的其它区域之间的温度梯度，可抑制热裂纹产生；可以实现在空气中不使用保护气体的前提下进行三维打印，具有更低的成本，可以在开放环境中打印大型金属构件。本发明具有突出的实质性进步。

附图说明

图1是三维透视图，用于说明本发明一种扫描式激光打印头的第一个具体实施例的组成；

图2是图1的前视图；

图3是图1所示的具体实施例在工作时的状态，以图2前视图视角展示；

图4是示意图，用于说明图1所示的具体实施例的结构；

图5是示意图，用于说明图1所示的具体实施例的激光束在工件上的光斑与原料之间的位置关系；

图6是示意图，用于说明图1所示的具体实施例的激光束在工件上的扫描区域及其与原料之间的位置关系；

图7是三维透视图，用于说明图1所示的具体实施例中使用的用于移动光束的功能结构；

图8是图7的俯视图；

图9是三维透视图，用于说明本发明一种扫描式激光打印头的第二个具体实施例的用于移动光束的功能结构；

图10至图15是示意图，举例说明本发明的激光扫描策略；

其中的标号：

101-壳体一，102-激光接口一，103-激光接口二，104-激光接口三，105-激光接口四，106-原料输送通道，107-冷却液接口，108-气体接口一，109-气体接口二，110-冷却腔，111-气体接口四，112-线状固态原料，113-工件，114-激光束一，115-激光束二，116-激光束三，117-激光束四，118-平移透镜二，119-聚焦镜二，120-窗口镜二，121-平移透镜四，122-聚焦镜四，123-窗口镜四，124-扫描范围一，125-扫描范围二，126-扫描范围三，127-扫描范围四；

128-凹透镜，129-外壳体，130-电磁体一，131-永磁体一，132-弹簧一，133-电磁体二，134-永磁体二，135-弹簧二，136-电磁体三，137-永磁体三，138-弹簧三；

139-旋转透镜一，140-转轴一，141-旋转透镜二，142-转轴二，143-入射光束，144-第一级扫描光束，145-第二级扫描光束；

146-线状固态原料在工件表面上的投影，237-扫描形态一，238-扫描形态二，239-重叠区，240-扫描形态三，241-扫描形态四，242-扫描形态五，243-扫描形态六，244-扫描形态七，245-扫描形态八，246-扫描形态九，247-扫描形态十；

箭头D1-旋转方向一，箭头D2-旋转方向二，箭头D3-扫描方向一，箭头D4-扫描方向二，箭头D5-原料沉积轨迹前进方向，D51-原料沉积轨迹前进方向一，D52-原料沉积轨迹前进方向二，D53-原料沉积轨迹前进方向三，D101-平移方向一，D202-平移方向二，D303-平移方向三。

具体实施方式

下面列举本发明的较佳具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。

如图1至图8所示的本发明一种扫描式激光打印头的第一个具体实施例：一种扫描式激光打印头，设置有激光接口(即激光接口一102、激光接口二103、激光接口三104和激光接口四105)、光束移动聚焦透镜组和原料输送通道(即原料输送通道106)。

其中，光束移动聚焦透镜组包括光束移动透镜与聚焦镜，光束移动透镜(有4个，其中2个分别为平移透镜二118和平移透镜四121，另外2个未在附图中示出)、聚焦镜(有4个，其中2个分别为聚焦镜二119和聚焦镜四122，另外2个未在附图中示出)；光束移动透镜与聚焦镜为互相独立的组件，光束移动透镜用于改变光斑在工件表面的平面扫描位置，聚焦镜用于对激光束进行聚焦以改变光斑在工件表面的面积。本实施例中光束移动透镜在激光束的传播路径上位于聚焦镜之前，当然，其他实施例中，光束移动透镜在激光束的传播路径上也可以位于聚焦镜之后。

可被投射的激光束数量至少两束，对应的，激光接口、光束移动聚焦透镜组的数量与激光束的数量相同，每束激光束对应通过一个激光接口和一个光束移动聚焦透镜组。具体的，本实施例中，设置有数量与激光束相同的壳体一101，即壳体一101设有4个，并且4个壳体一101一体成型，当然在其他实施例中4个壳体一101也可以独立成型后固定连接在一起。壳体一101两端贯通，壳体一101的上端开口形成激光接口，壳体一101的下端开口形成激光出射口，光束移动聚焦透镜组设置在壳体一101内，壳体一101与原料输送通道106装接在一起。这样，激光接口、光束移动透镜、聚焦镜和原料输送通道通过壳体一101连接组合成一个整体；在激光通路上的位于每个聚焦镜的下方(即激光出射段)设置一个窗口镜(其中2个分别为窗口镜二120、窗口镜四123，其余2个未在附图中示出)，窗口镜属于保护镜，用于阻断外界物质进入光路内接触到光束移动聚焦透镜组，例如阻止粉尘污染聚焦镜；每路激光都经过一组由激光接口、光束移动透镜、聚焦镜和窗口镜共同构成的光路单元；在壳体一101内部设置冷却腔110，冷却腔110位于原料输送通道106与4个壳体一101之间，冷却腔110上设有对称分布于原料输送通道106的两侧的两个冷却液接口，冷却液(例如去离子水)经过其中一侧的冷却液接口107进入冷却腔110，之后从另一侧的冷却液接口107流出；冷却液接口与冷却腔110组成液体冷却通路，用于对扫描式激光打印头进行冷却。

来自激光接口的激光束经光束移动聚焦透镜组调制后，从所述的原料输送通道(即原料输送通道106)的出口端的周围空间投射到工件上(即工件113)，可被投射4束激光(即激光束一114、激光束二115、激光束三116和激光束四117)；每束激光束可被独立控制，在同一时刻内投射的激光束数量可控，每束激光束的功率可被独立控制，每束激光束的扫描参数可被独立控制；使用4台半导体激光器(未在附图中示出)，每台半导体激光器都通过激光输出头分别与一个激光接口连接并通过激光接口向扫描式激光打印头提供激光；打印所需的原料经原料输送通道106抵达工件113，原料为固态(即线状固态原料112)，固态原料熔化后形成的熔融原料在工件上沉积。当然，其他实施例中，原料也可以直接采用液态的原料(例如使用微型熔炉输出液态原料)。

所述的光束移动聚焦透镜组可转动和/或移动以调制激光束投射在工件上的位置，从而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热，即激光束投射在工件上所形成的光斑在工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边移动。具体的，本实施例中，通过移动光束移动透镜来调制激光束投射在工件上的位置，从而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热。在其他实施中，还可以通过转动光束移动透镜以调制激光束投射在工件上的位置；或者是，还可以通过转动和移动光束移动透镜以调制激光束投射在工件上的位置。

所述的正在沉积原料的区域是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域；在本第一个具体实施例中，线状固态原料112前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件113表面上与线状固态原料112被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域。

所述的正在沉积原料的区域的边缘是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域的边缘，如图13和图15中所示的重叠区239属于所述边缘的一部分。所述的正在沉积原料的区域的周边是指工件上与正在沉积原料的区域相邻或相连的区域。

所述的光束移动透镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动；或者，所述的光束移动透镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动。

在本第一个具体实施例中：在线状固态原料112前端被熔化前，4束激光还没开始扫描加热，4束激光在工件113表面上的光斑的初始位置与线状固态原料112之间的位置关系如图5所示；扫描范围一124、扫描范围二125、扫描范围三126和扫描范围四127分别是激光束一114、激光束二115、激光束三116和激光束四117在工件113表面上的扫描范围，每束激光的最大扫描范围是180°，扫描范围可动态调整；在线状固态原料112前端被熔化前，当设置每束激光分管90°的扫描范围时，扫描范围一124、扫描范围二125、扫描范围三126、扫描范围四127与线状固态原料112之间的位置关系如图6所示：扫描范围一124、扫描范围二125、扫描范围三126与扫描范围四127组合成圆环形(即圆环形复合扫描区)，在线状固态原料112前端被熔化前该圆环的内边与线状固态原料112前端的圆周表面接触，即该圆环与线状固态原料112在工件113表面上的投影少量重叠(也就是激光束还对原料输送通道106出口外的固态原料进行加热)，线状固态原料112被重叠区内分布的激光能量加热熔化(也就是在原料输送通道106出口与工件113之间的空间产生熔融原料)，该圆环的其它区域分布的激光能量对工件113表面进行加热形成熔池(未在附图中示出)。由于工件的体积和表面积一般情况下远大于线状固态原料112的前端的体积和表面积，况且工件113及其底部所依附的基板还对熔池散热，所以熔化线状固态原料112的前端所需的热量一般显著少于熔化工件表面以产生熔池所需的热量(具体比例取决于打印速率、材料类型、激光波长、气体的毒害作用强度、环境温度、散热条件等因素)。线状固态原料112的前端被加热熔化后即刻在工件113上沉积，工件113上的与正在沉积的原料接触的区域就是正在沉积原料的区域。图6中所示的由扫描范围一124、扫描范围二125、扫描范围三126与扫描范围四127组合成的圆环形复合扫描区可包围工件113上正在沉积原料的区域，也就是，当同时投射在工件上的激光束数量为两束或多于两束时，激光束投射在工件上的光斑扫描区域可组成复合扫描区，该复合扫描区可包围工件上正在沉积原料的区域。当扫描范围一124被激光束一114扫描加热时，扫描范围一124所在的工件113表面就是激光束一114在工件113上的扫描加热区，同样地，扫描范围二125、扫描范围三126和扫描范围四127都被对应的激光束扫描加热时，都属于对应的激光束在工件113上的扫描加热区。在三维打印过程中，扫描加热区整体与扫描式激光打印头的本具体实施例一起相对工件113移动(以工件113为移动的参照)。

在本第一个具体实施例中聚焦镜为非场镜式聚焦镜，采用普通聚焦透镜，例如激光切割机切割头使用的聚焦镜；当然，在其他实施例中聚焦镜也可以采用场镜式聚焦镜。(解释：场镜式聚焦镜也称平场聚焦镜或f-theta聚焦镜，是一种专业的透镜系统，其作用是将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑，是激光打标机的最重要配件之一。)

所述的光束移动透镜可以由电磁力驱动(例如电动机驱动、电磁铁驱动)，或者由压电元件驱动(例如压电陶瓷驱动)，或者热致形变驱动(例如使用热致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者磁致形变驱动(例如使用磁致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者电致形变驱动(例如使用电致形变材料作为驱动部件的驱动机构)，或者由流体驱动等(例如气缸驱动、液压推杆驱动等)，具体采用何种方式驱动光束移动透镜可根据需要选择。

在本第一个具体实施例中，光束移动透镜(有4个，其中2个为平移透镜二118和平移透镜四121，另外2个未在附图中示出)采用平移方式实现激光束的移动，即：当激光束穿过移动的透镜时，激光束从透镜射出后跟随着移动。4个平移透镜(光束移动透镜)都采用相同的结构，如图7和图8所示：由凹透镜128、外壳体129、电磁体一130、永磁体一131、弹簧一132、电磁体二133、永磁体二134、弹簧二135、电磁体三136、永磁体三137和弹簧三138组成；永磁体一131、永磁体二134、永磁体三137固定在凹透镜128外圆周上并将凹透镜128外圆周三等分(即以120°等间距分布)，弹簧一132、弹簧二135、弹簧三138将凹透镜128与外壳体129连接起来并将凹透镜128外圆周三等分(即以120°等间距分布)，电磁体一130、电磁体二133、电磁体三136固定在外壳体129内圆周上并将外壳体129内圆周三等分(即以120°等间距分布)，电磁体一130、电磁体二133、电磁体三136分别与永磁体一131、永磁体二134、永磁体三137配对；当电磁体一130、电磁体二133、电磁体三136通电时，会分别与永磁体一131、永磁体二134、永磁体三137产生磁力吸引或者磁力排斥作用，具体产生排斥或者吸引取决于电磁体一130、电磁体二133、电磁体三136通电的电流方向。平移方向一D101、平移方向三D303、平移方向二D202分别表示电磁体一130与永磁体一131、电磁体二133与永磁体二134、电磁体三136与永磁体三137相互作用所产生的平移。通过控制流经电磁体一130、电磁体二133、电磁体三136的电流强度及电流方向，可合成产生指向凹透镜128径向平面内任意方向的径向运动矢量，从而实现对透过凹透镜128的激光束的平移。驱动凹透镜128在径向平面内移动的方式属于电磁力驱动。

在本第一个具体实施例中，在激光通路上的位于每个窗口镜的下方(即激光出射口)设置一个气体接口(共4个，其中3个为气体接口一108、气体接口二109、气体接口四111，其余1个未在附图中示出)，气体接口、壳体一101内腔和激光出射口构成气体通路，保护气体从气体接口进入壳体一101内腔中并从激光出射口喷出，气体通路用于喷射气体，形成气幕，以阻止或减轻外界物质(例如粉尘、金属蒸汽)污染光学组件(光束移动聚焦透镜组和窗口镜)，此外气体通路还可以用于对正在沉积的原料及工件上的熔池喷射保护气体以形成保护气氛。

本第一个具体实施例在打印金属零件的第一层时，也就是打印工件的第一层，在金属底板上打印，例如打印不锈钢零件的第一层是在一块不锈钢钢板或者能与不锈钢材料焊接的金属板上进行的。

如图9所示，本发明第二个具体实施例与图1至图8所示的本发明一种扫描式激光打印头的第一个具体实施例都是采用4束独立可控的激光束，区别在于：第一个具体实施例的光束移动聚焦透镜组包括光束移动透镜与聚焦镜，而本实施例的光束移动聚焦透镜组则不包括光束移动透镜，而是采用至少一个能转动和/或移动的聚焦镜构成，所述的聚焦镜同时用于对所述激光束进行移动和聚焦，通过转动和/或移动所述聚焦镜以调制激光束投射在工件上的位置进而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热。

所述聚焦镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动和对所述聚焦镜进行调焦；或者，所述聚焦镜可进行三个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动和对所述聚焦镜进行调焦。

具体的，如图9所示：该光束移动聚焦透镜组由两个聚焦镜组合而成，两个聚焦镜分别为能旋转的凸透镜(即旋转透镜一139和旋转透镜二141)；两个的聚焦镜依次设置在激光束的传播路径上，两个的聚焦镜分别绕各自的转轴转动，两个的聚焦镜的转轴相垂直设置，其中，旋转透镜一139以转轴一140为径向旋转轴，旋转方向如旋转方向一D1所示；旋转透镜二141以转轴二142为径向旋转轴，旋转方向如旋转方向二D2所示；入射光束143在透过旋转透镜一139时，在旋转透镜一139的旋转操控下，产生第一级扫描光束144；第一级扫描光束144在透过旋转透镜二141时，在旋转透镜二141的旋转操控下，产生第二级扫描光束145；第二级扫描光束145可做二维扫描，如扫描方向一D3和扫描方向二D4所示；旋转透镜一139以转轴一140为径向旋转轴做旋转产生扫描方向一D3所示方向的扫描；旋转透镜二141以转轴二142为径向旋转轴做旋转产生扫描方向二D4所示方向的扫描；旋转透镜一139和旋转透镜二141都是通过电磁力驱动，使用检流计电机(电流计电机)驱动，转轴一140和转轴二142分别与一只检流计电机的轴连接。

本发明第三个具体实施例(无附图)，是在图1至图8所示的本发明一种扫描式激光打印头的第一个具体实施例基础上，去掉两组由激光接口、光束移动透镜、聚焦镜和窗口镜共同构成的光路单元，剩下的两组光路单元对称分布在原料输送通道两侧，使用两组半导体激光器和两路激光，其它结构完全相同。

本发明第四个具体实施例(无附图)，是在本发明第三个具体实施例基础上，将半导体激光器换成光纤激光器，使用两台光纤激光器。激光器输出头输出的发散光经准直镜准直之后再经激光接口进入本发明第三个具体实施例的光路单元内部，最后投射在工件上。

本发明当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的功率可被独立控制；当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的扫描参数可被独立控制。以本发明第一个具体实施例为例，对每束激光束的扫描区域的形状、面积，扫描速率、激光光斑在扫描区域内的平均功率密度、扫描过程中激光光斑在某些位置的停留时长、扫描路径的曲线形状、扫描区域与正在沉积原料的区域之间的重叠程度等参数进行调整，如图10至图15所示。

在图10中，由两种扫描区(即扫描形态一237和扫描形态二238区域)组合成复合扫描区，激光的扫描路径的曲线形状如图中的线条所示，箭头D5表示原料在工件表面上的沉积方向；线状固态原料在工件表面上的投影146与复合扫描区仅相连但不重叠，复合扫描区整体呈不封闭的圆环状，即不是完整的圆环、并不占满以线状固态原料在工件表面上的投影146为中心的周边360°区域。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被复合扫描区包围(不完全包围)。

在图11中，由两种扫描区(即扫描形态三240和扫描形态四241区域)组合成复合扫描区，激光的扫描路径的曲线形状如图中的线条所示，箭头D5表示原料在工件表面上的沉积方向；线状固态原料在工件表面上的投影146与复合扫描区之间不直接相连，二者是相邻关系，并且不占满以线状固态原料在工件表面上的投影146为中心的周边360°区域。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被复合扫描区包围(不完全包围)。

在图12中，由三种扫描区(即扫描形态五242、扫描形态六243和扫描形态七244区域)组合成复合扫描区，其中扫描形态六243的扫描密度最大，激光在这类扫描区内累积的能量的密度最大；扫描形态七244的扫描密度最低；激光的扫描路径的曲线形状如图中的线条所示，箭头D5表示原料在工件表面上的沉积方向；线状固态原料在工件表面上的投影146与复合扫描区之间不直接相连，二者是相邻关系，并且占满以线状固态原料在工件表面上的投影146为中心的周边360°区域。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被复合扫描区包围(完全包围)。扫描形态五242、扫描形态六243和扫描形态七244三种区域的激光功率密度不同，形成特殊的热场，对激光束在工件(即打印体)上加热形成的熔池的形状和熔池的热场产生影响，从而对三维打印过程及最后获得的零件材料性能产生影响。扫描形态七244区域使用较低功率，仅用于对工件(打印体)表面和刚刚沉积的原料进行较低功率加热，在扫描形态七244区域产生“保温效果”，不足以将刚刚完成沉积的原料加热气化或者局部气化，从而在获得更光滑的表面的前提下又避免对刚完成沉积的原料进行较高功率加热导致过度加热而带来的严重问题，例如显著气化。

在图13中，只有一种扫描区(即扫描形态八245区域)；激光的扫描路径的曲线形状如图中的线条所示，箭头D5表示原料在工件表面上的沉积方向；扫描区整体呈三角形。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被扫描形态八245区域包围(半包围)。扫描形态八245区域与线状固态原料在工件表面上的投影146之间存在重叠区，即重叠区239，重叠区239即为正在沉积的原料的边缘，也即，光束移动聚焦透镜组控制激光束对正在沉积的原料的边缘进行加热，从而通过正在沉积的原料将热量传导至打印体上的正在沉积原料的区域的边缘，进而实现对打印体上的正在沉积原料的区域的边缘扫描加热。激光束通过重叠区239对线状固态原料产生加热作用，加热作用的强度主要取决于该重叠区的面积。当三维打印的原料沉积路径的前进方向位于扫描形态八245区域一侧正方向时(即箭头D5所示的方向)，刚完成沉积的原料就不会被激光二次加热，从而避免被过度加热所导致的严重问题，例如刚完成沉积的原料流动性过高引起形状可控性降低、成型精度降低，又如显著气化导致材料成分变化(合金材料内不同成分的沸点不一致，导致沸点较低的成分蒸发更多，例如TiAl6V4钛合金的铝比钛更容易蒸发)、在材料内部产生微型气孔(导致最终获得的零件的性能降低)。

在图14中，只有一种扫描区(即扫描形态九246区域)，圆环形，使用四束激光扫描，每束激光负责其中一块90°区域(即四分之一区域)；激光的扫描路径的曲线形状如图中的线条所示，每束激光扫描路径(即扫描轨迹)为90°圆弧；箭头D5表示原料在工件表面上的沉积方向；圆环形扫描区的内边界与线状固态原料在工件表面上的投影146相连。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被扫描形态九246区域包围(360°包围)。

在图15中，只有一种扫描区(即扫描形态十247区域)，扫描区沿着原料在工件表面上的沉积路径分布并且是与线状固态原料在工件表面上的投影146相连但尚未沉积原料的区域(也就是即将沉积原料的区域)。原料沉积轨迹前进方向一D51、原料沉积轨迹前进方向二D52和原料沉积轨迹前进方向三D53表示三段原料沉积路径的前进矢量，这三段原料沉积路径的总长度大约是线状固态原料在工件表面上的投影146直径的3.5倍，总长度可在激光扫描参数中设置。扫描形态十247区域与线状固态原料在工件表面上的投影146之间存在重叠区239，重叠区239即为正在沉积的原料的边缘，也即，光束移动聚焦透镜组控制激光束对正在沉积的原料的边缘进行加热(即激光束投射在正在沉积的原料上所形成的光斑在正在沉积的原料的边缘移动)，从而通过正在沉积的原料将热量传导至打印体上的正在沉积原料的区域的边缘，进而实现对打印体上的正在沉积原料的区域的边缘扫描加热。线状固态原料前端被熔化产生正在沉积的熔融原料，工件表面上与线状固态原料被熔化的前端接触的区域就是正在沉积原料的区域，正在沉积原料的区域也被扫描形态十247区域包围(180°包围/半包围)。扫描形态十247这种扫描形态可以提前预热即将沉积原料的区域，减小正在沉积原料的区域与工件(打印体)的其它区域之间的温度梯度，可抑制热裂纹产生，改善三维打印零件或者焊接零件的材料性能(主要是力学性能，例如金属零件的抗疲劳性能)。现有的金属三维打印技术，尤其是选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)和直接能量沉积(Directed Energy Deposition，DED)(现有的基于激光加热的同轴送丝和旁轴送丝三维打印系统、基于电弧加热的旁轴送丝三维打印系统、基于激光加热的同轴送粉和旁轴送粉三维打印系统，也都属于DED技术)，普遍存在零件抗疲劳性能不高问题，这也是制约现有金属三维打印技术在工业生产中应用的巨大障碍。

可见，图10和图14为激光束在打印体上的正在沉积原料的区域的周边扫描加热，具体是，激光束在打印体上与正在沉积原料的区域相连的区域进行扫描加热。图11和图12为激光束在打印体上的正在沉积原料的区域的周边扫描加热，具体是，激光束在打印体上与正在沉积原料的区域相邻的区域进行扫描加热。图13和图15为激光束在打印体上的正在沉积原料的区域的边缘和周边都进行扫描加热。当然，其他扫描加热方式中，也可以仅对打印体上的正在沉积原料的区域的边缘(即附图标记239所指示的区域)进行扫描加热。

如图10至图15所示的扫描加热方式，激光在打印体表面扫描加热产生熔池的过程中，由于“扫描加热”的方式能对熔池产生“搅拌”的效果，因此能对三维打印最终获得的零件的性能产生有益作用，例如减少微气孔。

本发明还有其它优选方案。例如：设置准直镜，用于将非平行激光光束转为平行激光光束，例如将来自光纤激光器的发散激光转为平行光。所述的准直镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前。

又如：设置分束镜，用于将一束激光分成至少两束，使用一台激光器产生多束激光。所述的分束镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前。

又如：设置喷射惰性气体的气体通路，例如在第一个具体实施例中的原料输送通道106的下端出口周围设置气孔，气孔喷出的惰性气体对正在沉积的原料及工件上的熔池喷射保护气体以形成保护气氛(例如对正在沉积的原料及熔池所在空间喷射氩气并形成惰性气体保护气氛)。

又如：设置光路切换组件，用于将激光束从一个传播路径切换到另一个传播路径(例如用电机带动反射镜，控制激光的传播路径，实现“分时复用”)。

又如：所述的聚焦镜可调焦，调焦方式可以为手动调焦、或者电动调焦、或者气动调焦、或者液压调焦，其中，在二维平移和/或二维转动的基础上电动调焦可实现三维扫描加热。

又如：被投射的激光束的数量至少两束，其中一部分激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热以产生熔池，另一部分激光束对工件上已经打印成型的工件表面的形态进行修整。

由于现有的激光“同轴送丝”的加热方式与激光焊接的“热传导方式”相同(现有的激光同轴送丝金属三维打印的成型基础在本质上就是激光焊接)，即：激光光斑功率密度范围与传统的热传导型激光焊接相同，光斑功率密度值不能产生显著气化，否则对三维打印过程产生严重危害，因此无法提高光斑功率密度来实现“激光清洗”功能。而本发明采用扫描加热方式，可以将热量迅速分散在更大面积上，可以不依赖“热传导”方式将热量扩散，因此可以使用更高功率密度的激光束，在加热产生熔池的同时，同步实现“激光清洗”，将熔池和熔融原料表层的对三维成型有害的物质清除(例如清除氧化膜)，结合电阻加热等方式产生熔融原料，可以对抗空气对三维成型过程的毒害作用，优选的，可以采用激光束对工件表面与正在沉积的原料之间的交界处进行扫描式加热，以对该交界处进行激光清洗。因此，本发明可以实现在空气中不使用保护气体的前提下进行三维打印。所述的激光清洗(Laserablation)，也叫激光烧蚀或光烧蚀，是通过用激光束照射以将固体(或有时为液体)表面去除材料的过程，表面材料被所吸收的激光能量加热并蒸发或升华。通常，激光清洗是指用脉冲激光去除物体表面的薄层材料、但又不破坏物体表面下的结构。极少数情况下也可以用连续激光烧蚀，去除物体表面薄层材料，但由于连续激光的能量过高，热效应非常严重，例如会使固体金属表面产生重熔，即在烧蚀金属的同时也产生熔池(薄熔池)。本发明正好可以利用连续激光在作为激光清洗热源时可以产生熔池的这种特性。

以上所述，仅作为本发明的较佳具体实施例，不能以此限定本发明的实施范围，即依据本发明权利要求书及说明书内容所做的等效变换与修饰，皆仍属于本发明涵盖的范围。

Claims (21)

1.一种扫描式激光打印头，其特征在于：

设置有激光接口、光束移动聚焦透镜组和原料输送通道，来自激光接口的激光束经所述光束移动聚焦透镜组调制后，从所述的原料输送通道的周围空间投射到工件上；打印所需的原料经原料输送通道抵达工件，原料为液态或固态，液态原料或者固态原料熔化后形成的熔融原料在工件上沉积；

所述的光束移动聚焦透镜组可转动和/或移动以调制激光束投射在工件上的位置，从而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热；激光束在对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热的同时，激光束在工件上的扫描加热区相对工件移动；

可被投射的激光束数量至少两束；每束激光束可被独立控制；在同一时刻内投射的激光束数量可控；对应的，所述激光接口、光束移动聚焦透镜组的数量与激光束的数量相同，每束激光束对应通过一个激光接口和一个光束移动聚焦透镜组；

所述的正在沉积原料的区域是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域；

所述的正在沉积原料的区域的边缘是指工件上的与正在沉积的原料接触的区域的边缘；

所述的正在沉积原料的区域的周边是指工件上与正在沉积原料的区域相邻或相连的区域。

2.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动聚焦透镜组包括光束移动透镜与聚焦镜，所述的光束移动透镜与聚焦镜为互相独立的组件，通过转动和/或移动所述光束移动透镜以调制激光束投射在工件上的位置进而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热，所述聚焦镜用于对所述激光束进行聚焦。

3.根据权利要求2所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动透镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动；或者，所述的光束移动透镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动。

4.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动聚焦透镜组采用至少一个能转动和/或移动的聚焦镜构成，所述的聚焦镜同时用于对所述激光束进行移动和聚焦，通过转动和/或移动所述聚焦镜以调制激光束投射在工件上的位置进而使得激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热。

5.根据权利要求4所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述聚焦镜可进行一个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动；或者，所述聚焦镜可进行两个维度平移或转动，以使激光束进行一维移动和对所述聚焦镜进行调焦；或者，所述聚焦镜可进行三个维度平移或转动，以使激光束进行二维移动和对所述聚焦镜进行调焦。

6.根据权利要求4所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动聚焦透镜组包括两组透镜，两组透镜依次设置在激光束的传播路径上，两组透镜分别绕各自的转轴转动，两组透镜的转轴互相垂直设置。

7.根据权利要求6所述的扫描式激光打印头，其特征在于：每组透镜至少包括一个透镜，所述透镜采用凸透镜或凹透镜，两组透镜中至少有一个是凸透镜以作为聚焦镜。

8.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

当所述的原料为固态时，所述激光束还对所述的原料输送通道出口外的固态原料进行加热以在所述的原料输送通道出口与所述工件之间的空间产生熔融原料。

9.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：当同时投射在工件上的激光束数量为两束或多于两束时，激光束投射在工件上的光斑扫描区域可组成复合扫描区，该复合扫描区可包围工件上正在沉积原料的区域。

10.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的激光束在工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热，以产生熔池；

当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的功率可被独立控制；

当被投射的激光束的数量为两束或多于两束时，每束激光束的扫描参数可被独立控制。

11.根据权利要求2或4所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的聚焦镜为场镜式聚焦镜，或者非场镜式聚焦镜；

所述的光束移动透镜或聚焦镜由电磁力驱动、或者由压电元件驱动、或者由热致形变驱动、或者由磁致形变驱动、或者由电致形变驱动、或者由流体驱动。

12.根据权利要求2所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动透镜在激光束的传播路径上位于聚焦镜之前，或者位于聚焦镜之后。

13.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

设置有准直镜，用于将非平行激光光束转为平行激光光束，所述的准直镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前；

设置有分束镜，用于将一束激光分成至少两束，所述的分束镜在激光束的传播路径上位于所述的激光接口之前；

设置有窗口镜，用于阻断外界物质接触到所述的光束移动聚焦透镜组；

设置有气体通路，用于喷射气体以形成气幕，通过所述气幕阻止或减轻外界物质污染所述的光束移动聚焦透镜组和所述的窗口镜，和/或，用于对正在沉积的原料及工件上的熔池喷射保护气体以形成保护气氛；

设置有液体冷却通路，用于对扫描式激光打印头进行冷却；

设置有光路切换组件，用于将激光束从一个激光接口切换到另一个激光接口。

14.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

还包括数量与所述激光束相同的壳体，所述的壳体两端贯通，所述的壳体的上端开口形成所述的激光接口，所述壳体的下端开口形成激光出射口，所述的光束移动聚焦透镜组设置在所述壳体内，所述的壳体与所述的原料输送通道装接在一起。

15.根据权利要求2或4所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的聚焦镜可调焦，调焦方式为手动调焦、或者电动调焦、或者气动调焦、或者液压调焦。

16.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述激光接口连接激光器的激光输出头。

17.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

工件上原料沉积路径上的被所述的激光束扫描加热的区域可在即将被激光束扫描加热形成熔池之前被提前预热，并且提前预热的范围可被设定。

18.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动聚焦透镜组控制激光束对正在沉积的原料的边缘进行加热，从而通过正在沉积的原料将热量传导至打印体上的正在沉积原料的区域的边缘，进而实现对打印体上的正在沉积原料的区域的边缘扫描加热。

19.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

被投射的激光束的数量至少两束，其中一部分激光束对工件上的正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热以产生熔池，另一部分激光束对工件上已经打印成型的工件表面的形态进行修整。

20.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的光束移动聚焦透镜组控制激光束在对正在沉积原料的区域的边缘和/或周边扫描加热的同时，对正在沉积的原料进行加热。

21.根据权利要求1所述的扫描式激光打印头，其特征在于：

所述的激光束对工件表面与正在沉积的原料之间的交界处进行扫描式加热，以对该交界处进行激光清洗。

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