[發明專利]增材制造設備和用于增材制造設備的光學模塊

在審

• 申請號: 201680054580.X
• 申請日: 2016-09-21
• 公開（公告）號: CN108025361A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 保羅·坎普頓;凱里·布朗
• 申請（專利權）人: 瑞尼斯豪公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;G02B27/14;G02B27/09;B29C64/153;B29C64/20;B33Y30/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

本發明涉及一種用于通過使用能量束以逐層方式固結材料來構建物體的增材制造設備。所述增材制造設備包括用于將激光束(118)轉向到所述材料上并且用于收集由所述激光束(118)與所述材料的相互作用而生成的光的光學模塊(106)。所述光學模塊(106)包括相對于所述激光束(118)和所收集的光所共享的光學路徑成角度的分束器(178)。所述分束器(178)將所收集的光與所述激光束(118)的路徑分開以用于將所收集的光引導到檢測器(172)。所述光學模塊(106)進一步包括校正光學元件(178a)，該校正光學元件用于校正由所述分束器(178)引入到所收集的光中的至少一個光學像差。

技術領域

本發明涉及一種增材制造設備和用于增材制造設備的光學模塊。本發明特別但非排他地應用于用激光束來逐層固化材料以形成物體的激光固化設備。

背景技術

WO2015/040433披露了一種用于增材制造設備中的光學模塊，該光學模塊被安排成用于引導并聚焦激光束以固化粉末床的材料，來收集從等離子體羽和/或由激光束生成的熔池發射的光并且將所收集的光引導到檢測器上。

光學模塊是“同軸”光學系統，其中所收集的光沿著激光束的路徑被引導到檢測器，所收集的光從轉向光學器件的反射鏡反射并且穿過用于聚焦激光束的光學器件。使用相對于光束路徑成角度的分束器將所收集的光與激光束的路徑分開。分束器具有合適的涂層，使得激光波長的光從分束器反射，而所收集的其他波長的光穿過分束器到達檢測器。當所收集的光穿過聚焦光學器件時，所收集的光的光束在入射到分束器上時會聚，從而產生具有入射角的可變透射路徑。因此，所收集的光的光束受到來自聚焦光學器件的像差(例如球面像差)、以及來自分束器的其他像散光和彗差限制等。

所收集的光包含波長的帶寬，該波長的帶寬是從等離子體羽發射的可見光譜(300-700nm)到熱熔池所發射的近紅外或遠紅外(700nm-3μm)的。可以理解到的是，這里使用的術語“所收集的光”包括這些波長。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種用于通過使用能量束以逐層方式固結材料來構建物體的增材制造設備，該增材制造設備包括用于將激光束轉向到材料上并且用于收集由激光束與材料的相互作用而生成的光的光學模塊，該光學模塊包括分束器，該分束器相對于激光束和所收集的光所共享的光學路徑成角度，該分束器將所收集的光與該激光束的路徑分開以用于將所收集的光引導到檢測器，該光學模塊包括校正光學元件，該校正光學元件用于校正由分束器引入到所收集的光中的至少一個光學像差。

以此方式，被引導到檢測器的所收集的光的圖像至少部分地不受該至少一個光學像差的影響。

在一個實施例中，該激光束可以是用于固結材料的能量束。在另一個實施例中，該激光束可以是與能量束分開的束。例如，該激光束可以是用于監測固結過程的低功率激光束(相對于較高功率能量束)，并且該能量束可以是由與光學模塊分開的轉向模塊轉向的高功率激光束或電子束。

該校正光學元件可以是與分束器分開的、在所收集的光的路徑中被布置在分束器下游的光學元件。

例如，諸如US4412723中描述了單獨的透鏡。

替代性地，分束器可以被安排成用于反射激光波長并且透射所收集的光的波長而不是激光波長，該校正光學元件被形成為位于該分束器的后表面中的光學特征，以改變透射穿過該分束器的光。該校正光學元件可以是通過該后表面的激光燒蝕以及可選地激光熔化而在分束器的后表面上形成的。該分束器可以包括二氧化硅襯底，其后表面使用激光來燒蝕以形成該校正光學元件。

通過將該校正光學元件整合到分束器中，該校正光學元件不需要在單獨步驟中對準以對準該分束器，該光學模塊更緊湊并且該解決方案可能比提供單獨的校正光學元件更便宜。

該校正光學元件可以形成為折射光學元件，以使透射穿過該分束器的光在該分束器的平面上有差異地折曲以補償像差。