[發明專利]一種線陣式激光3D打印裝置及方法

有效

• 申請號: 202110856912.9
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113579468B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 朱凡;李兵濤
• 申請（專利權）人: 杭州愛新凱科技有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B26/10
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 馬聰

本發明涉及一種線陣式激光3D打印裝置，其包括：激光束整形模塊，用于將激光器發出的圓形發散激光束整形為線狀平行激光束；激光束調制模塊，用于將線狀平行激光束分割成若干小光束，并對所有小光束進行獨立控制；動態對焦模塊，用于改變透過激光束調制模塊的小光束的折射角，進而對不同掃描位置的焦距長度的變化進行實時動態補償；激光成像模塊，用于對小光束進行聚焦；掃描振鏡模塊，用于反射聚焦后的小光束，使小光束照射到工作面上完成掃描。本發明涉及的線陣式激光3D打印裝置使用一個激光頭即可產生多條激光光束，打印效果與傳統的多激光頭3D打印設備相同，但內部結構比多激光頭3D打印機的結構簡單，成本也較低，打印效率更高。

技術領域

本發明涉及激光成像領域，尤其涉及一種線陣式激光3D打印裝置及方法。

背景技術

激光3D打印，是將光纖激光器的激光光束準直，經過振鏡系統反射后，再聚焦成像，在工作平面進行打印。根據打印的工件的不同，可以使用不同的激光器，例如金屬3D打印，激光器光源可以使1080nm的紅外激光器；光固化3D打印，激光器使用的是355nm紫外激光器。激光3D打印目前所有的方案均是使用一個點光源的激光器，在打印工作面聚焦成像為一個點，打印時振鏡系統反射激光束進行單束激光點的掃描，打印效率非常低下。

基于上述問題，行業內出現了多激光頭的打印方案，比如中國專利CN 207088485U公開了一種多激光器多振鏡動態變焦掃描光路系統，其用于3D打印設備上，該設備包括光路板，該系統設于光路板上，且至少包括兩組相互對稱的激光器、振鏡以及擴束鏡，激光器輸出端設有擴束鏡，擴束鏡的輸出端設有振鏡，激光器發射出的光束進入擴束鏡，光束經擴束鏡處理后再進入振鏡，經振鏡輸出端的光束通過場鏡再作用于加工3D打印設備平臺上的加工工件。

然而，激光頭數量增加，意味著激光器、振鏡系統、成像鏡頭都得按比例增加，系統成本、復雜度會急劇增加。另外，激光打印光束數量的增加還會導致激光3D打印的效率降低，這也成為了該行業一直以來發展的瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于提供一種線陣式激光3D打印裝置及方法，以解決現有的多激光頭3D打印機存在的成本高、打印效率低等問題。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

本發明涉及一種線陣式激光3D打印裝置，其包括：

激光束整形模塊，用于將激光器發出的圓形發散激光束整形為線狀平行激光束；

激光束調制模塊，用于將線狀平行激光束分割成若干小光束，并對所有小光束進行獨立控制；

動態對焦模塊，用于改變透過激光束調制模塊的小光束的折射角，進而對不同掃描位置的焦距長度的變化進行實時動態補償；

激光成像模塊，用于對小光束進行聚焦；

掃描振鏡模塊，用于反射聚焦后的小光束，使小光束照射到工作面上完成掃描。

優選地，所述的激光束整形模塊包括：

激光準直鏡片，用于將激光器發出的圓形發散激光束準直為圓形平行激光束；

鮑威爾棱鏡，用于將圓形平行激光束整形為長條形的線狀發散激光束；

平場鏡片，用于將線狀發散激光束準直為線狀平行激光束。

優選地，所述的激光束調制模塊采用多通道光柵光頭裝置，其包括：

聲光調制器，用于產生超聲波并傳入聲光介質，使得線狀平行激光束透過聲光介質時產生衍射，并形成多道小光束；

控制電路，用于控制各超聲波轉換器的開關狀態；

與小光束一一對應的超聲波轉換器，用于控制對應小光束的偏折，進而改變小光束穿過激光束調制模塊的通斷狀態。