一種旋轉式振鏡掃描裝置及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光快速成型領域，具體涉及一種旋轉式振鏡掃描裝置及其應用方法。
【背景技術】
[0002]快速成型技術又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，被認為是近20年來制造領域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身，利用三維CAD的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。
[0003]按照成型的方式，快速成型技術可以分為熔融沉積式(FDM)，選擇性激光熔化成型(SLM)，立體光固化(SLA)，電子束熔化成型(EBM)等等。在這些成型技術中，選擇性激光熔化成型(SLM)和立體光固化(SLA)是采用振鏡掃描方式來實現的。掃描振鏡主要有反射鏡片、掃描電機以及驅動電路等構成，能進行高速高精度地掃描，其速度能達4m/s ;反射鏡片粘接在掃描電機的轉軸上，通過電機的旋轉帶動反射鏡片的旋轉來實現激光束的偏轉；受限于掃描電機的偏轉角度(一般在±20° )，掃描振鏡工作的范圍是確定的。雖然，掃描振鏡可以通過改變場鏡焦距的大小來改變工作的范圍，一般來說焦距越長，工作范圍越大；但是，受限于激光的光束質量，焦距越長，其焦點處的光斑越大，精度也越低。
[0004]為了擴大快速成型設備的工作范圍，有的廠家在技術上采用多振鏡掃描機構實現多路激光束協同工作，通過多個成型區(qū)域的協同疊加效果，可擴大成型的工作面積。但是，掃描振鏡屬于快速成型設備中技術含量高、成本昂貴的組件，多掃描振鏡的使用不僅大大增加了硬件控制和軟件的復雜程度，降低了系統的工作穩(wěn)定性，而且也大大增加了系統的硬件成本。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種旋轉式振鏡掃描裝置，包括激光器、轉軸、掃描振鏡、轉動裝置、工作反射鏡和轉臺，其中:掃描振鏡固定在轉臺上；轉軸的第一端連接在掃描振鏡上，轉動裝置驅動轉軸旋轉，從而通過掃描振鏡帶動轉臺旋轉；轉軸呈中空狀，沿其軸向設置有通孔，工作反射鏡固定在轉臺上，激光器發(fā)射的激光經過轉軸的通孔照射到掃描振鏡，隨后激光束依次由掃描振鏡和工作反射鏡反射，照射到轉臺下方的工作面上。
[0006]其中，轉動裝置由蝸桿和蝸輪組成，蝸輪套接在轉軸的外側，蝸桿由動力源驅動，通過蝸桿的旋轉驅動蝸輪，帶動轉軸旋轉。優(yōu)選地，蝸桿的螺旋升角很小，使得蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。
[0007]另外，在轉臺上設置有孔洞，工作反射鏡反射的激光束可以穿過所述孔洞照射到工作面上。
[0008]還有，為了保證振鏡掃描裝置的轉動平穩(wěn)性，轉臺為圓盤狀，掃描振鏡固定在轉臺的中心位置。
[0009]此外，該裝置還包括上反射鏡，上反射鏡設置在轉軸的第二端軸向外側，激光器發(fā)射的激光束首先經過上反射鏡反射后再穿過轉軸通孔照射到掃描振鏡。
[0010]該裝置還可以包括下反射鏡，下反射鏡可以固定在轉臺上，從掃描振鏡出射的激光束經過下反射鏡反射到工作反射鏡。
[0011]本發(fā)明還提供了上述旋轉式振鏡掃描裝置的應用方法，通過轉臺旋轉，旋轉式振鏡掃描裝置在360度的圓周范圍內均布有四個固定工作位置，從而形成四個工作區(qū)域，旋轉式振鏡掃描裝置的四個固定工作位置分別在各自工作區(qū)域的中心，進行零件加工。
[0012]其中，在打印大零件時，設備軟件讀入零件文件，將零件分為四個部分并切層；按照工作區(qū)域、工作反射鏡中心位置對切層信息進行調整，形成四組切片信息；開始加工時，工作反射鏡轉動到第一固定工作位置，同時調入第一組切片信息的第一層切片信息進行加工；然后，再轉動到第二固定工作位置，調入第二組切片信息的第一層切片信息進行加工；如此依次，轉到第三固定工作位置、第四固定工作位置，相應調入第三組切片信息的第一層切片信息、第四組切片信息的第一層切片信息進行加工；四個區(qū)域的第一層加工完成后，工作反射鏡回到第一固定工作位置，開始下一層的加工，如此重復，直到把零件全部加工完成。
[0013]旋轉式振鏡掃描裝置四個工作區(qū)域的X、Y軸方向及坐標系方向各不相同，在順時針方向上的相鄰工作區(qū)域其X、Y軸方向及坐標系在順時針方向上有90度的偏移。
[0014]本發(fā)明通過轉臺帶動掃描振鏡旋轉，使得振鏡掃描裝置在保證加工精度的前提下，工作范圍擴大4倍，克服了掃描振鏡固定方式形成的工作空間局限，同時還避免了多掃描振鏡工作方式帶來的系統復雜度和硬件成本增加的問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明旋轉式振鏡掃描裝置的立體結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明旋轉式振鏡掃描裝置的加工區(qū)域示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種旋轉式振鏡掃描裝置，包括激光器1、上反射鏡2、轉軸3、掃描振鏡4、轉動裝置5、工作反射鏡6、下反射鏡7和轉臺8。
[0019]轉臺8為圓盤狀，掃描振鏡4固定在轉臺7的中心位置；
[0020]轉軸3的第一端連接在掃描振鏡4上，轉動裝置5驅動轉軸3旋轉，從而帶動轉臺8旋轉。
[0021]轉動裝置5由蝸桿和蝸輪組成，蝸輪套接在轉軸3的外側，蝸桿由動力源驅動，通過蝸桿的旋轉驅動蝸輪，帶動轉軸3旋轉。本實施例中，蝸桿的螺旋升角很小，使得蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動，從而能夠保證掃描振鏡4定位的穩(wěn)定性。
[0022]轉軸3呈中