一種提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法，具體涉及一種基于多光束激光掃描技術(shù)，使液態(tài)光敏固化樹脂高效快速固化成型的成像系統(tǒng)?！揪唧w實施方式】為激光光源3發(fā)射出的光源經(jīng)過準(zhǔn)直鏡4，準(zhǔn)直的激光光束進(jìn)入光纖分束器5，將一束激光分成1×N的光束矩陣，激光束經(jīng)過掃描振鏡7、8的反射，由場鏡9將激光束聚焦在光固化樹脂表面10，高效的完成工件圖層的掃描，最終可同時完成N個工件的快速成型，因此，相對應(yīng)的掃描效率提高N倍。
【專利說明】一種提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法，具體涉及一種基于多光束激光掃描技術(shù)，使液態(tài)光敏固化樹脂高效快速固化成型的成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是一種新型快速成型制造技術(shù)，它通過多層疊加生長原理制造產(chǎn)品。它能克服傳統(tǒng)機(jī)械加工無法實現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)分為，熱熔塑膠基礎(chǔ)技術(shù)FDM、激光燒結(jié)成型技術(shù)、光固化液態(tài)樹脂選擇區(qū)域固化成型技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有的光固化技術(shù)分類為:激光繪圖成像紫外頻譜光固化技術(shù)，投影儀圖像化照射成型技術(shù)，激光掃描成像光固化技術(shù)。光固化快速成形技術(shù)是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態(tài)材料在一定波長和強(qiáng)度的紫外光(如λ = 405nm)的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料也就從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。它的核心技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)。激光成型技術(shù)根據(jù)CAD圖生成的零件幾何信息，控制三維數(shù)控成型系統(tǒng)，激光束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)鏡在液態(tài)表面上掃描，掃描的軌跡均由計算機(jī)控制，激光光束掃描到的地方，液體就固化成固體。成型初始時，工作平臺在液面下一個確定的深度，聚焦后的光斑在液面上按計算機(jī)的指令逐點掃描，即逐點固化。當(dāng)一層掃描完成后，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化，形成零件的一個薄層，未被照射的地方仍是液態(tài)樹脂。然后升降臺帶動平臺下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，然后再進(jìn)行下二層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個零件制造完畢。最后升降臺升出液體樹脂表面，取出工件，進(jìn)行清洗、去除支撐、二次固化以及表面光潔處理等，直至得到三維實體模型。光固化快速成形技術(shù)，無需進(jìn)行費時、耗資的模具或?qū)Ｓ霉ぞ叩脑O(shè)計和機(jī)械加工，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性，且打印出的實體模型表面質(zhì)量較好、成型精度和系統(tǒng)分辨率較高。
[0004]3D打印機(jī)主要包括高質(zhì)量激光器、振鏡掃描系統(tǒng)、高精度控制系統(tǒng)三個部分。當(dāng)計算機(jī)輸入一個位置信號，擺動電機(jī)帶動光學(xué)振鏡按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動一定角度。整個過程采用閉環(huán)反饋控制，由位置傳感器、誤差放大器、功率放大器、位置區(qū)分器、電流積分器等五大控制電路共同作用。光學(xué)振鏡是3D打印機(jī)的核心部件，決定了 3D打印機(jī)的性能。一般的機(jī)械式掃描系統(tǒng)采用的是機(jī)械裝置帶動掃描頭在平面上來回運動完成掃描，所以掃描系統(tǒng)的精度低、慣性大，響應(yīng)速度慢，而振鏡是通過線圈通以一定的電流而使轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以精度高、慣性小，響應(yīng)速度快，光束照射在振鏡上，通過振鏡的偏轉(zhuǎn)帶動光束的偏轉(zhuǎn)，從而能夠在掃描視場上掃描出激光軌跡。光學(xué)振鏡要完成光束的靜態(tài)聚焦、滿足光斑的質(zhì)量要求、平場二維精確掃描以及焦程誤差的動態(tài)補償，配合激光器完成對光敏樹脂面的掃描，其設(shè)計與制造的質(zhì)量直接影響到激光掃描的精度。然而國內(nèi)的3D打印機(jī)工業(yè)推廣進(jìn)程發(fā)展較慢，原因在于核心部件工業(yè)基礎(chǔ)弱，高質(zhì)量激光器、振鏡掃描系統(tǒng)、高精度控制系統(tǒng)依賴進(jìn)口，而這三個核心部件占成本比例超40%，使得儀器的成本較高。且一般光固化快速成形技術(shù)成型速率為3~5cm/小時，打印效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服以上不足，解決激光掃描光固化技術(shù)中成本高、效率低的問題，旨在提供一種經(jīng)濟(jì)、靈活、高效率的激光掃描方法。多光束掃描是將單束激光分成多束子光束，進(jìn)而將其導(dǎo)入掃描振鏡，在加工平面上顯現(xiàn)多個輪廓清晰的光斑圖案，這些光束排成陣列(IXN)或矩陣(MXN)，且每束光的特性都是一樣的。通過掃描振鏡的擺動，每個光斑在工作平面可生成完全相同的任意形狀的光斑圖案，使切割或去除的速度翻倍，但不損失掃描器的幾何自由度，在提升生產(chǎn)速率的同時實現(xiàn)復(fù)雜圖案的加工，極大的提高儀器的工作效率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:激光光源發(fā)射出的光源經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直的激光光束進(jìn)入光纖分束器，將一束激光分成IXN的光束矩陣，激光束經(jīng)過通過數(shù)控裝置控制的掃描振鏡，按設(shè)計的掃描路徑，由場鏡將激光束聚焦在光固化樹脂表面，高效的完成工件圖層的掃描，與單束激光相比，光纖分束器將激光分成N束,掃描區(qū)域被分割成N塊,可同時完成N個工件圖層的掃描，因此，相對應(yīng)的掃描效率提高N倍。
[0007]具體而言，所使用的方法為:采用光纖分束器，將一束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光分成IXN的光束矩陣，掃描區(qū)域被分割成N塊，由計算機(jī)程序提供圖像切片信號及掃描軌跡，控制掃描振鏡的掃描軌跡，可同時完成N個工件圖層的掃描，因此，相對應(yīng)的掃描效率提高N倍;
[0008]優(yōu)選的，還包括一個激光輸入端和N個激光輸出端；激光優(yōu)選波長為405nm ；
[0009]其中，X軸掃描振鏡的寬度和長度分別為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法，所述的提高光固化成型效率的方法為:米用光纖分束器，將一束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光分成IXN的光束矩陣,掃描區(qū)域被分割成N塊，由計算機(jī)程序提供圖像切片信號及掃描軌跡，控制X軸掃描振鏡和Y軸掃描振鏡的掃描軌跡，可同時完成N個工件圖層的掃描，因此，相對應(yīng)的掃描效率提高N倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高激光掃描成像光固化快速成型效率的方法，其特征為還包括一個激光輸入端和N個激光輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述激光優(yōu)選波長為405nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，X軸掃描振鏡的寬度和長度分別為:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中N個激光輸出端所輸出的N束激光束的性質(zhì)完全相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法,其中光纖分束器的輸入和輸出端口為SMA接口。
【文檔編號】B29C67/00GK104029394SQ201410292652
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】周斌, 孫小玲, 解維浩, 李哲, 楊雷, 周燕, 蓋穎穎, 禹定峰 申請人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所