本發(fā)明涉及3d打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有矯形功能的激光3d打印方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。

激光燒結(jié)技術(shù)利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計算機控制層層堆結(jié)成型。激光燒結(jié)技術(shù)可以使用非常多的粉末材料，并制成相應(yīng)材質(zhì)的成品，激光燒結(jié)的成品精度好、強度高，最終成品的強度遠遠優(yōu)于其他3d打印技術(shù)。然而，在激光3d打印中，當(dāng)激光光束以掃描方式做大幅面的3d打印時，聚焦光斑的大小在掃描幅面內(nèi)通常不是固定不變的，而這種光斑大小的不一致性會影響3d打印的質(zhì)量，因此確保聚焦光斑的大小在掃描幅面內(nèi)具有一致性對3d打印尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有矯形功能的激光3d打印方法及其系統(tǒng)，其解決了現(xiàn)有3d打印過程中光斑一致性的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種具有矯形功能的激光3d打印方法，其包括以下步驟：

第一步、測量掃描幅面內(nèi)各點的投影特性，獲得矯形前幅面內(nèi)各點處的聚焦光斑變形量；

第二步、根據(jù)第一步的測量結(jié)果設(shè)置光斑矯形裝置針對幅面內(nèi)各點的補償量，使得幅面內(nèi)各點處的聚焦光斑大小具有一致性；

第三步、開啟激光器，動態(tài)配合矯形裝置與掃描裝置進行激光3d打印。

進一步的，所述第三步之后還包括：

第四步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對粉末進行3d燒結(jié)；

第五步、利用短脈寬激光對3d燒結(jié)的部件進行激光誘導(dǎo)的激波沖擊；

第六步、采用連續(xù)激光或脈沖激光對3d燒結(jié)的部件進行拋光處理。

實現(xiàn)如上述具有矯形功能的激光3d打印方法的系統(tǒng)，其包括：工控機；連接并由所述工控機控制的脈寬可調(diào)的激光器、擴束裝置、光斑矯形裝置及激光掃描裝置；以及連接并由所述工控機控制的、接受所述激光掃描裝置的掃描以進行工件3d打印的粉末盒。

其中，所述的光斑矯形裝置包括：一對可做相對旋轉(zhuǎn)和平移的柱透鏡。

其中，所述的光斑矯形裝置包括：一柱透鏡，以及位于所述柱透鏡后方的成像系統(tǒng)，所述柱透鏡可相對所述成像系統(tǒng)做相對旋轉(zhuǎn)和平移。

其中，所述的成像系統(tǒng)包括：一對透鏡。

其中，所述的粉末盒上還設(shè)有一粉末供給裝置。

其中，所述的粉末盒還設(shè)有粉末清理裝置和粉末收集裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過精確控制光斑矯形裝置的補償量可以確保聚焦光斑的大小在掃描幅面內(nèi)具有一致性，從而確保3d打印的質(zhì)量。同時，在3d打印的過程中通過改變激光脈沖寬度來控制激光燒結(jié)的程度，改善在打印過程中出現(xiàn)孔隙、過燒及球化現(xiàn)象的情況，提高致密度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有矯形功能的激光3d打印系統(tǒng)的第一實施例的功能模塊框圖。

圖2為本發(fā)明的具有矯形功能的激光3d打印系統(tǒng)的第二實施例的功能模塊框圖。

圖3為本發(fā)明的采用具有矯形功能的激光3d打印系統(tǒng)的3d打印方法流程圖。

具體實施方式

以下參考附圖，對本發(fā)明予以進一步地詳盡闡述。

請參閱附圖1，在本實施例中，請參照圖1和附圖2，本實施例的具有矯形功能的激光3d打印系統(tǒng)主要包括工控機，激光器，激光掃描裝置及粉末盒。工控機控制激光掃描裝置激光器對放置于粉末盒內(nèi)的粉末進行3d打印，其中，所述激光掃描裝置包括用于對激光光束進行矯形的光斑矯形裝置。

其中，工控機與激光掃描裝置及粉末盒連接，并控制激光掃描裝置及粉末盒，對粉末盒內(nèi)的材料進行3d打印。

請再次參閱附圖1，在第一實施例中：

激光掃描裝置包括：連接于工控機1并根據(jù)工控機1的控制調(diào)節(jié)脈寬的激光器2、連接于激光器2的擴束裝置3，連接于擴束裝置3后方的光斑矯形裝置4，以及對粉末盒7進行激光掃描的振鏡透鏡組件，所述振鏡組件包括振鏡5，以及設(shè)于所述振鏡5后方的透鏡6，經(jīng)所述透鏡6后的激光光束作用于粉末盒7。

在本實施例中，光斑矯形裝置4包括一對可做相對旋轉(zhuǎn)和平移的柱透鏡41和42。

其中，粉末盒7上還設(shè)有粉末供給裝置71。

其中，上述粉末盒7還包括：連接于粉末盒7的粉末清理裝置72和粉末收集裝置73，用于對3d打印后的粉末進行收集和清理。

其中，光斑矯形裝置的工作原理如下：通常激光光束通過激光掃描裝置后在聚焦平面(掃描幅面)內(nèi)的光斑大小是不一致的，例如會在某個方向上拉伸而形成橢圓光斑。矯形裝置可以針對聚焦平面內(nèi)的各點，做出反向的補償從而使得聚焦平面內(nèi)的光斑大小具有一致性。例如，當(dāng)聚焦光斑在大幅面內(nèi)某一點會因x方向拉伸而形成橢圓光斑時(事實上，掃描幅面內(nèi)各點的投影特性都是預(yù)先可知的)，通過控制矯形裝置(相對旋轉(zhuǎn)和/或平移)使得入射掃描裝置的激光光束呈y方向拉伸的橢圓，即反向補償，從而確保大幅面內(nèi)的聚焦光斑始終呈圓形。通過精確的控制矯形裝置的補償量可以確保聚焦光斑的大小具有一致性。

請再次參閱附圖2，在第二實施例中：

激光掃描裝置包括：連接于工控機11并根據(jù)工控機11的控制調(diào)節(jié)脈寬的激光器12、連接于激光器12的擴束裝置13，連接于擴束裝置13后方的光斑矯形裝置14，以及對粉末盒17裝置進行激光掃描的振鏡透鏡組件，所述振鏡組件包括振鏡15，以及設(shè)于所述振鏡15后方的透鏡16，經(jīng)所述透鏡16后的激光光束作用于粉末盒17。

在本實施例中，光斑矯形裝置14包括一柱透鏡141，以及位于所述柱透鏡141后方的成像系統(tǒng)，所述柱透鏡141可相對所述成像系統(tǒng)做相對旋轉(zhuǎn)和平移。所述成像系統(tǒng)包括一對可做相對平移的透鏡142和143。

其中，粉末盒17上還設(shè)有粉末供給裝置171。

其中，上述粉末盒17還包括：連接于粉末盒17的粉末清理裝置172和粉末收集裝置173，用于對3d打印后的粉末進行收集和清理。

該光斑矯形裝置14的工作原理同上，在此不予以贅述。

請參閱附圖3，本實施例還公開了一種采用上述具有矯形功能的激光3d打印系統(tǒng)的3d打印方法，該方法包括以下步驟：

第一步s1、測量掃描幅面內(nèi)各點的投影特性，獲得矯形前幅面內(nèi)各點處的聚焦光斑變形量；

第二步s2、根據(jù)第一步的測量結(jié)果設(shè)置光斑矯形裝置針對幅面內(nèi)各點的補償量，使幅面內(nèi)各點處的聚焦光斑大小具有一致性；

第三步s3、開啟激光器，動態(tài)配合矯形裝置與掃描裝置進行激光3d打印。

進一步的，所述第三步s3之后還包括：

第四步s4、采用連續(xù)激光或脈沖激光對粉末進行3d燒結(jié)；

第五步s5、利用短脈寬激光對3d燒結(jié)的部件進行激光誘導(dǎo)的激波沖擊；第六步s6、采用連續(xù)激光或脈沖激光對3d燒結(jié)的部件進行拋光處理。

此外，當(dāng)3d打印涉及多種材料的粉末，如相鄰層采用不同的材料(粉末)，或同一層不同位置采用不同的材料(粉末)，根據(jù)各材料(粉末)的光學(xué)特性選擇合適的激光波長、脈沖能量和脈寬，應(yīng)用上述工藝，實現(xiàn)功能梯度材料的打印、沖擊和拋光。

本實施例的工件的3d打印系統(tǒng)通過對激光束的脈沖寬度進行調(diào)節(jié)來改變粉末吸收的能量，進而改變粉末的顆粒的熔化量，從而降低熔體粘度和表面張力，增加熔池深度和寬度，使得顆粒間的粘結(jié)力增加，進而增加工件的致密度，并且增加了矯形裝置，確保聚焦光斑的大小在掃描幅面內(nèi)具有一致性，從而確保3d打印的質(zhì)量。

上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準(zhǔn)。