[发明专利]增材制造设备和用于增材制造设备的光学模块

说明书

本发明涉及一种用于通过使用能量束以逐层方式固结材料来构建物体的增材制造设备。所述增材制造设备包括用于将激光束(118)转向到所述材料上并且用于收集由所述激光束(118)与所述材料的相互作用而生成的光的光学模块(106)。所述光学模块(106)包括相对于所述激光束(118)和所收集的光所共享的光学路径成角度的分束器(178)。所述分束器(178)将所收集的光与所述激光束(118)的路径分开以用于将所收集的光引导到检测器(172)。所述光学模块(106)进一步包括校正光学元件(178a)，该校正光学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个光学像差。

技术领域

本发明涉及一种增材制造设备和用于增材制造设备的光学模块。本发明特别但非排他地应用于用激光束来逐层固化材料以形成物体的激光固化设备。

背景技术

WO2015/040433披露了一种用于增材制造设备中的光学模块，该光学模块被安排成用于引导并聚焦激光束以固化粉末床的材料，来收集从等离子体羽和/或由激光束生成的熔池发射的光并且将所收集的光引导到检测器上。

光学模块是“同轴”光学系统，其中所收集的光沿着激光束的路径被引导到检测器，所收集的光从转向光学器件的反射镜反射并且穿过用于聚焦激光束的光学器件。使用相对于光束路径成角度的分束器将所收集的光与激光束的路径分开。分束器具有合适的涂层，使得激光波长的光从分束器反射，而所收集的其他波长的光穿过分束器到达检测器。当所收集的光穿过聚焦光学器件时，所收集的光的光束在入射到分束器上时会聚，从而产生具有入射角的可变透射路径。因此，所收集的光的光束受到来自聚焦光学器件的像差(例如球面像差)、以及来自分束器的其他像散光和彗差限制等。

所收集的光包含波长的带宽，该波长的带宽是从等离子体羽发射的可见光谱(300-700nm)到热熔池所发射的近红外或远红外(700nm-3μm)的。可以理解到的是，这里使用的术语“所收集的光”包括这些波长。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于通过使用能量束以逐层方式固结材料来构建物体的增材制造设备，该增材制造设备包括用于将激光束转向到材料上并且用于收集由激光束与材料的相互作用而生成的光的光学模块，该光学模块包括分束器，该分束器相对于激光束和所收集的光所共享的光学路径成角度，该分束器将所收集的光与该激光束的路径分开以用于将所收集的光引导到检测器，该光学模块包括校正光学元件，该校正光学元件用于校正由分束器引入到所收集的光中的至少一个光学像差。

以此方式，被引导到检测器的所收集的光的图像至少部分地不受该至少一个光学像差的影响。

在一个实施例中，该激光束可以是用于固结材料的能量束。在另一个实施例中，该激光束可以是与能量束分开的束。例如，该激光束可以是用于监测固结过程的低功率激光束(相对于较高功率能量束)，并且该能量束可以是由与光学模块分开的转向模块转向的高功率激光束或电子束。

该校正光学元件可以是与分束器分开的、在所收集的光的路径中被布置在分束器下游的光学元件。

例如，诸如US4412723中描述了单独的透镜。

替代性地，分束器可以被安排成用于反射激光波长并且透射所收集的光的波长而不是激光波长，该校正光学元件被形成为位于该分束器的后表面中的光学特征，以改变透射穿过该分束器的光。该校正光学元件可以是通过该后表面的激光烧蚀以及可选地激光熔化而在分束器的后表面上形成的。该分束器可以包括二氧化硅衬底，其后表面使用激光来烧蚀以形成该校正光学元件。

通过将该校正光学元件整合到分束器中，该校正光学元件不需要在单独步骤中对准以对准该分束器，该光学模块更紧凑并且该解决方案可能比提供单独的校正光学元件更便宜。

该校正光学元件可以形成为折射光学元件，以使透射穿过该分束器的光在该分束器的平面上有差异地折曲以补偿像差。