[发明专利]二维面阵激光3D金属打印机及其文件转换、打印控制方法

说明书

本发明公开了一种二维面阵激光3D金属打印机，包括半导体激光器阵列以及半导体激光器阵列输出的激光光路上依次设置的微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压缩整形器、列起始位置调节器、条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台，还包括光束边界指示器和单点输出控制模块；半导体激光器阵列中的每个激光器、条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台分别与所述单点输出控制模块连接；所述边界指示器安装在所述列起始位置调节器上；本发明能够在保证加工精度的情况下，一次扫描打印一个二维面，将打印速度提升数一到两个数量级，大大提高了加工效率。

技术领域

本发明涉及激光3D打印技术领域，特别是一种二维面阵激光3D金属打印机及其文件转换、打印控制方法。

背景技术

传统的金属材料的3D打印制造技术，激光快速成型需要用高功率的激光照射试件表面，融化金属粉末形成液态的熔池，然后移动激光束，熔化前方的粉末而让后方的金属液冷却凝固，周边需要有送粉装置、惰性气体保护、喷头控制等来配套。这个加工过程是一个点堆积过程，对于一些较大工件的加工需要很长的加工时间，加工效率低下。目前实现金属3D打印的高功率激光器基本采用半导体激光器阵列，整形技术主要集中在如何将半导体阵列耦合进光纤或者输出加工光束，通常以牺牲加工精度为代价来提高加工效率，因此，在传统金属材料的3D打印制造技术基础上进行研究，在不牺牲加工精度的情况下提高加工效率是非常有必要的。

发明内容

根据金属材料3D激光打印制造的特点，本发明的目的在于，提供一种二维面阵快速高精度激光3D金属打印机，将二维半导体激光器阵列输出的激光经过整形后获得可进行单点控制的输出功率密度达到激光3D打印要求的面阵激光输出，再配以同轴送粉喷嘴，实现快速激光3D金属打印。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下的技术解决方案：

一种二维面阵激光3D金属打印机，包括由m×n半导体激光器组成的半导体激光器阵列，以及半导体激光器阵列输出的激光光路上依次设置的由m×n个微透镜组成的微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压缩整形器、列起始位置调节器、条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台，还包括光束边界指示器和单点输出控制模块；所述半导体激光器阵列中的每个激光器、条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台分别与所述单点输出控制模块连接；所述打印控制平台位于所述条形同轴送粉喷嘴下方；所述光束边界指示器安装在所述列起始位置调节器上；

由所述半导体激光器阵列输出的激光阵列先经过微透镜阵列进行准直形成准直激光束，再经第一光束间隔压缩整形器和第二光束间隔压缩整形器对光束间隔依次进行行方向和列方向压缩，然后经列起始位置调节器对光束位置进行调节形成平行四边形的激光阵列，最后经条形同轴送粉喷嘴的激光输出端口输出，到达打印控制平台。

进一步的，所述第一光束间隔压缩整形器位于二维半导体激光器阵列的下方，为一包括有m个45°条形反射面的阶梯反射镜，该m个45°条形反射面与激光束阵列的m行相对应；两个相邻反射镜之间的平面与接收到的激光行进方向相垂直，且反射镜阶梯的棱与激光器的列方向一致；45°条形反射面在水平方向上的宽度z等于激光光斑直径a，相邻的45°条形反射面之间的水平间隔j₁＝d₁-d₂，d₁为反射镜接收到的列方向上相邻两条激光束之间的中心间隔，d₂为该相邻两条激光束通过各自对应的45°条形反射面反射之后的中心间隔。