[发明专利]蓝色激光金属增材制造系统

说明书

基于并行打印方法使用空间光调制器的高分辨率增材制造系统。在激光束路径中使用DMD的用于增材制造的方法和系统。使用预热激光束与沿构建激光束路径具有DMD的构建激光束结合。

本申请：(i)根据美国法典第35卷第119节(e)(1)要求2018年8月24日递交的、序列号为62/722,198的美国临时申请的申请日权益和优先权权益；以及(ii)根据美国法典第35卷第119节(e)(1)要求2018年9月1日递交的、序列号为62/726,233的美国临时申请的申请日权益和优先权权益，每个申请的全部内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及材料的激光加工，特别是材料的激光构建，其包括使用波长从约350nm至约700nm的激光束的激光增材制造工艺。

背景技术

基于红外线(IR)(例如，具有大于700nm的波长，特别是具有大于1,000nm的波长)的增材制造系统存在有两个缺点(除了其他方面)，这限制了构建体积和构建速度。在这些红外系统中，构建体积受到扫描系统的有限尺寸所限制，还受到对于给定焦距准直器和平场聚焦镜(F-theta lens)能够创建的光斑所限制。例如，在这种现有红外系统中，当使用14mm焦距准直器和500mm F-theta焦距透镜时，对于受衍射限制的IR激光束，光斑尺寸为350μm的数量级。这在约85mm x 85mm的构建原料(例如粉末床)上提供了可寻址足迹，这反过来在对给定分辨率(例如光斑尺寸)的构建体积创建或建立了有限限制。对IR激光系统构建速度的第二个限制是材料对激光束的吸收。最初，大多数构建原料对红外光谱中的波长具有中等至低的反射率，因为加性制造开始使用金属，例如金，银，铂，铜和铝及其合金，这些材料具有较高和很高的红外反射率，在红外增材制造中使用这些高反射红外型的构建材料时会遇到问题。因此，将红外激光能量耦合到构建原料(例如粉末床或颗粒)受到了限制，很大一部分能量被反射离开、向后或更深入构建原料中。这些限制以某种方式进一步结合或连接在一起，使红外增材系统的问题和缺陷恶化。因此，红外激光的有限穿透深度决定了最佳的层厚，因此限制了工艺的分辨率。因此，IR激光系统由于对典型构建原料的反射率而具有有限的层厚以及有限的分辨率。

如在此使用的“UV”、“紫外”、“紫外光谱”、“光谱的紫外线部分”以及类似的术语，除非另有明确声明，否则应以其最广泛的含义来理解，并且会包括波长从约10nm到约400nm和从10nm到400nm的光。

如在此使用的术语“可见”、“可见光谱”、“光谱的可见部分”以及类似的术语，除非另有明确声明，否则应以其最广泛的含义来理解，并且会包括波长从约380nm到约750nm和从400nm到700nm的光。

如在此使用的术语“蓝色激光束”、“蓝色激光”以及“蓝色”，除非另有明确声明，否则应以最广泛的含义来理解，并且一般指的是提供(例如传送)激光束或波长从400nm(纳米)到500nm和约400nm到约500nm的光的提供激光束的系统，激光束，激光源(例如激光器和二极管激光器)。蓝色激光包括波长450nm、约450nm、460nm、约460nm。蓝色激光的带宽可从约10pm(皮米)到约10nm，约5nm，约10nm，约20nm，以及更大和更小的值。

如在此使用的术语“绿色激光束”、“绿色激光”以及“绿色”，除非另有明确声明，否则应以最广泛的含义来理解，并且一般指的是提供(例如传送)激光束或波长从500nm到575nm和约500nm到约575nm的光的提供激光束的系统，激光束，激光源(例如激光器和二极管激光器)。绿色激光包括波长515nm、约515nm、532nm、约532nm、550nm、约550nm。绿色激光的带宽可从约10pm到10nm，约5nm，约10nm，约20nm，以及更大和更小的值。

通常，如在此使用的术语“约”和符号“～”，除非另有指明，否则意味着涵盖±10％的方差或范围，涵盖与得到所述值相关的实验或仪器误差，并且优选地涵盖其中较大者。