[发明专利]一种双激光单振镜打印系统及打印方法

说明书

本发明涉及的一种双激光单振镜打印系统，属于3D打印技术领域，其包括低功率高光束质量激光器、高功率激光器和振镜单元；所述的低功率高光束质量激光器在打印轮廓线时开启，用于向振镜单元发射第一入射激光；所述的高功率激光器在打印填充线时开启，用于向振镜单元发射第二入射激光；所述的第一入射激光和第二入射激光存在交点，所述的振镜单元设置在第一入射激光和第二入射激光的交点处，且第二入射激光的光斑直径大于第一入射激光的光斑直径；所述的振镜单元通过调整反射角的方式使得反射后的第一入射激光和第二入射激光的路线重合。本发明在保持简单的光路系统以及较低的设备成本的前提下，提高了填充线扫描的效率。

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种双激光单振镜打印系统及打印方法。

背景技术

激光选区熔化技术（SLM）是利用聚焦激光束，把金属或者合金粉末逐层选区熔化，堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，实现精密零件及个性化、定制化器件的制造，其打印工艺过程为：首先将三维CAD模型切片离散并规划扫描路径，得到可控制激光束扫描的路径信息。其次计算机逐层调入路径信息，通过扫描振镜控制激光束选择性地熔化金属粉末，未被激光照射区域的粉末仍呈松散状。加工完一层后，粉缸上升，成形缸降低切片层厚的高度，铺粉板将粉末供从粉缸刮到成形平台上，激光将新铺的粉末在加工平面熔化，与上一层熔为一体。重复上述过程，直至成形过程完成，得到与三维实体模型相同的金属零件。

采用上述打印技术打印每层文件时，对文件扫描内容分为两部分，分别为轮廓线和填充线，如图1所示，路线1为轮廓线，路线2为填充线。轮廓线和填充线的对打印的要求不相同：1、轮廓线要求尽可能光斑小，打印精确，这样能够保证零件的表面质量足够好，粗糙度低；填充线则要求打印效率高，能够尽快扫描完成填充内容；2、在一个打印图案里，填充线的数量远多于扫描线的数量，以图1所示的矩形图案为例，假定矩形图案边长为10mm，扫描光斑直径为100um，则打印这个矩形图案，需要100条填充线和4条轮廓线，对于常规的300mm以上尺寸大型零件，填充线比轮廓线的数量多2~3个数量级。

因此在打印中为了能够提高打印效率又不降低精度，可以采用的方式是可变光斑系统，轮廓线打印时使用小光斑进行精确打印，填充线打印时使用大光斑，提高激光功率，增加填充线间距，减少填充线数量，从而提高打印效率。比如，授权公告号为CN109878075B公开的一种3D打印中采用连续可变光斑扫描加工的方法，该方法包括下列步骤：针对3D打印中的单个切片层，设定激光扫描加工的最大光斑半径和最小光斑半径，将待扫描区域划分为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域采用最小光斑扫描加工，第二区域采用最大光斑扫描加工；第三区域采用逐级补偿，通过逐级增大光斑的扫描半径逐级扫描该区域，实现该区域的扫描加工，各个区域的扫描过程中按照光斑半径逐渐变大或变小进行连续变化，实现连续可变光斑扫描加工。

对于此类方案，存在如下缺点：1、要求光路对于打印光斑进行大小调节，因此光路系统会更加复杂，对于打印可靠性要求极高的3D打印，无疑会增加故障率；2、可变光斑的倍率也不高，目前常规应用场合可用的光斑变化倍率为1:2，即打印轮廓线使用约100um光斑进行扫描，打印填充线则使用200um进行扫描；3、激光器使用受限，以SLM金属打印为例，100um光斑进行打印扫描，需要的激光功率为500W，如使用200um光斑进行打印扫描，则需要激光功率为1000W，SLM金属打印对激光器光束质量要求很高，通常要求打印激光光束质量M²低于1.1，目前市面激光器质量M²低于1.1的激光器的功率最大仅为1000W，纯单模高质量激光器的功率限制，也使得打印填充线时进一步扩大光斑，提高打印效率受到限制，市面上更高功率的激光器，则无法做到M²低于1.1。