[发明专利]群扫描激光选择性烧结或固化方法及其3D成型机

摘要

本发明属于机电领域，基于选择性激光烧结的铺粉烧结原理，在能保证成型精度及速度的前提下，采用廉价而长寿命的半导体激光器件，采用激光器阵列,进行群扫描法方法：使用多个独立激光器的光点构成激光光点阵列(20)，形成众多微扫描区域(22)；扫描线(21)将同步生成。当激光光点的移动范围(振幅)，分别等于行及列方向的光点间距时，且当行的扫描频率远大于列的扫描频率情况下，此乃逐行扫描状态(等效于CRT电视的行场扫描：行的扫描频率较高，桢的扫描频率较低)，光电会覆盖所有区域；确切的讲是通过群扫描方式实现逐层对粉末材料的选择性烧结方法及用该方法所制造的3D成型机；从而极大的降低成型设备的制造费用及使用成本，且还改善了成型速度。

主权项

群扫描激光选择性烧结或固化方法:其基本构成为激光器阵列,机械扫描驱动装置,物料槽,物料槽内的升降装置,电子处理部分组成；分为激光烧结方式或光固化方式；其激光烧结方式的工作原理为:先将零件的三维模型转化为STL格式文件，然后用分层软件对其进行分层处理，即“离散化”过程。在开始加工之前，先对成型室进行预热。计算机即驱动电路根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面.粉末完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉.控制激光束再扫描烧结新层.如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型.最后,将未烧结的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件.对于金属粉末激光烧结,在烧结之前,整个工作台被加热至一定温度,可减少成型中的热变形,并利于层与层之间的结合.最后，经打磨、烘干等后处理后，即可制作完成满足需求的原型或零件；而激光固化与激光烧结方式及其相近,只不过是将粉末料槽更换成液体料槽,浸在料槽里的升降台逐层下降,留出一定厚度的液态薄层,由激光扫描来固化成型；无论是激光烧结方式或光固化方式,在扫描方式上都遵循群扫描法,该法的核心内容详述为:激光群扫描方法是使用多个独立激光器的光点构成激光光点阵列(20)，形成众多微扫描区域(22)；扫描线(21)将同步生成。当激光光点的移动范围(振幅)，分别等于行及列方向的光点间距时，且当行的扫描频率远大于列的扫描频率情况下，此乃逐行扫描状态(等效于CRT电视的行场扫描：行的扫描频率较高，桢的扫描频率较低)，光电会覆盖所有区域；由于群扫描方式；如果激光阵列为：MxN，将会使得2个方向的扫描频率减少M及N倍，振幅也减小M及N倍，驱动的机械难度大大的降低了，振镜系统变得容易一些了，甚至可以直接使用机械位移驱动来回避复杂的振镜系统及聚焦汇聚系统，系统稳定简单，而且由于激光器的数量为MN个，M,N的数值可以为2‑200个或是更多；因而单个激光器的功率被允许下降MN倍；可以选取半导体激光器件，成本及寿命又进一步降低，但要注意选取半导体激光器件的一致性的品质，还有一个优点是:激光器件的更换也变得容易了；而群扫描法有分为：多区域动平衡群扫描法和单区域群扫描法；多区域动平衡群扫描法是将扫描区域分成多块独立区域，每一块都在频率较高的那一方向上独立运动，且运动的相位反向，可以抵消振动与惯量，将会获得良好的动平衡；单区域群扫描法：是一个统一区域的整体扫描方式，动平衡可以由外部器件抵消，以减少振动；扫描的机械实现可以通过，转轴往复转动方式、直线往复振动方式、振镜反射方式。无论是那种方式，由于振幅都很小，不会出现激光束聚焦平面过大的偏离液面或粉槽的粉平面情况；其特征就在于：使用多个并行工作的MxN个激光器件进行机械扫描来完成烧结或固化工作，其扫描振幅等于或略大于激光器件排列方阵的点阵间距；其扫描区域分为多区域动平衡群扫描和单区域群扫描；机械扫描的驱动可以是振镜反射式、直线驱动式、转动驱动式。