[发明专利]一种应用光纤耦合输出激光的3D打印高分子材料系统

权利要求书

1.一种应用光纤耦合输出激光的3D打印高分子材料系统，其特征在于，该系统包括：参数控制模块、控制系统、激光系统、扫描系统；参数控制模块计算得到不同种类高分子材料的加工参数，该参数包括激光功率和激光扫描速度；然后将该激光功率和激光扫描速度信号传输给控制系统；控制系统包括两个控制模块：激光功率控制器和扫描速度控制器，二者分别接收对应的参数信号；激光功率控制器根据从参数控制模块接收到的激光功率信号向激光系统传输功率控制信号；扫描速度控制器根据从参数控制模块接收到的扫描速度信号向扫描系统传输扫描速度控制信号；激光系统中的激光器驱动电源接收功率控制信号，调节其输出电流，用以控制激光系统中的脉冲激光器的输出功率；脉冲激光器的激光经过激光系统中的光纤耦合输出模块输出；扫描系统中的支架驱动系统接收扫描速度控制信号，调节装有激光振镜的支架中心轴的旋转速度，用以控制激光扫描速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，参数控制模块计算得到该材料的加工参数的方法为：该参数控制模块中事先输入各类高分子材料的物理特性参数，物理特性参数包括比热容、比重、所需预热温度、需达到的加工温度；并在参数控制模块设置一定的激光功率及激光扫描速度，参数控制模块基于光纤耦合输出光斑的直径及铺粉厚度计算得到单位体积粉末在一次扫描下所吸收的能量，该吸收能量依赖于激光功率与激光扫描速度；然后根据比热容、预热温度及需达到的加工温度计算得到单位体积粉末所需的熔融能量；若该所需的熔融能量与前面计算得到的一次扫描过程能吸收的能量存在差异，则参数控制模块自动修正激光功率及激光扫描速度，再重复以上计算过程，直到二者能量相当，进而得到最佳的加工参数。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，其中的脉冲激光器可以为光纤激光器或固体激光器，其功率在1-100W之间连续可调。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，该系统所使用的高分子材料包括尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙12(PA12)、聚笨乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PPO)、聚乳酸(PLA)、聚醚醚酮(PEEK)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，用于耦合的光纤为传能石英光纤，其包括HCS(Hard Clad Silica)石英包层光纤、PCS(Plastic Clad Silica)塑料包层光纤、PCS-TECS(Technology Clad Silica)技术增强型包层光纤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，其中激光系统中的激光经过光纤耦合输出，光纤与激光器的耦合方式为直接耦合、单透镜耦合、三透镜耦合；光纤头可处理为铲形、半球形、锥形。