[发明专利]用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于三维物体制造领域，具体涉及一种用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法。

背景技术

三维物体的制造方法主要包括分层切片、送铺粉、激光扫描工艺步骤，其中激光扫描是影响三维物体的精度以及成型速度的关键因素。现有三维物体的制造方法，激光扫描步骤一般采用相同尺寸的单一光斑进行扫描，该激光扫描方法可以实现三维物体的制造，但由于采用较小尺寸的光斑进行扫描，提高了三维物体的精度，同时却减慢了三维物体的成型速度；而若采用较大尺寸的光斑进行扫描时，提高了三维物体的成型速度，同时可能影响了三维物体的成型精度，因此，采用现有技术的单一光斑扫描方法制造三维物体，很难达到高精度、高成型速度的效果。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的问题，提供一种用于制造三维物体的激光扫描装置及其方法，该激光扫描装置及其方法在保证制得的三维物体精度的前提下，提高了三维物体的成型速度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制造三维物体的激光扫描装置，包括激光器、振镜系统、控制系统和光束调节系统，所述控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区，当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描。

优选地，所述光束调节系统包括固定倍率扩束镜、F-Theta透镜和光阑，所述激光器、固定倍率扩束镜、振镜系统和F-Theta透镜组成第一光路单元，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述固定倍率扩束镜设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在固定倍率扩束镜和振镜系统之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第一光路单元。

优选地，所述光束调节系统包括动态聚焦模块和光阑，所述动态聚焦模块包括动态发散镜和聚焦镜，所述激光器、动态发散镜、聚焦镜和振镜系统组成第二光路单元，所述动态发散镜、聚焦镜依次设置在激光器和振镜系统之间，当扫描轮廓区时，上升光阑，使得光阑设置在动态发散镜和聚集镜之间，当扫描填充区时，下降光阑，使得光阑未出现在第二光路单元。

优选地，所述光束调节系统包括可变倍率扩束镜和F-Theta透镜，所述可变倍率扩束镜设置在激光器和振镜系统之间，所述F-Theta透镜用于将通过振镜系统反射的激光束在工作平面上形成均匀大小的聚焦光斑，所述第一光斑和第二光斑通过调节可变倍率扩束镜的倍率分别获得。

优选地，所述第一光斑和第二光斑满足公式：d₂≤2d₁，其中d₁为第一光斑尺寸，d₂为第二光斑尺寸。

本发明又提供了一种用于制造三维物体的设备，包括分层切片系统和送铺粉装置，其中，该设备还包括上述用于制造三维物体的激光扫描装置。

本发明还提供了一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤：

步骤一：控制系统将制件每一截面的待扫描点分为轮廓区和填充区；

步骤二：当扫描轮廓区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；当扫描填充区时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行扫描；

步骤三：重复执行步骤一和步骤二直到三维物体成型。

优选地，采用相同扫描间距对填充区进行逐行扫描。

优选地，扫描填充区具体包括以下步骤： 

控制系统根据公式A=W/B计算并判断A是否为整数；

当A为整数时，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑对填充区进行逐行扫描；

当A为非整数时，将A的整数部分记作Z，第1行至第Z行，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较大的第二光斑进行逐行扫描；第Z+1行，控制系统通过振镜系统控制激光器，同时控制光束调节系统，选择尺寸较小的第一光斑进行扫描；

其中，W为制件每一截面内垂直于扫描方向的长度，B为扫描光斑间距，所述第1行的行距等于B，第Z+1行的行距小于B。

优选地，所述激光扫描方法由上述激光扫描装置实现。