[发明专利]激光束以阿基米德螺线方式扫描的3D打印工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及3D打印技术。 

背景技术：

目前使用激光束打印的几种主流的3D打印工艺，如SLA、SLS、SLM、LOM等，无论是采用物镜前扫描方式还是物镜后扫描方式，在进行小幅工作面的扫描时，都能获得高精度的扫描效果，工作面上的扫描点的光班较小且大小一致，或离焦误差较小处在聚焦深度之内；然而，在进行大幅工作面的扫描时，若采用物镜前扫描方式，则由于具较大工作面积的扁平场镜(F-Theta透镜)制作成本高，且焦距较长，应用困难，焦平面上光班变大，工作面上扫描图形畸变变大，影响扫描效果；若采用物镜后扫描方式，则由于大幅工作面上离焦误差在工作面边缘处太大，光班发生严重畸变；既便采用动态聚焦系统(可移动聚焦镜和静止物镜组成)，增加光路长度，减小偏转角，缩小光班畸变，但这样一来，整个光学系统几何尺寸加大，也给应用造成困难。所以，基于上述原因，在大幅工作面上打印大尺寸工件，目前的几种采用激光束和X轴Y轴振镜偏转扫描的SLA、SLS、SLM和LOM，都受到严重限制。 

为了克服上述在大幅工作面上打印大尺寸工件的几种主流激光打印工艺SLA、SLS、SLM和LOM等存在的严重缺陷，本发明提出“激光束以阿基米德螺线方式扫描的3D打印工艺。” 

发明内容：

为了克服目前几种主要的使用激光束扫描的3D打印工艺SLA、SLS、SLM和LOM等在大幅工作面上加工大尺寸工件所遇到的普通难题，本发明提出激光束以 阿基米德螺线方式扫描的3D打印工艺构想。 

本发明的基本工作原理是： 

本发明以转盘上组装的激光器的激光束，或独立于转盘的外设激光器通过转盘光路系统引入转盘的激光束，在转盘转动和导轨导架平移的复合运动下，以阿基米德螺线方式扫描，取代目前SLA、SLS、SLM和LOM等工艺的X-Y振镜扫描方式，来完成SLA、SLS、SLM和LOM等的平面3D打印工作。组装在转盘上的激光器可以是单个也可以是多个，视所要求的打印速度而定。独立于转盘的外设激光器只能设置一个，视所要求的激光器的功率和高速打印速度而定。从康子纯所提“园柱面叠层相加3D打印工艺”(申请号201410310814.5)和“通用3D打印机床加工一体机”(申请号201410359912.8)发明专利文件可知，阿基米德螺线扫描和X-Y轴扫描本质上是一样的，只是所用坐标系和扫描轨迹线不同而已。单个激光器激光束的扫描以局部恒角速度PCAV(即内圈以恒线速度CLV，外转以恒角速度CAV)作阿基米德螺线整线扫描；多个激光器激光束则始终以恒角速度CAV作阿基米德螺线的分段线扫描。两者都追求快速精确扫描；在大幅工作面上做大尺度扫描，光斑不发生任何畸变。整机结构简单，紧凑，省却SLA、SLS、SLM和LOM等工艺的复杂X-Y振镜和昂贵透镜系统，大幅降低成本，缩小整机相对尺寸，保证打印质量。且可造出目前的SLA、SLS、SLM和LOM工艺无法制造的超大尺寸扫描工作面的同类3D打印机，获得超大工件的精细SLA、SLS、SLM和LOM加工，因而具有诸多优越性。 

本发明“激光束以阿基米德螺线方式扫描3D打印工艺”，包括：激光器与光路系统，转盘与激光盘和导轨导架系统，主轴电机与导轨导架平移伺服电机系统，计算机控制系统；