[发明专利]用于逐层制造三维物体的装置

说明书

本发明公开了一种用于逐层制造三维物体的装置，包括成形平台、计算机系统、激光群系统、驱动系统和控制系统。本发明还公开了一种用于逐层制造三维物体的控制方法，包括：将成形平台划分为一个单位网格矩阵，每一网格被0～100间的自然数标识，数值为该网格处激光功率的使用率；在激光群系统从成形平台一侧以均匀速度向另一侧运动过程中，任一独立光源移动至网格标识为非0的网格时，控制系统开启该光源，并根据具体标识数值进行功率匹配，遇到标识为0的网格时，关闭该光源。本发明使光源发出的光斑在扫描方向上的投影叠加后形成一条垂直于扫描方向的连续光源，克服了单点扫描成形效率低的问题，大大提高了零件的扫描速度和成形效率。

技术领域

本发明属于激光快速成形技术领域，涉及一种用于逐层制造三维物体的装置，本发明还涉及一种用于逐层制造三维物体的控制方法，本发明还涉及一种用于逐层制造三维物体的扫描方法。

背景技术

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。其是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成型，制造出实体产品。

选择性激光熔化(selective laser melting，SLM)是金属件直接成形的一种方法，是快速成形技术的最新发展。该技术基于快速成形的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成形具有特定几何形状的零件，成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，是激光快速成形技术应用的主要方向之一。

现有SLM铺粉设备中，其光学系统主要由单一激光器、扩束镜、扫描振镜以及聚光镜组成，其工作原理主要为单一激光器发射点光源激光，通过扩束镜将光斑直径扩大以减小激光单位面积上的功率，并通过扫描振镜折射后再由聚光镜将激光聚焦以提高功率后直接投射于工作平台上对零件进行烧结。其中，扫描振镜是一组高速旋转的振镜系统，它包含带有温度补偿的精度检流振镜、带温度检测的具有最大反射能力的振镜。由于使用扫描振镜组，激光能在光源及其他传播介质中进行高速、稳定的传播。同时，可以通过对振镜控制来实现激光光斑在工作平台上的移动。

由于通过聚光镜后激光为点光源，其在烧结零件时需要通过振镜来改变激光角度，按照规划好的烧结路径进行逐点扫描。当单层零件烧结面积过大，或者结构复杂时，其完成单层零件烧结所需时间非常长，时间成本非常高，严重影响了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于逐层制造三维物体的装置，该装置解决了现有SLM铺粉设备的点光源加工时需进行逐点扫描而导致加工效率低下的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述装置逐层制造三维物体的方法，能够有效提高三维物体的扫描速度和成形效率。

本发明所采用的技术方案是，一种用于逐层制造三维物体的装置，包括成形平台、计算机系统、激光群系统、驱动系统和控制系统。激光群系统包括多个光源，光源间按一定规则排布，经排布后的光源发出的光束在扫描方向上的投影叠加后形成一条由光斑4组成的垂直于扫描方向的连续光源；激光群系统位于成形平台上方，激光群系统在计算机系统及控制系统的控制下，通过驱动系统整体移动。

本发明的特点还在于，

光源间的具体排布形式为：多个光源分布在与扫描方向相交的同一条直线上，相邻光源所发出的光束之间存在角度；

或者，多个光源排布成两排，第一排相邻光源的光斑之间具有间隙，间隙小于光源的光斑直径，第二排光源位于第一排光源的后方，且在垂直于扫描方向上分布于第一排相邻光源间隙处，使得多个光源的光斑在扫描方向上的投影叠加后形成一条垂直于扫描方向的连续光源；