[发明专利]线阵高速激光3D金属打印机及其打印控制方法

说明书

本发明公开了一种线阵高速激光3D金属打印机，包括二维Bar条阵列，以及激光光路上依次设置的微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压缩整形器、聚焦柱透镜、条形同轴送粉喷嘴和打印控制平台；还包括光束指示器和单点输出控制模块；二维Bar条阵列的每一行的n个Bar条作为一个一维Bar条堆分别与单点输出控制模块相连，由单点输出控制模块对这m个一维Bar条堆分别进行控制；条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台分别与单点输出控制模块连接。本发明实现了逐线打印，大大提高了打印工作速度，从而有效提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及激光3D打印技术领域，特别是一种线阵高速激光3D金属打印机及其打印控制方法。

背景技术

3D打印技术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，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。传统的金属材料的3D打印制造技术，激光快速成型需要用高功率的激光照射试件表面，融化金属粉末，形成液态的熔池，然后移动激光束，熔化前方的粉末而让后方的金属液冷却凝固，周边需要有送粉装置、惰性气体保护、喷头控制等来配套。加工过程是一个点堆积过程，对于一些较大工件的加工需要很长的加工时间，加工效率低下。目前实现金属3D打印的高功率激光器基本采用二维Bar条阵列整形技术主要集中在如何将半导体阵列耦合进光纤或者输出加工光束，通常以牺牲加工精度为代价来提高加工效率，因此，在传统金属材料的3D打印制造技术基础上进行不牺牲加工精度的情况下提高加工效率的研究是非常有必要的。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种线阵高速激光3D金属打印机。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下的技术解决方案：

一种线阵高速激光3D金属打印机，包括由m×n个Bar条组成的二维Bar条阵列，以及二维Bar条阵列输出的激光光路上依次设置的由m×n个微透镜组成的微透镜阵列、第一光束间隔压缩整形器、第二光束间隔压缩整形器、聚焦柱透镜、条形同轴送粉喷嘴和打印控制平台；还包括光束指示器和单点输出控制模块；二维Bar条阵列的每一行的n个Bar条作为一个一维Bar条堆分别与单点输出控制模块相连，由单点输出控制模块对这m个一维Bar条堆分别进行控制；条形同轴送粉喷嘴、打印控制平台分别与单点输出控制模块连接；打印控制平台位于条形同轴送粉喷嘴下方；由二维Bar条阵列输出的激光阵列先经过微透镜阵列进行准直形成m×n个准直激光束，再经第一光束间隔压缩整形器和第二光束间隔压缩整形器对光束间的暗区依次进行行方向和列方向消除得到矩形光斑，然后经聚焦柱透镜得到条形光斑；最后经条形同轴送粉喷嘴的激光输出端口输出，到达打印控制平台；光束指示器安装在第二光束间隔压缩整形器上。

进一步的，所述第一光束间隔压缩整形器位于二维半导体激光器阵列的下方，为一包括有m个45°条形反射面的阶梯反射镜，该m个45°条形反射面与激光束阵列的m行相对应；两个相邻反射镜之间的平面与接收到的激光行进方向相垂直，且反射镜阶梯的棱与激光器的列方向一致；45°条形反射面在水平方向上的宽度等于激光光斑列方向上的宽度，相邻的45°条形反射面之间的水平间隔等于两列光斑之间的暗区宽度；

进一步的，所述第二光束间隔压缩整形器为一包括有n个45°条形反射面的阶梯反射镜，该n个45°条形反射面与激光束阵列的n列相对应；两个相邻反射镜之间的平面与接收到的激光行进方向相垂直，且反射镜阶梯的棱与第一光束间隔压缩整形器的阶梯的棱相垂直；45°条形反射面在水平方向上的宽度等于激光光斑直径，相邻的45°条形反射面之间的水平间隔等于两列光斑之间的暗区高度。

进一步的，所述聚焦柱透镜采用圆柱透镜、准圆柱透镜、非球面柱透镜或梯度折射率柱透镜，且为平凸结构。