[发明专利]一种激光加工装置及方法

权利要求书

1.一种激光加工装置，其特征在于包括：激光发射源(1)、激光束(2)、压辊(3)、可移动45°反射镜(4)、二维扫描振镜(5)、45°反射镜(6)、三维扫描振镜(7)、粉末喷嘴(8)、粉室(9)、载物台(10)、电机(11)、收料盒(12)和主控制装置(13)；

定义坐标系：原点为任意点，坐标系的y轴正方向平行于激光发射源(1)发射的激光束(2)方向；坐标系的x轴正方向平行于45°反射镜(6)将激光发射源(1)送来的激光束(2)经反射输出的方向，右手定则确定z轴；

激光发射源(1)，用于发射选择性激光烧结3D打印所需激光束(2)，送至可移动45°反射镜(4)；

可移动45°反射镜(4)，用于反射激光发射源(1)送来的激光束，将该激光束反射至二维扫描振镜(5)

二维扫描振镜(5)，能够控制可移动45°反射镜(4)送来的激光束的扫描轨迹，实现激光束在粉床上扫描，即二维平面上扫描；

载物台(10)连接电机(11)；电机(11)能够带动载物台(10)沿z轴运动，且以z轴为中心旋转，实现载物台的旋转；电机(11)还能够带动载物台(10)沿x和y轴运动；

载物台(10)能够相对粉室(9)运动；

粉室(9)为中空圆柱形，载物台(10)位于粉室(9)内；

粉末喷嘴(8)用于喷射粉末至粉室(9)内；

粉室(9)内壁与载物台(10)形成容腔，收纳粉末喷嘴(8)送来的粉末，压辊(3)，压实粉室(9)中粉末并保证粉末上表面与激光束焦平面重合，形成粉床；

45°反射镜(6)，在可移动45°反射镜(4)移至光路外，45°反射镜(6)接收反射激光发射源(1)输出的激光束，反射至三维扫描振镜(7)；

三维扫描振镜(7)能够控制45°反射镜(6)送来的激光束的扫描轨迹，实现激光束在打印件(14)上的扫描，即三维曲面上的扫描，实现对打印件(14)的着色。

2.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：选择性激光烧结3D打印为：利用激光对粉末状材料进行烧结成型。

3.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：选择性激光烧结3D打印所需的激光束，具体为：波长为800-1500微米，脉宽为10^-9-10^-3秒的脉冲激光器。

4.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：可移动45°反射镜(4)的可移动位置，具体为：在打印件(14)烧结成型过程中，能够移动45°反射镜(4)工作位置。

5.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：载物台(10)包括：承载面和支撑柱，支撑柱与承载面连接，且支撑柱垂直于承载面；承载面为圆形；支撑柱与电机(11)的输出轴连接，且位于一条直线上。

6.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：载物台(10)位于粉室(9)内，具体为：粉室(9)为中空圆柱体；载物台(10)包括：承载面和支撑柱，承载面的外径与粉室(9)的内径配合，使承载面能够沿z轴在粉室(9)内运动。

7.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：激光束(2)，从激光发射源(1)发出经光学系统传输后辐照粉床使其熔化，完成单层的选择性激光烧结工作。

8.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于，可移动45°反射镜能够沿激光束垂直方向移动，当可移动45°反射镜工作时，反射激光束至二维扫描振镜，二维扫描振镜输出的激光束对粉床的粉末进行选择性激光烧结工作；可移动反射镜沿激光束垂直方向移动至激光发射源(1)输出的激光束的光路外时，45°反射镜工作，反射激光束至三维扫描振镜，三维扫描振镜输出的激光束对打印件表面进行着色。

9.根据权利要求1所述的一种激光加工装置，其特征在于：在进行单层的选择性激光烧结工作前，粉室上表面与激光束焦平面重合，与压辊的压实面重合，粉室为轴对称几何结构，截面形状与载物台截面一致。

10.一种基于权利要求1所述的一种激光加工装置实现的激光加工方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：通过主控制装置将打印件(14)的3D打印模型进行分层切片，每层切片为单层的选择性激光烧结截面，每层厚度为单层的选择性激光烧结截面厚度；

步骤2：使粉室的上表面与载物台的上表面重合，随后下降载物台一个烧结截面厚度的距离；

步骤3：通过粉末喷嘴将金属粉末喷送至粉室内，通过压辊的往复的水平滚动实现粉室内粉末的压实与均匀分布；

步骤4：可移动45°反射镜工作，开启激光发射源，激光束经可移动45°反射镜反射至二维扫描振镜，二维扫描振镜输出的激光束以主控制装置对3D打印模型分层切片后的截面轨迹进行扫描，完成单层的选择性激光烧结工作；

步骤5：关闭激光发射源；

步骤6：下降载物台一个烧结截面厚度的距离，再次通过粉末喷嘴将金属粉末喷送至粉室内，通过压辊的往复的水平滚动实现粉室内粉末的压实与均匀分布；

步骤7：可移动45°反射镜工作，开启激光发射源，激光束经可移动反射镜反射至二维扫描振镜，二维扫描振镜输出的激光束以主控制装置对3D打印模型下一个分层切片后的截面轨迹进行扫描，完成下一层的选择性激光烧结工作，关闭激光发射源；

步骤8：重复步骤6-7直至完成整个打印件(14)的打印；

步骤9：下降载物台至打印件完全移出粉室下表面，将电机的输出轴平行于YOZ平面顺时针转动90度，使电机的输出轴由平行于z轴旋转至平行于y轴；

步骤10：开启电机旋转360度，带动载物台与打印件旋转360度，将打印件上多余粉末落至收料盒；

步骤11：由主控制装置控制三维扫描振镜(7)和电机，根据3D打印模型表面每个点的空间坐标与电机的旋转速度，计算激光束对打印件表面的辐照轨迹；

步骤12：可移动45°反射镜沿激光束垂直方向移动至光路外，开启激光发射源，45度反射镜工作，反射激光发射源(1)输出的激光束至三维扫描振镜；

步骤13：主控制装置控制三维扫描振镜扫描与电机旋转，使辐照在打印件表面的每个点的激光束的离焦量不变；

步骤14：以设定轨迹完成打印件整个表面的激光辐照，关闭激光发射源，实现对打印件整个表面的着色。