[发明专利]一种基于数字光处理的3D打印激光处理模块

说明书

本申请实施例提供一种基于数字光处理的3D打印激光处理装置。该装置包括：第一光源集成部分，用于提供第一光源；微镜单元，包括多个微镜片，用于在各微镜片的反射角度可控的状态下反射第一光源的光；第二光源集成部分，用于提供第二光源；光源整合部分，用于将微镜单元反射的第一光源的光和第二光源的光整合，整合后的光用于进行3D打印。本申请实施例的光处理装置能够处理不同材料，包括金属和非金属的打印。光处理装置可以大幅度提高对金属或非金属材料的打印速度，在精度方面也会带来很大提升，作为新型的激光处理设备其市场发展前景很大。

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，尤其涉及3D打印激光选区熔化范畴，具体地说涉及一种新型的激光处理装置，能够提供面或线的光能量熔化粉末技术。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing,AM)是采用材料逐渐累积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。近20年来，增材制造技术有了快速发展，在零件成型的方法上也是层出不穷，按照成型工艺可分为基于激光或其他光源的成型技术，如同轴送粉制造、激光选择性熔化制造、形状沉积制造、激光送丝制造等；基于喷射的成型技术例如熔融沉积制造、三维印刷等。这些技术广泛用于金属及非金属的材料成型。

根据成型方法及加工材料不同，相应的增材设备也大有区别，而能量提供大多来自于激光，少数应用其他热源，显然对激光能量的处理利用显得特别重要。

针对金属材料的打印主流设备，例如有同轴送粉制造设备和激光选择性熔化制造设备。同轴送粉制造设备主要由激光器、激熔覆头、送粉头、运动单元等组成，其能量处理方法是对激光光源进行扩束、准直、聚焦后，利用能量集中的焦点光斑对金属粉末进行烧结。处理过程呈现点的运动，具有光斑较大、速度较慢、成型零件大、准备时间及周期长等特点，光斑移动依靠运动单元。激光选择性熔化制造设备主要由激光器、光处理装置、铺粉系统、运动单元等组成，其能量处理方法也是对激光光源进行扩束、XY扫描振镜，场镜聚焦后，利用能量集中的焦点光斑对金属粉末进行烧结。处理过程呈现点的运动，具有光斑小、速度快、成型零件小、准备时间长等特点。光斑移动依靠振镜的偏转。

其他设备对于能量的处理都比较类似。不难看出，金属材料成型需要的能量较大，需要将激光聚焦成一点，并通过功率和速度等来针对不同的金属材料。而对于非金属材料的成型需要的能量相对较少，大多依靠热源，或其他物理化学作用，不一定是激光器。早在20世纪80年代，美国3D System公司就推出了液态光敏树脂选择性固化成型机，利用了立体光造型工艺(Stereolithography Apparatus,SLA),其工作原理是使特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，被聚焦的地方形成固体而未被聚焦的地方依旧是光敏树脂液体形态。以此往复，直至最终成品出现。

早在多年前，针对光敏树脂材料就开发了一种基于数字光处理技术。该技术中，通过能量及图形控制，在紫外线照射下借助光敏剂的作用而使树脂发生聚合，并交联固化。每次可固化一定厚度及形状的薄层树脂，显著的优势是面投射，成型速度快，缺点是应用材料局限性，因为应用材料需要在光线的照射下发生化学反应。由于该元件及结构特点无法承受较多的能量，故提供的能量较低，主要应用于光敏树脂材料成型，在其他材料上应用不理想。

在金属粉末材料依靠聚焦光斑点运动完成烧结成型方面，虽然点的运动相对较快，但是截面较大时，扫描路径变长体现出的速度依然较慢，精度一般。而非金属材料虽然在制造速度及成本上优于金属材料，但在精度上并没有优势，对于打印零件价值及应用空间等，金属制品远远大于非金属制品，故提高各个材料打印速度及精度是一项重要的研究方向。

发明内容