[发明专利]3D打印激光均匀扫描的光路控制方法

说明书

本发明涉及增材制造领域，公开了一种实现3D打印激光均匀扫描的光路控制方法。该光路控制方法，包括内部扫描和轮廓扫描，内部或者轮廓扫描时，在扫描线的前端和后端分别设置延长线；将激光对应点的加速阶段设置在扫描线前端的延长线上，激光对应点在延长线移动时，激光处于闭光状态，激光对应点处于均速阶段并进入扫描线时，激光开始出光进行扫描，在激光匀速完成扫描线后，激光闭光，激光对应点在扫描线后端的延长线上完成减速阶段。本发明的光路控制方法将激光对应点的加速阶段和减速阶段分别设置于扫描线的前后两端的延长线上，激光在扫描线上扫描时处于匀速状态，在避免扫描线起始端和结束端“火柴头”效应的同时，也防止了扫描区域的缺失。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体是一种实现3D打印激光均匀扫描的光路控制方法。

背景技术

增材制造又俗称3D打印，是通过CAD设计数据采用材料逐层累加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”材料累加的制造方法。相比传统制造技术，增材制造具有能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料等优点。而金属增材制造由于能够直接制造结构致密、冶金结合的高精度金属零件，成为了目前最热门的制造技术。

其中金属增材制造的代表技术激光选区熔化的成型过程如下：铺粉装置在成型缸上铺上一层金属粉末，激光束在计算机控制下出光和闭光，根据成型件截面形状信息，在两块扫描振镜的偏转控制下，激光束会对粉末床进行扫描，使扫描区域内的粉末熔化，得到成型件的单层形状；接着成型缸下降一个层厚的距离，铺粉装置重新铺粉，继续进行下一层的成型；如此逐层叠加，最终获得特定几何形状的金属零件。

其中一个零件的扫描成型的过程中，每一层都会分为内部区域和轮廓区域两部分，激光束需要对这两个区域进行扫描填充。激光扫描是一个快速变化的动态过程，会存在激光出光、激光加速、激光匀速运动、激光减速和激光闭光等多个过程；激光出光和闭光需要和振镜的偏转相互配合，才能获得理想的扫描填充过程。

因为一段扫描线的起始段和结束段有激光加速和减速过程的存在，加速和减速段的能量密度高于匀速段，使整段扫描线的能量密度不均匀；更高的能量密度带来更宽的熔道宽度，在扫描线的两端形成“火柴头”效应，使零件边缘产生凸起，影响零件的致密度和表面质量。

现有的激光扫描光路控制方法是采用激光延迟来缓解两端火柴头效应，扫描线起点和扫描振镜运动起点为重合，通过设置激光延迟出光和延迟闭光的时间，来尽可能减少起始段和结束段能量不均匀的情况，缓解“火柴头”效应。这种扫描光路控制方法存在以下问题：

1、激光延迟依靠经验设置，因而多数情况下，只能缓解“火柴头”效应，而无法完全消除“火柴头”效应。

2、由于存在激光延迟时间，理论起始点和实际扫描线起始点之间总会存在扫描缺失的情况，造成轮廓和内部区域搭接部分有小孔缺陷；

3、当扫描零件的轮廓部分时，由于存在激光延迟，轮廓的拐角处会存在细节缺失，最终影响零件外表面的精度；

4、不同的扫描速度对应的激光延迟时间也会有所不同，因此当打印参数发生变化和调整时，激光延迟参数也需要改变，而具体改变的数据则需要进行大量试验和经验积累，这对于参数优化和材料开发来说，效率较低。

发明内容

基于上述现有技术的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种3D打印激光均匀扫描的光路控制方法，有效提高激光扫描的均匀性，避免扫描线起始端和结束端“火柴头”效应。

本发明公开的3D打印激光均匀扫描的光路控制方法，包括内部扫描和轮廓扫描，内部或者轮廓扫描时，在扫描线的前端和后端分别设置延长线；将激光对应点的加速阶段设置在扫描线前端的延长线上，激光对应点在扫描线前端的延长线移动时，激光处于闭光状态，激光对应点处于均速阶段并进入扫描线时，激光开始出光进行扫描，在激光匀速完成扫描线后，激光闭光，激光对应点在扫描线后端的延长线上完成减速阶段。