[发明专利]一种激光3D打印机边缘光斑面积补偿方法

说明书

本发明涉及一种激光3D打印机边缘光斑面积补偿方法，包括以下步骤：取光束垂直照射至打印平台时的光斑直径为理想扫描线宽；扫描过程中，当光束倾斜照射至打印平台时，基于光束的倾斜角度以及照射到打印平台上的光斑的扫描方向，通过光斑倾斜补偿法计算决定实际扫描线宽的两个端点，使得实际扫描线宽的两个端点的距离与理想扫描线宽相同；通过变焦系统不断地调整光斑的面积，使光斑的实际扫描线宽的两个端点的位置与前述两个端点位置一致，用不断调整的光斑完成扫描。在激光光束打印画幅的边界时，采用变焦功能，动态改变打印光斑的大小，使激光光束在打印画幅边缘时具有和打印画幅中部相同的光斑面积和激光功率密度，使打印的质量获得提高。

技术领域

本发明涉及3D打印机技术领域，具体而言，涉及一种激光3D打印机边缘光斑面积补偿方法。

背景技术

激光3D打印是通过振镜扫描使得激光光束能够在打印面画幅内打印图案。参考图1～2所示，激光打印的光斑，越靠近边缘，光束更加倾斜，光斑成像为椭圆形，扫描线宽会变大；其次，参考图3所示，靠近边缘激光束聚焦距离边长，造成光点聚焦倍率变大，光点整体尺寸也会变大。因此边缘打印功率密度会降低，在打印幅面内，图案幅面边缘的打印质量相比于中心会有很大差异。

以目前市场上典型的250mm边长的打印机为例，焦距420mm，边缘的光斑与中心光斑面积相差9％，造成激光功率密度也相差9％，在打印中激光功率密度超过3％，即会有打印质量的差异，因此9％的差异造成了打印画幅边缘的质量明显下降。

中国专利CN112276089A公开了一种可变光斑3D激光打印头及3D激光打印设备，由多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块一一对应的多个准直镜头、两维激光扫描振镜和平场聚焦镜头组成；所述诸准直镜头光轴平行，将所对应的所述光纤输出激光模块输出光纤端面输出的光变成平行光；通过控制诸所述光纤输出激光模块的开关及所述两维激光扫描振镜，可实现可变光斑的3D打印。在很大程度上解决激光选区熔化技术精度和效率的矛盾，在精度保持不变的情况下成倍的提高效率，但是该发明依然存在3D激光打印边缘和中心光斑面积差异造成的打印质量缺陷的问题。

因此，市场上亟需一种激光3D打印的方法以克服上述问题。

发明内容

本发明提供一种激光3D打印机边缘光斑面积补偿方法，以解决现有3D打印技术中打印画幅边缘与中部光斑密度、激光功率密度差异大而造成的打印质量差等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种激光3D打印机边缘光斑面积补偿方法，包括以下步骤：

S1、取光束垂直照射至打印平台时的光斑直径为理想扫描线宽；

S2、扫描过程中，当光束倾斜照射至打印平台时，基于光束的倾斜角度以及照射到打印平台上的光斑的扫描方向，通过光斑倾斜补偿法计算决定实际扫描线宽的两个端点，使得实际扫描线宽的两个端点的距离与理想扫描线宽相同；

S3、通过变焦系统不断地调整光斑的面积，使光斑的实际扫描线宽的两个端点的位置与步骤S2中计算出来的两个端点位置一致，用不断调整的光斑完成扫描。

优选地，所述的步骤S2计算决定实际扫描线宽的两个端点的具体步骤包括：

S2.1基于光束倾斜方向，计算其照射至打印平台上所形成的椭圆光斑的短轴和长轴的长度；

S2.2基于椭圆光斑的短轴和长轴的长度确定椭圆光斑的椭圆方程式；

S2.3根据椭圆方程求出椭圆光斑轮廓线上各点的斜率；

S2.4寻找斜率与扫描方向相同的两个点，即为实际扫描线宽的两个端点。