[发明专利]基于光斑质量检测仪的3D打印装置及光斑质量检测方法

说明书

本发明公开了基于光斑质量检测仪的3D打印装置及光斑质量检测方法，属于3D打印机技术领域，其包括打印机构和光斑质量检测机构，打印机构包括激光器光纤头、准直镜、聚焦单元、振镜和打印工作面；所述的光斑质量检测机构包括凸透镜组、凹透镜组和图像传感器；所述的光斑质量检测机构在检测激光光斑质量时移至振镜与打印工作面之间的光路中，凸透镜组、凹透镜组和图像传感器的中轴线的连线的方向与振镜和打印工作面之间的激光光束的传播方向相同。本发明的检测机构在检测时直接一次成像到图像传感器，尺寸缩小，光斑质量检测机构与打印机构的光路系统联合设计使得像差相互抵消，成像效果更好，光斑质量分析更准确。

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种基于光斑质量检测仪的3D打印装置及光斑质量检测方法。

背景技术

激光3D打印使用的是一束激光，经过振镜模块反射后，在打印工作面上逐层进行图案扫描打印的一种方式。根据打印材质不同，目前有SLA、SLS、SLM等几种类型。激光3D打印的打印质量高度依赖于光斑的质量，在SLM打印中，为了能够得到比较理想的打印效果，通常要求激光器的光束质量M2小于1.1。在实际光路系统中，各种镜片的加工精度，以及镜片的安装精度，均能影响打印工作面处的光束质量。因此在一些国外厂家的高精度SLM设备中，通常以打印工作面处的激光光束质量M2小于1.1做为标准，及包含了激光器本身，以及光路系统所有器件一起的误差后，光束质量仍然要具备比较高的水平，这也是他们能在高端打印领域具有优势的原因。

在打印工作面处具备好的光束质量，除了对整个设备的激光器、镜片等原料要求足够高之外，光路系统也需要做到非常高的安装精度。对于安装精度的测试方式，就是能够测量打印工作面处的激光光斑质量。

当前市面上有许多测量激光光斑M2的仪器，用于测量光纤激光器出光口的光束质量，如图1所示；也有部分仪器也可以用于3D打印的工作面处测量光束质量，如图2所示。无论是测量光纤激光器出光口的光束质量，还是测量工作面处的光束质量，使用的光学原理均相同，对光纤出光口端面或者打印工作面处的成像光斑成实像，使用显微物镜对实像进行放大，使其成像到光学传感器CMOS上，再通过CMOS对光斑进行能量分布以及光束M2进行分析。以上两者均使用显微物镜对实像光斑成像，如图1和2所示，此类型的光路需要两处成像点，除了光斑实像还有图像传感器处的实像，光路系统的结构比较复杂，而且尺寸偏大；如图3所示，标准显微物镜的共轭距为195mm，此检测设备模块整机宽度需要300mm以上。对于3D打印机而言，特别是小尺寸的3D打印机，以250*250mm幅面的打印机为例，其工作腔尺寸约为400mm左右，如使用现有设备去检测打印工作面处的光束质量，就会出现尺寸过大，无法使用的情况。

发明内容

本发明提供了一种基于光斑质量检测仪的3D打印装置及光斑质量检测方法，以解决现有测量激光光斑质量的仪器结构复杂、尺寸大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及的一种基于光斑质量检测仪的3D打印装置，其包括打印机构，打印机构包括用于发射激光光束的激光器光纤头、用于将激光光束调整为平行光束的准直镜、用于调整光束直径的聚焦单元、用于将激光光束反射至打印工作面的振镜、以及用于成像的打印工作面；其还包括光斑质量检测机构，所述的光斑质量检测机构包括用于聚焦激光光束的物镜组、用于扩散激光光束的目镜组和用于检测激光光斑质量的图像传感器；所述的光斑质量检测机构在检测激光光斑质量时移至振镜与打印工作面之间的光路中，且物镜组、目镜组和图像传感器的中轴线的连线的方向与振镜和打印工作面之间的激光光束的传播方向相同；在检测激光光斑质量后从振镜与打印工作面之间的光路中移除。

优选地，所述的物镜组包括至少一块凸透镜；所述的目镜组包括至少一块凹透镜。

优选地，所述的物镜组包括从上到下依次并排设置的三片规格不同的凸透镜镜，所述的目镜组包括从上到下依次并排设置的三片规格不同的凹透镜。