[发明专利]用于三维打印的设备、系统和方法

说明书

本公开提供一种打印系统，其基于高功率高亮度的可见激光源，用于改进分辨率和打印速度。基于高功率可见激光二极管的可见激光设备可使用受激拉曼散射过程而成比例放大，以形成高功率高亮度可见激光源。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月29日提交的美国临时专利申请序列No.61/817311的优先权，通过引证将该专利申请整体结合于本文中。

背景技术

三维(3D)打印为从数字模块制造三维固体物件的制造工艺。3D打印通常使用加成工艺(additive process)来实现，其中材料的连续层被放下而形成不同的形状。3D打印与传统机加工技术不同，传统机加工技术可能依赖于通过诸如切割或钻孔的方法(消去工艺(subtractive process))来移除材料。

当前可利用各种加成工艺。它们的不同之处在于使多个层沉积以形成部件的方式以及在于可使用的材料。一些方法使材料熔化或软化以制造层，例如选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)，而其他方法使用不同的尖端技术(例如立体平版印刷(SLA))使液体材料固化。使用分层实体制造(LOM)，薄层被切割成形并连接在一起(例如纸、聚合物、金属)。

尽管这样的方法提供3D物件的成型，然而存在与这样的方法相关的限制性。这样的方法通常使用的激光具有的波长为电磁频谱的红外(IR)部件，例如大于1微米的波长。这使得难以在亚微米分辨率下形成物件。另外，典型3D打印系统是慢的并且不能够生成具有低表面粗糙度的物件，这使得这样的3D打印的物件不适用于多种终端用途。

发明内容

本文认识到了对于改进的三维(本文也称为“3D”和“3-D”)打印系统和方法的需要。特别地，存在解决慢的制造速度、低的特征分辨率和部件的高表面粗糙度的需求，这些问题如可能存在于使用红外(IR)激光器逐层制造元件的情况。通过提供本文教导的制造、设备和工艺，本发明解决这些和其他需求。

本公开提供用于制造部件或元件的方法、设备和系统，通过使用可见激光系统将材料的层熔融从而以高的分辨率实现高容量构建速率。本公开的设备和系统采取使用用于三维打印应用的可见激光器。本文提供的设备和系统可同时或大致同时实现在制造中使用基于激光器的3D打印机所需的分辨率和构建速率。

本公开提供一种三维打印系统，其使用可见激光源来形成用于给定最终聚焦光学件的相当小的点尺寸。

3-D激光烧结系统或3-D激光打印系统使用一对扫描仪，用于扫描入射在最终聚焦透镜上的角度，以形成激光束在物镜的焦平面中的平移，所述扫描仪可为机械步进设备、电流计(galvanometer)或类似机构。透镜可为f-θ透镜或类似多元透镜设计，其可在打印平面上形成连续的激光点尺寸。打印平面上的点尺寸可由准直激光束的直径、物镜的焦距以及激光源的波长确定。因此，激光源的波长是系统中的重要参数，因为其最终限定最小点尺寸以及可扫描的容量。

打印平面可为粉末金属的床、可固化的光聚合物、或者通过施加热而可流动或固化的聚合物。可通过辊或刀片类型的系统或者通过使用粉末输送喷嘴的直接沉积而预布置粉末的层，所述粉末输送喷嘴与激光光束同轴但却围绕光束的外围输送。