[发明专利]用于控制激光束偏转的控制设备和方法

说明书

本发明涉及用于激光束偏转以借助于用于基于激光的增材制造工艺的激光束加工辐照场上的辐照点的方法和控制设备，控制设备具有可正交转动的直立的至少一个第一和第二镜，经由所述镜能够反射激光束，所述镜用于将激光束引导至辐照场，其中第一镜固定在第一轴上，并且其中第二镜固定在第二轴上，并且其中‑可转动的第一镜为了以第一频率进行连续的第一振动而能够通过第一轴激励，‑并且可转动的第二镜为了以第二频率进行连续的第二振动而能够通过第二轴激励，‑并且其中第一频率与第二频率不同和/或第一振动与第二振动具有相位差，‑并且其中两个轴中的每个具有已知的位置，使得通过两个轴的已知的位置，第一振动能够与第二振动同步地形成，‑使得在达到/离开这种辐照点时能够通过接通/切断激光器实现位置相关地辐照辐照场上的辐照点，‑其中通过镜的所产生的振动能够在辐照场上描述连续的利萨茹图形。

技术领域

本发明涉及一种用于激光束偏转以借助于用于基于激光的增材制造工艺的激光束加工辐照场上的辐照点的控制设备，所述控制设备具有可正交转动的直立的至少一个第一和第二镜，经由所述镜能够反射激光束，所述镜用于将激光束引导至辐照场，并且其中第一镜固定在第一轴上，并且其中第二镜固定在第二轴上。此外，本发明还涉及一种用于控制激光束偏转的方法。

背景技术

在几乎所有工业部门的大量企业中，各种快速原型方法、即例如增材制造的使用成为新产品开发时的固定的组成部分。不断缩短的产品开发和市场推广时间以及时间和成本节约的压力增加，需要适合的方法用于在几个小时内尽可能由接近批量的、高强度的材料、即例如钢来制造构件和工具样品。

针对增材制造、选择性激光束熔化/烧结、液体中的立体光刻等涉及一组工艺，所述工艺的特征在于：通过逐层构建基本上二维的层(或基底)的方式，来制造三维构件。通常，所述层各自非常薄(例如在20和100微米之间)，并且许多层依次地形成，其中在每层中改变二维形状，以便得到期望的、最终的三维轮廓。与其中剥离材料以形成期望的构件轮廓的常规生产工艺相反，在增材制造工艺中持续地添加材料以形成忠实于最终轮廓的或接近最终轮廓的成品构件。

对此，激光源、例如带有两个镜的激光扫描仪典型地与检流计/验电计连接，所述检流计/验电计移动镜，使得将光束引导到一个点或一条限定的线上。由此，与不同的激光束强度一起，局部地确定通过激光器到材料或基底中的能量输入。然而在此出现以下问题：

一方面，激光扫描仪需要非常快速地非连续地以机械的方式移动镜，由此导致惯性和加速/减速的问题。

每个第二辐照点需要从第一辐照点进行受限的运动。因为该运动是单独的过程，所以对此必须提供大量的单独的过程参数。属于过程参数的是：坐标平移、路径长度、镜的相对位置及其运动范围、激光扫描仪特性、加速度、目标坐标和温度补偿等。然而，所有这些参数都是可能的误差源。

另一方面，对于激光器还至少需要两种运动模式：一种是工作模式；在此，激光器是活跃的，以及行进模式。在此，激光器是不活跃的。因为行进模式不需要与过程有关的条件(将激光束耦合输入到基板中)，所以只要激光系统允许，行进模式就可以更快地执行。

一些辐照策略无法实现，例如通过唯一的激光器(激光单元)进行多次辐照以用于例如激光束熔化，在所述激光束熔化中可无惯性地取向的电子束一定程度上同时投射到辐照场的多个点上，例如用于局部地预加温/加热要辐照的任意区域。为了预热，在现有技术中同时使用几个激光单元。也可以使用数字光处理芯片，其中通过将数字图像调制到光束上来产生图像。然而，由于低的能量输入，该应用限于SLA，并且不可转用于需要更高能量输入的应用，例如，激光熔化。

如今，通过激光进行的加工能够以足够的精度完成，然而只有在运算耗费/计算耗费和照射策略提高的情况下才完成。但是，任何附加的移动都影响辐照过程的工作效率和精度。