[发明专利]对激光材料加工的精密标度时间控制

说明书

本发明题为“对激光材料加工的精密标度时间控制”。本发明公开了方法，所述方法包括将激光束以可变扫描速度沿着扫描路径引导到目标，以及在所述激光束沿着所述扫描路径的移动期间并相对于所述可变扫描速度来调节数字调制以便沿着所述扫描路径在所述目标处提供预定注量范围内的注量。一些方法包括使用变焦光束扩展器调节所述激光束的宽度。本发明公开了装置，所述装置包括激光源，所述激光源被定位成发射激光束；3D扫描器，所述3D扫描器被定位成接收所述激光束并且沿着扫描路径将所述激光束引导在所述目标处的扫描平面内；以及激光源数字调制器，所述激光源数字调制器耦合到所述激光源以便在所述激光束扫描速率沿着所述扫描路径改变时沿着所述扫描路径在所述扫描平面处产生预定注量范围内的注量。

技术领域

本公开涉及激光材料加工。

背景技术

近年来，增材制造和3D印刷技术已经越来越普及，因为形成具有连续层的物体的技术已成熟并且已广泛应用。具体地讲，基于激光的方法(诸如选择性激光熔化(SLM)和选择性激光烧结(SLS))现在已有可能代替用于制造工业级物体的传统技术(诸如铸造和机加工)。然而，仍然障碍重重。例如，常规增材制造方法通常不能像其传统制造的对应物那样快地形成物体，或其成品状态不那么可靠。此外，所形成的物体通常没有优异的精密细节或特征分辨率。因此，仍然需要针对解决与常规增材制造装置和方法相关联的问题和缺点的创新。

发明内容

根据一些实施方案，方法包括将激光束以可变扫描速度沿着扫描路径引导到目标，以及在激光束沿着扫描路径的移动期间并相对于可变扫描速度来调节数字调制以便沿着扫描路径在目标处提供预定注量范围内的注量。

根据另外的实施方案，方法包括将激光束沿着扫描路径引导到目标，其包括使用变焦光束扩展器调节激光束的宽度以便在目标处提供具有可变光斑尺寸的激光束，通过具有z轴焦点调节光学系统和检流计扫描系统的3D扫描系统从变焦光束扩展器接收激光束，以及在目标处沿着扫描路径扫描具有可变光斑尺寸的激光束。

根据另外的实施方案，装置包括激光源，该激光源被定位成发射激光束；3D扫描器，该3D扫描器被定位成接收激光束并且沿着扫描路径将激光束引导在目标处的扫描平面内；以及激光源数字调制器，该激光源数字调制器耦合到激光源以便在激光束扫描速率沿着扫描路径改变时沿着扫描路径在扫描平面处产生预定注量范围内的注量。在附加示例中，装置还包括变焦光束扩展器，该变焦光束扩展器被定位成从激光源接收激光束并且改变由3D扫描器所接收到的激光束的宽度以便改变扫描平面内的激光束的聚焦激光光斑的尺寸。

根据附加实施方案，方法包括使激光束聚焦于聚焦场内的目标处，以可变速率沿着扫描路径扫描聚焦激光束，以及在沿着扫描路径的扫描移动期间以数字方式调制激光束以便沿着扫描路径调节由目标所接收到的激光束平均功率并且以便为目标提供高于或低于与目标相关联的一个或多个激光加工阈值的注量。

根据另外的示例，方法包括将激光束以可变扫描速度沿着扫描路径引导到目标，以及使用变焦光束扩展器基于可变扫描速度来调节激光束的准直宽度。在一些示例中，调节准直宽度以便在目标处提供具有可变光斑尺寸的激光束以及沿着扫描路径在目标处提供预定注量范围内的注量。一些示例还可包括基于可变扫描速度来调节激光束的数字调制。

在附加实施方案中，方法包括使用变焦光束扩展器调节激光束的宽度以便在目标处提供具有可变光斑尺寸的激光束，将激光束沿着扫描路径引导到目标，以及相对于可变光斑尺寸以数字方式调制激光束以便沿着扫描路径在目标处提供预定注量范围内的注量。在另外的示例中，将激光束以可变扫描速率沿着扫描路径引导到目标，并且调节数字调制以便沿着扫描路径在目标处保持预定注量范围内的注量。