[发明专利]一种共轴旋转多光斑混合扫描装置及方法

说明书

本发明涉及一种共轴旋转多光斑混合扫描装置及方法，包括直线模组，直线模组的移动平台上设有刚性支架，刚性支架上设有电机和激光器组，电机输出轴与反射镜组连接，激光器组中激光器的数量与反射镜组中反射镜的数量相对应，反射镜均具有相同的正多边形截面且正多边形每边对应一个反射面，激光器发出的激光束位于反射镜的法平面内，电机带动反射镜组中反射镜共同旋转时，激光器发出的激光束经对应的反射镜各反射面偏转反射后，在直线模组上方的成像面上，形成动态光斑及光斑扫描线，直线模组可驱动刚性支架，进而带动电机、激光器组、反射镜组进行往复扫描运动，且运动方向与光斑扫描线垂直。本发明中多组激光器‑反射镜配对共用电机及扫描控制器，不仅结构紧凑、驱动简单，而且成本低、平面扫描成像效率高，可在多种类型的激光扫描三维打印机中推广应用。

技术领域

本发明涉及三维打印领域，尤其是一种共轴旋转多光斑混合扫描装置及方法。

背景技术

多面反射镜扫描装置作为一种高速光学组件，不仅扫描速度快，而且运转平稳、发热小，已被用于医学成像、材料加工、激光印刷制版等领域。多面反射镜扫描装置的光学扫描角与扫描速度，取决于反射面数量及电机工作转速。反射面越多则其光学扫描角越小，电机转速越高，每秒扫描次数越多。现有多面反射镜扫描装置的典型扫描速度从每秒数百线至数千线不等，扫描线动态光斑的移动速度可高达每秒1000米以上，这也意味着动态光斑在成像面单点像素的滞留时间极短，进而给多面反射镜扫描装置带来了诸多应用限制，主要包括：第一，激光器必须具备高速调光性能，以实现基于单像素串行输出的平面扫描成像；第二，激光器必须有足够光功率，以在极窄时间窗口内施加足够能量至成像面单点像素；第三，成像面光敏介质必须有足够的感光度与反应速度，以确保感光反应充分。以上因素长期制约多面反射镜扫描装置的适用范围。

近年来，随着激光加工技术的快速发展，射频、红外激光照射高分子、金属材料所产生的热效应，以及紫外激光照射光敏树脂材料所激发的光固化反应，被逐步用于多种类型的三维打印机中，包括激光选区熔融(SLM)、激光选区烧结(SLS)、立体光固化成形(SLA)等机型。激光扫描装置在三维打印机中的作用是：根据三维数字模型的切片图案，将激光能量选择性的施加到对象材料界面上，以促成被照射区域的热固结或催化固结。其中最为常见的激光扫描装置是检流计式扫描振镜，其电机动子采用低惯量空心线圈、定位速度可达普通伺服电机的数十倍；但在输出复杂图案、特别是三维打印领域应用广泛的晶格结构时，切片图案的高度离散性与大量细节特征，导致扫描路径含有高比例的矢量转弯与空程跳转，严重影响扫描成像速度。近期，有公开报道多面反射镜扫描装置用于SLA光固化三维打印的案例，但其同时也继承了现有技术的局限性，特别是三维打印对单点像素的激光能量需求，远高于传统应用场景。这直接导致三维打印机不得不降低多面反射镜扫描装置的电机工作转速，从而削弱了其相对于其它激光扫描装置的高速优势。目前在三维打印领域，针对进一步提升激光扫描装置性能的迫切需求，尚缺少一种结构简单、成像速度快、单点像素能量大，并且在输出复杂图案时不损失成像性能的激光扫描方法。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种结构简单、成像速度快、单点像素能量大，并且在输出复杂图案时不损失成像性能的共轴旋转多光斑混合扫描装置及方法。