[发明专利]在线同轴闭环控制激光选区熔融/烧结打印机及打印方法

权利要求书

1.一种基于烧结温度在线同轴闭环控制的激光选区烧结打印机，其特征在于，包括：

设置在光路上的第一二向色镜（4），用于反射从待打印粉末处返回的特定波长的光束；

扫描振镜（7）和光束聚焦装置，均设置在光路上，用于扫描和聚焦光束；以及

打印床（9），其与所述扫描振镜（7）相对设置，以使得激光到达位于其上的待打印粉末；

其中，所述第一二向色镜（4）的一端依次连接有滤波片（5）和高速测温计（6），经所述第一二向色镜（4）反射回来的光束部分被滤波片（5）滤掉，而通过的特定波长光束到达所述高速测温计（6），将测定的待打印粉末熔池的温度信息反馈给高速温度控制器，进而调控激光器（1）的激光能量输出大小；

还包括设置在光路上的第二二向色镜（2），所述第二二向色镜（2）上连接有CCD成像测温装置（3）；

所述第二二向色镜（2）设置在激光器（1）和第一二向色镜（4）之间；

所述第二二向色镜（2）与所述第一二向色镜（4）的镀膜不同，因而反射不同波长的激光束；

所述激光选区熔融/烧结打印机还包括铺粉系统、送粉系统、气氛管理系统以及粉体回收系统。

2.根据权利要求1所述的激光选区烧结打印机，其特征在于，所述光束聚焦装置为设置在所述扫描振镜（7）下端的场镜（8），用于对入射到打印床（9）之前的光束进行聚焦。

3.根据权利要求1所述的激光选区烧结打印机，其特征在于，

所述光束聚焦装置为设置在所述激光器和第一二向色镜（4）之间的动态聚焦镜（21）和透镜（31），用于对入射到打印床（9）之前的光束进行聚焦。

4.根据权利要求1所述的激光选区烧结打印机，其特征在于，所述CCD成像测温装置（3）的帧频为1000fps。

5.根据权利要求1所述的激光选区烧结打印机，其特征在于，所述激光器（1）为连续波光纤激光器。

6.根据权利要求1所述的激光选区烧结打印机，其特征在于，所述高速测温计（6）为双波长测温计或多波长测温计；波长范围为900~1100nm，波长计响应时间控制在微秒级；波长计响应时间为50μs；所述高速温度控制器响应周期和采样周期为微秒级，为200μs。

7.权利要求1至6中任一项所述基于烧结温度在线同轴闭环控制的激光选区烧结打印机的打印方法，包括以下步骤：

S1、根据已知待打印材料的性能参数，事先设置待打印材料的目标加工温度和加工参数；

S2、在控制系统的数字化模型切层驱动下，发出指令控制激光器（1）发射激光，输出的激光经过第一二向色镜（4）、扫描振镜（7）和场镜（8）后聚焦于打印床（9）的待打印材料上；或者

输出的激光经动态聚焦镜（21）、透镜（31）、第一二向色镜（4）和扫描振镜（7）后聚焦于打印床（9）的待打印材料上；

S3、待打印材料吸收激光能量，熔池温度上升，发出红外波段温度信号；

S4、红外波段温度信号经场镜（8）、扫描振镜（7）和第一二向色镜（2）全反射后，经滤波片（5）过滤留下的特定波长温度信号到达高速测温计（6），得到熔池实测最高温度信号，并将实测最高温度信号反馈给高速测温控制器；

S5、高速测温控制器根据接收的实测温度与目标加工温度比对分析，用PID或神经网络控制算法控制激光功率控制信号，对激光器输出功率大小进行调整，确保激光加热待打印材料处熔池的温度保持在目标加工温度值；

另一路特定红外波长的温度信号经场镜（8）、扫描振镜（7）和第二二向色镜（2）反射后进入CCD成像测温装置（3），获得熔池处光斑烧结区域光强随位置分布的温度分布图；

还包括对高速测温计（6）实测得到的最高温度进行标定校准的步骤，包括：将所述高速测温计（6）测得的熔池最高温度与CCD成像测温装置（3）测得的最高温度进行对比，以校准CCD成像测温装置（3）测得的温度场，从而输出完整准确的熔池温度分布。

8.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于，所述步骤S5中对激光器输出功率大小进行调整的步骤包括：

当实测温度低于待打印材料的目标加工温度时，高速温度控制器则向激光器发出增加激光能量输出的信号，提高打印床（9）上待打印材料激光能量输出，进而提高打印床（9）的温度；

当实测温度高于待打印材料的目标加工温度时，则降低打印床（9）上待打印材料激光能量输出，降低打印床（9）温度。