[发明专利]可变光斑3D激光打印头及3D激光打印设备

说明书

本发明公开了一种可变光斑3D激光打印头及3D激光打印设备，由多个光纤输出激光模块、与光纤输出激光模块一一对应的多个准直镜头、两维激光扫描振镜和平场聚焦镜头组成；所述诸准直镜头光轴平行，将所对应的所述光纤输出激光模块输出光纤端面输出的光变成平行光；通过控制诸所述光纤输出激光模块的开关及所述两维激光扫描振镜，可实现可变光斑的3D打印。在很大程度上解决激光选区熔化技术精度和效率的矛盾，在精度保持不变的情况下成倍的提高效率，同时，本发明还提出了采用该可变光斑3D打印头的设备。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种可变光斑3D激光打印头及3D激光打印设备。

背景技术

增材制造(AM)技术通过材料逐层累加的方式直接制造实体零件，能够将计算机辅助设计(CAD)三维软件中设计好的实体三维模型直接打印成型，相比传统加工工艺其更加方便快捷。激光选区熔化(SLM)技术是金属AM领域的重要技术之一，它采用高能量密度激光器作为热源，利用激光光斑选择熔化金属粉末，可以得到高自由度的复杂金属构件，生成近乎100％的高致密度零件，表面粗糙度可达20～30μm，尺寸精度可达20～50μm。目前激光选区熔化技术最大的问题无法解决精度和效率之间的矛盾。为了增加精度，需要使用小光斑，这就制约了效率。理论上，这个矛盾可以通过采用变焦打印头进行在一定程度上解决，但变焦镜头无法满足快速变焦的要求，也无法实现长寿命。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可变光斑3D激光打印头及3D激光打印设备，在很大程度上解决激光选区熔化技术精度和效率的矛盾，在精度保持不变的情况下成倍的提高效率，同时，本发明还提出了采用该可变光斑3D打印头的设备。

本发明提出一种可变光斑3D激光打印头，包括多个光纤输出激光模块、以及与光纤输出激光模块一一对应的准直镜头，还包括两维激光扫描振镜和平场聚焦镜头，其中：所述诸准直镜头之间光轴平行，所述诸准直镜头用于将对应的所述光纤输出激光模块的输出光纤端面输出的光变成平行光；所述两维扫描振镜位于诸所述准直镜头输出端的平行光路上，实现两维扫描，用于将来自诸准直镜头光学镜头的平行光指向所需位置；所述平场聚焦镜头设置在所述两维振镜的输出光路上，所述平场聚焦镜头用于将来自两维扫描振镜的光汇聚到平场聚焦镜头的后焦面上。

进一步，所述诸光纤输出模块的输出光纤参数相同；所述诸准直镜头光学参数相同；所述诸光纤输出激光模块输出光纤端面在相应所述准直镜头前焦面上的位置，且其在所述平场聚焦镜头焦面上的像以一定间距排成线状，且线的走向与所述两维激光扫描振镜的一个扫描方向垂直；通过实时控制诸所述光纤输出激光模块的电源开关及所述两维激光扫描振镜，该打印头可在保持打印精度的情况下，提升打印速度。

进一步，所述诸光纤输出模块输出光的光纤参数不相同，用于在所述平场聚焦镜头焦面上形成大小不同的像；所述诸准直镜头光学参数也不相同，所述诸光纤输出激光模块输出光纤端面设置在相应所述准直镜头前焦面上，且诸光纤输出激光模块输出光纤端面在所述平场聚焦镜头焦面上形成的像的中心重合；通过控制诸所述光纤输出激光模块的电源开关及所述两维激光扫描振镜，该打印头可在保持打印精度的情况下，提升激光扫描过程中的烧结打印速度。

进一步，所述准直镜头为变焦镜头。

根据上述可变光斑3D激光打印头，本发明的另一目的是提出了一种3D激光打印设备，包括可变光斑3D激光打印头。

进一步，3D激光打印设备还包括机械单元，所述机械单元包括成型腔、成型缸、铺粉装置组成，所述成型缸与铺粉装置位于所述成型腔的底部，所述铺粉装置用于将待打印粉末均匀铺在成型缸上；所述成型腔的顶部设置有保护玻璃。

进一步，还包括保护气体单元，所述保护气体单元与设置在所述成型腔上的入气口连通。