[发明专利]一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置及方法

说明书

本发明提供了一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置及方法，包括X方向高精高速直线电机模组、Y方向高精高速直线电机模组、高刚度振镜组件、激光器以及工控机。本发明适用于金属3D打印设备，针对单一固定振镜不能成型500mm×500mm幅面及以上零件的难点，提出零件成形过程中振镜跟随打印区域而移动的方法来扩宽成型幅面。该方法能够克服多振镜间功率差异导致零件划分交接线力学性能差异的问题，能有效提高设备的成形幅面使单振镜成型幅面500mm×500mm及以上成为可能。同时本发明公开的适用于振镜移动式3D打印装置的二维冗余扫描策略能够实现同一截面上不同扫描方法的交互扫描，能有效地缓解了因热应力、热变形导致的零件成形失效问题。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体地，涉及一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置及方法。

背景技术

在金属增材领域中，振镜的扫描幅面受到扫描偏转角和焦距等因素的限制，导致单一振镜成型幅面约束于350mm×350mm以内。大幅面金属增材制造设备往往采用过振镜组合方式，也即单一设备配备多组套振镜扫描系统。多振镜扫描有利于提高设备的成形效率，但是在零件的分块连接处由于不同台套激光器功率偏差导致结合强度有所下降。

因此为了克服上述增材制造设备的缺陷，本发明提出一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置。该发明在使用单一振镜的前提下，通过移动振镜位置将成型幅面提升到500mm×500mm及以上，同时有效地克服零件分块连接处强度差异问题，实现单振镜大幅面成型。相比多振镜扫描系统而言，单振镜扫描成型效率有所下降，但本发明可将单一振镜升级到双振镜交互扫描方式用于提高设备成型效率，依旧可以有效地克服零件分块连接处强度差异问题。同时为了有效地缓解了因热应力、热变形导致的零件成形失效问题，提出了一种适用于振镜移动式3D打印装置的二维冗余扫描策略能够实现同一截面上扫描方法的交互变更。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置及方法。

根据本发明提供的一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置，包括X方向高精高速直线电机、Y方向高精高速直线电机、高刚性振镜组件、扫描规划系统、激光器以及工控机，其中：

高刚性振镜组件安装于X方向高精高速直线电机模组和Y方向高精高速直线电机模组上方的移动面板上，用于实现激光能量的聚焦和金属粉末的烧结成型；

激光器用于将电能转化成用于熔化金属粉末的高能束源；

扫描规划系统用于对需打印零件进行逐层划分为多个子扫描区域，并规划每个子扫描区域的最佳扫描路径，并将规划数据发送给工控机；

工控机基于接收的规划数据，对X方向高精高速直线电机模组和Y方向高精高速直线电机模组实施运动控制。

优选地，X方向高精高速直线电机、Y方向高精高速直线电机分别使得高刚性振镜组件在X方向、Y方向高精高速水平移动。

优选地，所述X方向高精高速直线电机、Y方向高精高速直线电机均包括高精高速直线电机机构、伺服电机、位置传感器组以及光栅尺，其中：

伺服电机能够驱动高精高速直线电机机构的滑块高速移动；

光栅尺实时监测运动位置并反馈工控机进行相应补偿；

位置传感器组件用于检测并反馈运动的位置信息。

优选地，所述高刚性振镜组件包括准直镜、聚焦镜以及RTC运动控制板块，其中：

RTC运动控制板块控制激光器和高刚性振镜组件的运动；

准直镜将激光器发出的激光束进行准直；

聚焦镜将准直的激光束聚焦至工作平面。

优选地，所述激光器包括SPI激光器或者IPG激光器。