[发明专利]用于3D打印过程的基于飞秒激光的超声波测量设备和具有其的3D打印系统

说明书

本发明公开了一种用于3D打印过程的基于飞秒激光的超声波测量设备以及一种包括所述设备的3D打印系统。所述设备包括飞秒激光源，其用于生成飞秒激光束，所述飞秒激光束照射以检查通过由从所述用于3D打印的激光源照射的打印激光束熔化基材而形成的打印对象的状态；分束器，其用于将由所述飞秒激光源生成的所述飞秒激光束分离成泵浦激光束和探测激光束；电/声光学调制器，其用于调制所述泵浦激光束；时间延迟单元，其用于延迟所述探测激光束；光电检测器，其用于检测由所述打印对象反射的所述探测激光束；以及锁相放大器，其用于检测来自所述光电检测器的所述输出信号的幅度和相位。所述飞秒激光源与用于3D打印的激光源同轴设置。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年12月31日提交到韩国知识产权局(KIPO)的韩国专利申请号10-2019-0179190的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及三维(3D)打印，并且更具体地涉及一种用于在3D打印过程期间估计打印对象的物理性能以及检测对象的缺陷的基于飞秒激光的超声波测量设备，及一种具有这种设备的3D打印系统。

背景技术

已知3D打印是用于生产3D对象的制造技术。对于3D对象的3D打印而言，是以基于3D模型数据处理信息来逐层堆叠的方式进行处理的。3D打印技术具有便于实现复杂的形状、在产品内形成的形状等的优点。由于这些优点，3D打印技术作为高附加值的技术而备受关注，其使得易于制造各种产品，诸如各种工业零件和医疗材料。

可以通过将3D产品的形状划分为多个具有均匀或可变厚度的2D横截面并且形成要逐个堆叠的2D横截面来执行3D打印过程。有几种已知的3D打印方法，诸如材料挤出方法、材料喷射方法、粘合剂喷射方法、片材层压方法、大桶光聚合方法、粉末床融合方法、定向能量沉积(DED)方法等。其中，DED方法是将激光能量施加到要熔化和融合的金属粉末或线材的方法，并且由于其下列优点而得到广泛使用：与其他方法相比，其可以使用较廉价的商业材料，在现有的3D形状上形成叠层以及与其他方法相比具有卓越的机械性能。

在根据DED方法的3D打印中，当将从激光源照射的激光束照射到基板时形成熔池，并且将金属粉末供应到熔池上以形成叠层。当前，可以应用于3D打印过程的测量技术受到限制。由于用于3D打印的构建室内部的不良环境以及在数据收集和处理速度中的限制，迄今为止，仅基本感测技术应用于3D打印过程。因此，需要开发一种新的高速和高分辨率的测量技术，以进行高保真在线监测和无损评估(NDE)。

发明内容

在认识到常规技术的上述问题的情况下提出了本发明。本发明的一些实施例将提供一种用于3D打印过程的基于飞秒激光的超声波测量设备，其可以执行具有高空间测量分辨率的实时测量，以在3D打印过程期间进行产品缺陷检测和材料性能估计，以及一种包括该设备的3D打印系统。

在一个方面，本发明的概念针对一种用于3D打印过程的基于飞秒激光的超声波测量设备。基于飞秒激光的超声波测量设备包括飞秒激光源、分束器、电/声光调制器、时间延迟单元、光电检测器和锁相放大器。飞秒激光源与用于3D打印的激光源同轴设置并且被配置为生成飞秒激光束，飞秒激光束照射以检查通过由从用于3D打印的激光源照射的打印激光束熔化基材而形成的打印对象的状态。分束器被配置为将由飞秒激光源生成的飞秒激光束分离成泵浦激光束和探测激光束。电/声光学调制器被配置为调制泵浦激光束。时间延迟单元被配置为延迟探测激光束。光电检测器被配置为检测由打印对象反射的探测激光束。锁相放大器包括解调器，解调器用于以调制频率对来自光电检测器的输出信号进行解调；以及低通滤波器，低通滤波器用于使解调信号的低频带通过并且被配置为检测来自光电检测器的输出信号的幅度和相位。

在本发明的一个实施例中，泵浦激光束和探测激光束可以照射以入射在与打印激光束间隔开预定距离的固化区域上。

在一个实施例中，泵浦激光束和探测激光束可以照射以入射在打印对象的同一点上。