[发明专利]3D打印过程中检查3D打印物体的打印质量的方法和装置，及3D打印系统

说明书

所公开的是在3D打印过程中使用飞秒激光束检查3D打印物体的打印质量的方法和装置，以及用于该装置的3D打印系统。从与3D打印激光源同轴设置的飞秒激光源辐射激光束，以检查打印物体的状态。由飞秒激光源产生的激光束被分离成泵浦激光束和探测激光束。由3D打印激光源辐射的打印激光束或泵浦激光束辐射到打印物体上，以产生超声波。为了测量超声波，将探测激光束辐射到打印物体上。检测被打印物体反射的探测激光束。通过分析经反射的探测激光束来检查打印物体的质量。

技术领域

本发明涉及一种三维(3D)打印技术，更具体地，涉及3D打印过程中使用飞秒激光束检查3D打印物体的打印质量的方法和装置，以及具有该装置的3D打印系统。

背景技术

众所周知，3D打印是一种生产三维物体的制造技术。对于三维物体的3D打印，它的处理方式是基于3D模型数据处理信息逐层堆叠。3D打印技术的优点是便于实现复杂的形状、产品内部形成的形状等。由于这些优势，3D打印技术作为一种高附加值的技术受到了人们的关注，它可以方便地制造各种产品，如各种工业零件和医疗材料。

可以通过将3D产品的形状分为若干个具有均匀或可变厚度的2D横截面，并形成要逐一堆叠的2D横截面来执行3D打印过程。已知的3D打印方法有多种，诸如材料挤出法、材料喷射法、粘结剂喷射法、片材层压法、大桶光聚合法、粉末床熔合法、定向能量沉积(DED)法等。其中，DED法是一种将激光能量施加到金属粉末或金属丝材料上进行熔化和融合的方法，与其他方法相比，DED法可以使用便宜的商品材料，在现有的三维形状上形成叠片，并且与其他方法相比具有卓越的机械性能，因此被广泛使用。

在根据DED方法的3D打印中，当将从激光源辐射的激光束辐射到基板上时形成熔池，并且将金属粉末提供到熔池上以形成叠片。

在3D打印结构中，不可避免地会出现粗糙度为几微米或更高的粗糙表面。在进行3D打印过程的成形室中，可能会产生诸如灰尘和/或运动产生的振动等不良环境。由3D打印过程形成的打印物品的物理特性和存在缺陷的相关信息是决定3D打印质量的重要因素。但是，能够应用于3D打印过程的测量技术非常有限。这是由于打印结构表面的粗糙度、成形室内部的恶劣环境以及数据采集和处理速度的限制。尤其是在3D打印过程中，还没有开发出通过实时分析测量获得的信息来检查打印质量的技术。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明的实施例提供一种能够在3D打印过程中使用飞秒激光束测量打印物体的打印状态的方法，该方法具有高的空间测量分辨率，并能实时检查打印物体的打印质量。

此外，本发明的实施例是提供一种用于实现该方法的装置和具有该装置的3D打印系统。

在一个方面，本发明的一些实施例提供了检查3D打印物体的打印质量的方法。该检查方法包括通过将3D打印激光源产生的打印激光束辐射到提供到打印物体的基体材料上，进行3D打印过程；通过飞秒激光源产生飞秒激光束，以在进行3D打印过程中，实时进行打印物体物理特性的估算和打印物体缺陷的检测。将飞秒激光源产生的飞秒激光束分离成泵浦激光束和探测激光束；通过由3D打印激光源辐射的打印激光束激发打印物体或通过将分离的泵浦激光束辐射到打印物体上来产生超声波；将探测激光束辐射到打印物体的凝固区域，以测量超声波。检测由打印物体反射的探测激光束，将其转换为电信号；并且通过分析经转换的电信号的振幅和相位，检查打印物体的打印质量，包括估算打印物体的物理特性和检测打印物体的缺陷。在该检查方法中，打印激光束以及与由飞秒激光束分离的泵浦激光束和探测激光束相互同轴对准并施加到打印物体上。此外，在3D打印过程中，使用飞秒激光束实时检查3D打印物体的打印质量。

在实施例中，在产生的超声波中，泵浦激光束可以辐射到与打印激光束间隔预定距离的打印物体的凝固区域，以产生超声波。

在实施例中，探测激光束和泵浦激光束可以辐射到打印物体相同的点上。

在实施例中，打印激光束、泵浦激光束以及飞秒激光束可以同轴地形成。