[发明专利]蓝色激光金属增材制造系统

说明书

一种使用数字镜器件的高分辨率增材制造系统和方法，具有组成整个对象的图像的图像分割块，并投影图像分割块至目标区域，以在整个待建造对象的图像中传送工作激光束。一种在激光束路径中使用数字微镜器件的增材制造方法和系统。将预热激光束与建造激光束结合使用，所述建造激光束沿建造激光束路径具有数字微镜器件。

本申请要求2019年11月6日提交的美国临时专利申请序号62/931,734的优先权，所述申请全部通过引用并入本发明。

技术领域

本发明涉及材料的激光加工，特别是材料的激光建造，包括使用波长从约350nm到约700nm的激光束的激光增材制造工艺。

背景技术

基于红外(IR)(例如，波长大于700nm，特别是波长大于1000nm)的增材制造系统存在两个缺点，限制了建造体积和建造速度。在这些红外系统中，建造体积受限于扫描系统的有限尺寸以及受限于为给定焦距准直器和F-θ透镜创建的光斑。例如，在这种现有的红外系统中，当使用14mm焦距准直器和500mmF-θ焦距透镜时，对于衍射限制红外激光束，光斑尺寸大约为350μm。这在原始建造材料(例如，粉末床)上提供了大概85mm x 85mm的可寻址面积，其反过来又创建或建立了对给定分辨率(例如，光斑尺寸)的建造体积的有限限制。红外激光系统建造速度的第二个限制是材料对激光束的吸收。虽然最初，大多数原始建造材料对红外光谱中的波长具有中等到较低的反射率，但随着增材制造开始使用材料具有较高和极高的红外反射率的金属，如金、银、铂、铜、铝及其合金，在红外增材制造中使用这些较高反射的红外类型的建造材料时遇到了问题。因此，红外激光能量与原始建造材料(例如，粉末层或颗粒)的耦合受到限制，很大一部分能量被反射回、向后反射或更深入原始建造材料。这些限制在某种程度上被进一步捆绑或联系在一起，加剧了红外增材系统的问题和缺陷。因此，红外激光的有限穿透深度确定了最佳层厚度，因此限制了加工的分辨率。因此，红外激光系统由于其对典型原始建造材料的反射率而具有有限的层厚度并因此具有有限的分辨率。

如本发明所用，除非另有明确说明，否则“UV”、“紫外线”、“UV光谱”和“光谱的UV部分”及类似术语应被赋予其最广泛的含义，并将包括波长从约10nm至约400nm和从10nm至400nm的光。

如本发明所用，除非另有明确说明，否则术语“可见”、“可见光谱”和“光谱的可见部分”及类似术语应被赋予其最广泛的含义，并将包括波长从约380nm至约750nm和从400nm至700nm的光。

如本发明所用，除非另有明确说明，否则术语“蓝色激光束”、“蓝色激光”和“蓝色”应被赋予其最广泛的含义，通常指提供激光束的系统、激光束、激光源，例如激光器和二极管激光器，其提供，例如，传播激光束，或传播波长从400nm(纳米)至500nm，以及约400nm到约500nm的光。蓝色激光包括450nm、约450nm、460nm和约460nm的波长。蓝色激光的带宽可以从约10pm(皮米)至约10nm、为约5nm、为约10nm和为约20nm，以及更大和更小的值。

如本发明所用，除非另有明确说明，否则术语“绿色激光束”、“绿色激光”和“绿色”应被赋予最广泛的含义，通常指提供激光束的系统、激光束、激光源，例如激光器和二极管激光器，其提供，例如，传播激光束，或传播波长从500nm至575nm、从约500nm至575nm的光。绿色激光包括515nm、约515nm、532nm、约532nm、550nm和约550nm的波长。绿光激光的带宽可以从约10pm至10nm、为约5nm、为约10nm和为约20nm，以及更大和更小的值。

如本发明所用，除非另有规定，否则术语“数字镜器件”将被赋予其尽可能广泛的含义，并将包括以引导或重定向包括激光束的光的任何装置，所述装置包括变形镜，其可以通过改变反射面、折射面和两个面的特性、表面特征、表面轮廓和表面特征、表面轮廓两者，来引导或重定向激光束。术语数字镜器件包括数字微镜器件(“DMD”，Digital MicromirrorDevice)和微机电系统(“MEMS”，Micro-Electro-mechanical-System)。