[发明专利]一种具有偏振激光控制的3D打印设备及其打印方法

说明书

本发明提供了一种偏振激光发射装置、包括该偏振激光发射装置的3D打印设备及其打印方法，所述偏振激光发射装置，包括线偏振激光发生器，准直头，玻片，振镜，场镜；沿激光方向依次设置所述线偏振激光发生器、准直头、玻片、振镜、场镜；所述玻片能绕激光轴旋转以用于调整线偏振激光的偏振方向。本申请通过激光偏振方向的控制，保持激光扫描方向与激光偏振方向固定，可以大大提高成形过程工艺的稳定性，提高成形质量，同时通过设定特定激光偏振方向，保持材料对激光能量吸收处于最高值，可以有效提高能量利用率，降低能耗。

技术领域

本发明属于激光增材制造应用领域，具体涉及一种具有偏振激光控制的激光发射装置、包括该激光发射装置的3D打印设备及其打印方法。

背景技术

增材制造技术在数字模型驱动下，通过层层堆叠，可实现传统工艺无法获得的一些复杂结构的制造，很大程度上解除了工艺对设计的限制，为工业发展提供了更广阔的想象空间。

但是，目前在激光增材制造过程中，普遍存在激光增材制造能耗大、工艺稳定性不佳、探索工艺麻烦，且增材制件表面质量不好，形变控制难等一系列问题。当然，增材成形过程，影响因素很多，但是最根本影响因素在于能量沉积过程的控制。

使用聚焦激光，可以快速高效地实现金属或非金属粉末材料的熔融。金属激光选区熔融，激光的物理形态对材料成形具有决定性作用。激光形态的差异直接决定了材料对激光能量的吸收，从而影响了材料成形性能，尤其是带来组织形貌特征的差异。另外，激光物理形态的不同，带来能量沉积方式和效率的变化。

现有的增材制造领域，采用随机偏振激光，带来激光能量沉积方向上的随机性，造成材料对激光能量吸收的波动变化，对增材制造过程的工艺稳定性造成影响。

发明内容

针对以上问题，本发明要解决的技术问题是，提供一种具有偏振激光控制的偏振激光发射装置、包括该偏振激光发射装置的3D打印设备及其打印方法，一方面，通过激光形态控制，尤其是偏振特性的控制以提高材料对激光能量的吸收，可以进一步提高能量利用率，降低能量损失，一定程度上解决能耗问题；另一方面，提高工艺稳定性与打印质量。不同偏振激光作用在材料表面，激光运动方向与激光偏振方向形成一定角度变化时，材料加工表面质量也会发生变化，特别是材料烧蚀后表面起伏情况存在明显差异。

本发明提供的技术方案为：

一种偏振激光发射装置，包括线偏振激光发生器，准直头，玻片，振镜和场镜；沿激光方向依次设置所述线偏振激光发生器、准直头、玻片、振镜和场镜；所述玻片能绕激光轴旋转以用于调整线偏振激光的偏振方向。

进一步地，所述玻片固定在从动齿轮上，从动齿轮啮合主动齿轮，主动齿轮通过电机驱动，实现所述玻片能绕激光轴旋转。

进一步地，所述线偏振激光发生器可以是线偏振光纤激光发生器、线偏振全固态激光发生器或通过起偏器产生的线偏振激光发生器。所述线偏振激光发生器为现有技术中的装置，例如采用500W连续波1064μm线偏振激光发生器。

进一步地，所述振镜的激光扫描方向与线偏振激光的偏振方向的夹角为可控角度，例如可控角度为0～90°，优选地为0°或90°。

进一步地，所述振镜和电机还与外部的控制软件相连。所述控制软件用于接受振镜扫描方向数据和控制电机。

本发明中，所述线偏振激光发生器发射线偏振激光，通过准直头之后，输出为线偏振准直激光，线偏振准直激光随后通过玻片，所述玻片可以通过控制电机转动从而控制玻片的旋转角度(具体的，所述玻片固定在从动齿轮上，从动齿轮啮合主动齿轮，通过电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿轮啮合，带动玻片绕激光轴旋转)。线偏振准直激光通过玻片之后，激光偏振方向发生改变，改变量由玻片的旋转角度决定，改变偏振方向后的激光通过振镜、场镜聚焦，实现可控偏振方向的偏振激光的发射。