[发明专利]阵列式旋转双棱镜3D打印设备及打印方法

说明书

本发明公开了一种阵列式旋转双棱镜3D打印设备及打印方法，包括多个并列设置的旋转双棱镜打印单元，每个打印单元包括：多路激光器，其头部呈一定角度固定在安装平台上，经准直头/反射镜获得平行光输出；旋转双棱镜，由一对共轴相邻排列的折射棱镜组成，能绕共同轴独立旋转改变光的传播方向，实现光束或视轴的指向调整；光束指向控制系统，配置为控制电机旋转双棱镜的旋转角度，使出射光束在一定偏转角范围内实现任意指向调整；场镜与旋转双棱镜相对设置且下方设有打印平台。该阵列式旋转双棱镜3D打印设备结构紧凑，指向精度高，光损耗小，整体造价小，无时间色散效应，可控制大口径光束实现大角度偏转，机械传动误差对指向精度的影响很小。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体而言，涉及一种阵列式旋转双棱镜3D打印设备及打印方法。

背景技术

快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。按照成型的方式，快速成型技术可以分为熔融沉积式(FDM)，选择性激光熔化成型(SLM)，立体光固化(SLA)，电子束熔化成型(EBM)等等。在这些成型技术中，选择性激光熔化成型(SLM)和立体光固化(SLA)是采用振镜扫描方式来实现的。振镜扫描系统主要由反射镜、扫描电机、伺服驱动单元组成。一般采用双轴振镜、X振镜和Y振镜，分别控制光路在X方向上和Y方向上的偏转，通过控制X振镜和Y振镜，便能够实现在平面上的路径扫描。反射镜在高动态响应性能的有限转角电机的带动下，能在一定范围内偏转，通过X方向和Y方向两个振镜的协调转动便能够实现在平面上的图形扫描。

传统的激光振镜扫描式3D打印机主要由XY反射镜片、场镜、扫描电机以及驱动电路等构成。振镜主要由位置传感器、电磁驱动的电枢或线圈以及安装在上面的小反射镜组成。当前振镜大多是采用动铁式结构，当电流信号通过线圈时，永久磁铁和线圈产生的相互作用会使得转子转动，从而带动振镜偏转。振镜位于激光器光路前方，分为X方向振镜和Y方向振镜，用来改变激光器射出激光的光路，实现指定路径的扫描。控制板卡分别与激光器，振镜，步进电机相连，从上位机获取打印指令，控制各部分工作。振镜扫描式的运动控制方式具有响应快，精度高，运动惯量小等优点，被广泛运用在激光打标，及激光快速成型中。

但是传统的振镜扫描打印增材制造设备中，由于扫描振镜工作的范围受限于扫描电机的偏转角度(一般在±20°)。为了扩大快速成型设备的工作范围，有的厂家在技术上采用多振镜扫描机构实现多路激光束协同工作，通过多个成型区域的协同叠加效果，可扩大成型的工作面积。但是，扫描振镜属于快速成型设备中技术含量高、成本昂贵的组件，多扫描振镜的使用不仅显著增加了设备体积，降低了系统的工作稳定性，而且也大大增加了设备成本。另外传统的振镜控制系统由计算机控制，振镜驱动因为电路复杂、体积大、功耗高、偏转角度精度低、控制不灵活等缺点无法满足现代高精度、小型化、低功耗振镜控制系统设计要求。

发明内容

本发明旨在提供一种阵列式旋转双棱镜3D打印设备及打印方法，能够简化增材制造打印设备体积，提高打印范围，增加打印效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种阵列式旋转双棱镜3D打印设备，包括多个并列设置的旋转双棱镜打印单元，每个所述旋转双棱镜打印单元包括：激光器，其头部呈一定角度固定在激光器安装平台上，并经过与其连接的准直头/反射镜获得平行光输出；旋转双棱镜，与准直头/反射镜相对设置，由一对共轴相邻排列的折射棱镜组成，能绕共同轴独立旋转改变光的传播方向，实现光束或视轴的指向调整；光束指向控制系统，配置为控制电机旋转双棱镜的旋转角度，从而控制激光光束的偏转，使出射光束在一定偏转角范围内实现任意指向调整；以及场镜，与旋转双棱镜相对设置，且在所述场镜下方设置有打印平台。

根据本发明，所述旋转双棱镜与控制电机同轴安装，且旋转双棱镜粘结在所述控制电机的转子上。

根据本发明，所述激光器为一路或多路激光器。