[发明专利]面曝光光斑光强匀化方法及其应用

说明书

本发明公开了面曝光光斑光强匀化方法及其应用，匀化方法包括以下步骤：S1、在面曝光切片分层软件中对stl模型进行切片处理获得切片图像，并对切片图像进行灰度处理，生成二值灰度图像；S2、生成高斯补偿图像，获得参数可调的高斯晕影，所述参数包括高斯峰值和高斯半径；S3、将步骤S1获得的二值灰度图像与步骤S2获得的高斯晕影进行叠加计算，生成含高斯补偿的切片图案；S4、将含高斯补偿的切片图案加载至液晶空间光调制器驱动设备，开启激光生成并检测面状光斑：如果光斑不符合要求，则修改高斯晕影的参数，重复步骤S2‑S4，直至光斑符合要求。本发明解决了金属面曝光增材制造过程中光斑光强不均匀的问题。

技术领域

本明发涉及激光增材制造和快速成形领域，具体涉及面曝光光斑光强匀化方法及其应用。

背景技术

金属增材制造（（3D打印））是以三维模型数据为基础，通过金属材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。其中激光金属粉末床熔融是通过激光选择性地熔化金属粉末床零件模型区域的增材制造工艺，具有成形零件复杂度不受限制、成形构件精度高和致密度高，加工周期短，成型质量较好等优势，在航空航天等领域得到了广泛的应用，但该技术在面临低速扫描和大截面熔融时存在扫描时间长，加工慢等不足。

因此，金属面曝光的新型增材制造技术应运而生，由于一次曝光一层、取消了扫描振镜等优势而具有广阔的应用前景，面曝光通常采用空间光调制器进行层内光斑分布的调制，但存在调制光斑曝光不均匀等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供面曝光光斑光强匀化方法，解决金属面曝光增材制造过程中光斑光强不均匀的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

面曝光光斑光强匀化方法，包括以下步骤：

S1、在面曝光切片分层软件中对stl模型进行切片处理获得切片图像，并对切片图像进行灰度处理，生成二值灰度图像；

S2、生成高斯补偿图像，获得参数可调的高斯晕影，所述参数包括高斯峰值和高斯半径；

S3、将步骤S1获得的二值灰度图像与步骤S2获得的高斯晕影进行叠加计算，生成含高斯补偿的切片图案；

S4、将含高斯补偿的切片图案加载至液晶空间光调制器驱动设备，开启激光生成并检测面状光斑：

如果光斑不符合要求，则修改高斯晕影的参数，重复步骤S2-S4，直至光斑符合要求。

本发明可根据选区特征，如尖角、重叠、交叉等特征（这些特征是典型的易产生强曝光的区域），确定高斯补偿的位置，高斯晕影是高斯补偿所使用的一个图案，可以覆盖到指定区域。

叠加原理如图3所示，高斯补偿案例如图4所示，在图4中，上一排为对进行高斯补偿的图片，下一排为经过高斯补偿的图像。

本发明在针对于特定面曝光整形器件时，高斯半径具有不同的调节范围，如果A器件所使用的切片图像是500px*500px的，那么高斯半径可调范围为0-250px，如果所使用的是B器件，切片图像是200px*200px的，那么高斯半径可调范围应为0-100px。

没有匀化处理的面曝光是将步骤S1得到的切片直接进行相位图计算的，本发明是将叠加高斯补偿后的切片进行相位计算，再将获得的相位图加载至液晶空间光调制器、开启激光曝光。

通过本发明所述方法可以在面曝光增材制造时对选区进行定制化调控，在选区激光熔化相关研究中已经发现，选区的边界和内部在熔融时若采用不同的工艺参数，加工质量有望得到提高。本发明所述匀化方法既可以对尖角、交叉、重叠等选区进行参数化可控匀化，体现为强曝光区域削减不足、适中、过度，这是可以通过调节参数实现的。