[发明专利]一种多通道激光3D打印装置及其扫描方法

说明书

本发明涉及的一种多通道激光3D打印装置及其扫描方法，属于3D打印机技术领域，打印装置包括：运动机构，用于安装打印头、Y轴振镜和X轴振镜，并带动打印头、Y轴振镜和X轴振镜沿着Y轴的方向匀速移动；打印头，用于向Y轴振镜发射用于扫描的多通道激光；Y轴振镜，用于将多通道激光反射至X轴振镜处，并且在X轴振镜进行一轮扫描的过程中使反射后的多通道激光沿着Y轴的反方向进行匀速扫描，扫描速度与打印头的移动速度相同；X轴振镜，用于将多通道激光反射至打印工作面上，并沿着X轴匀速扫描。本发明用Y轴振镜使反射后的多通道激光沿着Y轴的反方向进行匀速扫描，使得打印头的平移不再需要停顿，整机打印有效时间占比接近100%。

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种多通道激光3D打印装置及其扫描方法。

背景技术

3D打印中SLA、SLS、SLM采用的方式是以振镜反射单束激光，在二维工作平面上进行图像扫描打印。本申请人的专利名称为一种线阵式激光3D打印装置及方法、授权公布号为CN113579468B的发明专利公开了一种可以将单束激光变成多束可独立调制开关、以线阵排列的激光束。该发明可以将单独一束激光最高分割为256个独立通道，可应用于SLA、SLS、SLM等打印领域。在SLM打印领域使用中，SLM单通道激光功率要求很高，常规为单通道为500W，市面上具有一定经济性的激光器功率通常不超过10KW，此功率以上价格非常昂贵，即SLM受制于激光器，可实用的通道数通常不超过20路，按照每通道光斑100um计算，20通道光束总宽度为2mm，此宽度的光束在使用常规的振镜扫描方式，不同通道的焦点偏差有限，不影响实际使用。即如图1所示，3D打印常规可用景深L为1.5mm，以常用的500mm工作距离，打印幅面300mm为例，振镜扫描最大角度 a的值约为23约左右，按上图计算得20通道的3D金属打印机SLM的各通道焦点最大差值为=0.84mm，小于SLM打印所允许的误差。

但对于SLA、SLS，激光功率需求则不需要这么大，因此可以将激光束调制分割为标准256通道，同样按照100um光斑计算，256通道光束总宽度为25.6mm，按照上述计算方式，则使用振镜进行全幅面打印时，各通道的焦点差值最大值约为=10.7mm，这个值已经远远超过激光的景深范围，即在SLA、SLS打印中，使用了256通道独立可调方式的线阵激光扫描，不能使用常规的振镜系统进行3D打印，需要开发新的打印方案。

针对上述问题，目前常用的方法是采用将振镜系统与直线运动相结合的方式，来实现高达256通道的多通道激光系统打印。

振镜系统与直线运动相结合，目前已有的专利有以下几种方法：

第一种方式是：对于单激光束振镜扫描系统，为了拓展振镜系统扫描的范围，以及减少振镜系统在扫描区域边缘光束变形，通常会在振镜系统之上再加入平移装置，两者结合进行扫描，比如授权公告号为CN201120406282U公开的移动式振镜装置、申请公布号为CN112775443A公开的一种单激光大幅面振镜移动式3D打印装置及方法等。该方案的想关专利均是将振镜系统移动到某个固定区域，然后固定平移的XY轴，开始用振镜系统扫描打印该工作区域，待该工作区域扫描打印完成后，再由XY轴振镜移动至下一个区域，按照如上流程进行扫描打印。然而，该方法对于多通道激光不适合用，XY振镜大角度平面扫描时，过大的倾斜角会让不同通道光束的焦点出现很大偏差，严重影响打印质量。