激光打印系统技术方案

本发明专利技术描述了用于照射在工作平面（180）中相对于激光打印系统（100）的激光模块移动的物体的激光打印系统（100）和相应的激光打印方法。该激光模块包括半导体激光器（115）的至少两个激光器阵列（110）和至少一个光学元件（170）。所述光学元件（170）被适配成对由激光器阵列（110）发射的激光进行成像，使得一个激光器阵列（110）的半导体激光器（115）的激光被成像到激光打印系统（100）的工作平面（180）中的一个像素并且像素的区域单元被借助于至少两个半导体激光器（115）进行照射。该光学元件不使每个单个半导体激光器（115）的激光投影或聚焦到工作平面（180），而是将整个激光器阵列成像到工作平面。由半导体激光器（115）发射的激光的重叠可改善照射或能量输入的均匀性和关于单个半导体激光器（115）的故障的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种激光打印系统和一种激光打印方法。激光打印指的是文档打印以及针对增材制造（例如被用于快速制原型）的借助于激光器的3D打印。
技术介绍
常规激光打印机和选择性激光熔化机由单个高功率激光器和扫描仪组成以在要照射的区域上扫描激光。为了增加处理速度，期望具有打印头，该打印头具有若干独立通道，即覆盖区域的相当一部分的可寻址激光器阵列。优选地，打印头在每个像素一个可寻址激光源的情况下覆盖要打印的区域的全宽，使得打印头只需要在一个方向上移动。此类可寻址阵列的可靠性和服务成本可能是个问题。US 2005/0151828 A1公开了一种用于静电复印激光打印的设备。静电复印打印系统具有激光打印条（printbar）成像器组件，其包括多个微光学发光阵列。该微光学发光阵列包括多个垂直腔面发射激光器，其中每个垂直腔面发射激光器被用微光学元件聚焦。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种改进的激光打印系统和相应的激光打印方法。根据第一方面，提供了一种用于照射在工作平面中相对于激光打印系统的激光模块移动的物体的激光打印系统。该激光模块包括半导体激光器的至少两个激光器阵列和至少一个光学元件。该光学元件被适配成对由激光器阵列发射的激光进行成像，使得一个激光器阵列的半导体激光器的激光被成像到激光打印系统的工作平面中的一个像素，并且像素的区域单元（area element）被借助于至少两个半导体激光器照射。已知激光打印系统使用单个高功率激光器或激光器阵列。例如，在高功率激光器的情况下，可使用单个边缘发射半导体激光器，而在激光器阵列的情况下，优选地使用垂直腔面发射激光器（VCSEL）。VCSEL阵列可以容易地在基于晶片的过程中制造，但是其通常发射比边缘发射半导体激光器少的功率。这些已知激光打印系统的光学系统使每个半导体激光器的发光层投影或聚焦到工作平面。与这种方法相反，本专利技术提出借助于光学元件在工作平面中将至少两个激光器阵列成像到两个像素。激光器阵列的图像不包括半导体激光器的发光层的锐利图像。借助于激光器阵列中的一个的至少两个激光器发射的光照射像素的每个区域单元，使得不存在仅仅借助于一个单个半导体激光器被照射的区域单元。优选地，一个激光器阵列的三个、四个或大量半导体激光器同时照射像素的一个区域单元。甚至可能两个激光器阵列被同时地成像到同一像素。因此可以通过每像素区域单元使用大量的半导体激光器来向工作平面提供更多的强度。阵列的大量半导体激光器的漫射图像形成工作平面中的像素。该激光打印系统由于每个单个半导体激光器对照射的相对低贡献或借助于光学能量的到工作平面中的物体的能量输入而可以更加可靠。激光器阵列的单个半导体激光器的故障因此不引起激光打印系统的故障。发射激光的波长适配于工作平面中的物体的吸收。激光模块可相对于激光打印系统（扫描）移动和/或物体可相对于激光打印系统移动。物体可以是一张纸、可以借助于激光打印系统来烧结的粉末层或者可以借助于激光打印系统来处理的任何其它物体。可优选的是仅物体被移动。可使得激光打印系统能够借助于一个、两个、三个、四个或更多激光模块照射垂直于物体的宽度移动的物体的全宽。半导体激光器可以是边缘发射半导体激光器，但是VCSEL阵列由于较低的成本而可以是优选的。光学元件以这样的方式布置：光学元件相对于工作平面的物体平面并不与半导体激光器的平面重合，使得由相邻半导体激光器发射的激光的圆锥体在物体平面中重叠。借助于半导体激光器的发光层来限定激光器阵列的半导体激光器的平面。发光层包括半导体激光器的光学腔体，其包括有源层和相应的谐振腔反射镜。光学元件可以是单个成像透镜或更复杂的成像光学件，其相对于工作平面而限定物体平面。物体平面相对于激光器阵列的半导体激光器的发光层的布置可在工作平面中引起发光层的漫射重叠图像。工作平面中的能量分布因此与半导体层的每个发光层到工作平面的投影相比可更加均匀。此外，光学元件可简单到每个激光模块一个投影透镜，但是可使用更复杂的透镜组合以便增加工作平面与激光模块之间的距离。可不需要微透镜阵列以便提供每个发光层的锐利投影。激光打印系统的一个或多个激光模块优选地包括三个、四个或大量激光器阵列。单个激光器阵列可被成像到工作平面中的一个像素。该像素可彼此邻近，使得一个激光器阵列的发射光学功率的一部分与由另一激光器阵列发射的光学功率重叠。甚至可以两个、三个或更多激光器阵列可被映射到工作平面中的同一像素。光学元件可包括微光学元件阵列，其可将例如激光模块的例如两个相邻阵列的激光成像到工作平面中的一个像素。两个或更多阵列在这种情况下可被成像到一个像素。替换地或者另外，可以是由不同激光器阵列发射的激光可在不同的时间照射物体的表面的同一部分。后者意味着第一阵列的光可在时间t1处照射物体的限定表面，并且第二阵列的光可在比t1晚的时间t2处照射物体的限定表面，其中物体被相对于（多个）激光模块移动。此外，打印系统可包括具有不同工作平面的激光模块。后者可通过相对于参考表面将激光模块放置在不同的高度处和/或通过提供不同的光学元件来完成。不同的工作平面可对三维打印有利。替换地或另外，可以是（多个）激光模块可以相对于参考表面移动，该参考表面平行于相对于激光模块而言始终在限定距离处的工作平面。可将一个或多个激光模块的激光器阵列布置在垂直于工作平面中的物体的移动方向的列中。可使这些列相对于彼此被交错或级联，使得激光器阵列的第一列的第一激光器阵列被适配成照射物体的第一区域，并且激光器阵列的第二列的第二激光器阵列被适配成照射物体的第二区域，其中第一区域邻近于第二区域，使得使能实现物体的连续照射。激光器阵列的图像可如上文所讨论的那样部分地重叠。激光器阵列可以是矩形的，矩形的长边被平行于工作平面中的物体的移动方向布置。此布置通过每像素提供更多的半导体激光器而允许每像素更高的总功率，而不降低在垂直于物体的移动方向的横向方向上的分辨率。激光打印系统可包括两个、三个、四个或大量激光模块。使用大量激光模块可使得能够实现较大的打印区域。此外，可通过每激光模块使用例如一个成像透镜来避免复杂的光学元件。可将激光模块布置在垂直于工作平面中的物体的移动方向的列中。可使这些列相对于彼此被交错或级联，使得激光模块的第一列的第一激光模块被适配成照射物体的第一区域，并且激光模块的第二列的第二激光模块被适配成照射物体的第二区域，其中第一区域邻近于第二区域，使得使能实现物体的连续照射。可以激光模块的一个列中的激光模块之间的距离被最小化的方式来布置激光模块的列数。模块直径和阵列的图像宽度可确定所需的列的数目，以便借助于激光模块而使得能够实现物体的区域覆盖照射。模块的直径相对于阵列布置的图像宽度越大，可能需要越多的列。每个激光模块的激光器阵列可以以细长布置来布置，该细长布置的长边被垂直于工作平面中的物体的移动方向布置。每个激光模块可包括与工作平面中的物体的移动方向垂直的例如两个、三个或更多列的激光器阵列。每列的阵列数目可超过列的数目。此布置可使得能够借助于单个阵列的相对简单的驱动方案来实现物体的均匀照射，尤其是如果激光打印系统包括超过一个激光模块的话。物体的每个区域单元在这种情况下可仅被一个专用激光器阵列照射，其中相邻激光器阵列照射相邻像素。可适配工作平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于照射在工作平面（180）中相对于激光打印系统（100）的激光模块移动的物体的激光打印系统（100），该激光模块包括半导体激光器（115）的至少两个激光器阵列（110）和至少一个光学元件（170），其中所述光学元件（170）被适配成对由激光器阵列（110）发射的激光进行成像，使得一个激光器阵列（110）的半导体激光器（115）的激光被成像到激光打印系统（100）的工作平面（180）中的一个像素并且像素的区域单元被借助于至少两个半导体激光器（115）进行照射，其中所述光学元件（170）被以这样的方式布置：光学元件（170）相对于工作平面（180）的物体平面（150）不与半导体激光器（115）的平面重合，使得由相邻半导体激光器（115）发射的激光的圆锥体在物体平面（150）中重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 EP 13197751.41.一种用于照射在工作平面（180）中相对于激光打印系统（100）的激光模块移动的物体的激光打印系统（100），该激光模块包括半导体激光器（115）的至少两个激光器阵列（110）和至少一个光学元件（170），其中所述光学元件（170）被适配成对由激光器阵列（110）发射的激光进行成像，使得一个激光器阵列（110）的半导体激光器（115）的激光被成像到激光打印系统（100）的工作平面（180）中的一个像素并且像素的区域单元被借助于至少两个半导体激光器（115）进行照射，其中所述光学元件（170）被以这样的方式布置：光学元件（170）相对于工作平面（180）的物体平面（150）不与半导体激光器（115）的平面重合，使得由相邻半导体激光器（115）发射的激光的圆锥体在物体平面（150）中重叠。2.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），其中所述激光模块包括三个、四个或大量激光器阵列（110）。3.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），其中所述光学元件（170）包括被适配成将激光器阵列（110）的激光成像到工作平面（180）的一个透镜。4.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），其中所述光学元件（170）被适配使得激光器阵列（110）的图像在工作平面（180）中重叠。5.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），其中激光模块的激光器阵列（110）被布置在垂直于工作平面（180）中的物体的移动方向（250）的列中，所述列相对于彼此交错，使得激光器阵列（110）的第一列的第一激光器阵列（110）被适配成照射物体的第一区域并且激光器阵列（110）的第二列的第二激光器阵列（110）被适配成照射物体的第二区域，其中第一区域邻近于第二区域，使得使能实现物体的连续照射。6.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），其中所述激光器阵列（110）是矩形的，矩形的长边被平行于工作平面（180）中的物体的移动方向（250）布置。7.根据权利要求1所述的激光打印系统（100），包括两个、三个、四个或大量激光模块。8.根据权利要求7所述的激光打印系统（100），其中激光模块被布置在垂直于工作平面（180）中的物体的移动方向（250）的列中，所述列相对于彼此交错，使得激光模块的第一列的第一激光模块被适配成照...

【专利技术属性】
技术研发人员：RG康拉德斯，S格龙恩博恩，G赫斯勒，H梅恩奇，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL