用于三维打印的方法和装置制造方法及图纸

本公开总体上涉及用于三维打印的方法和装置。装置包括固定的工件台和适于将激光能引导到工件台上的不同位置的光学组件。光学组件包括强度控制机构、偏振机构、形状控制机构以及激光束转向机构中的一个或多个，所述激光束转向机构被配置成引导激光能朝向工件台。方法包括朝向工件台引导来自激光器的能量束同时调整能量束的方向、调整能量束的强度、调整能量束的形状或调整能量束的偏振。

Method and apparatus for three-dimensional printing

The present disclosure relates generally to methods and apparatus for three-dimensional printing. The apparatus includes a fixed workpiece table and an optical assembly adapted to guide the laser to different positions on the workpiece table. The optical assembly includes an intensity control mechanism, a polarization mechanism, a shape control mechanism, and one or more of the laser beam steering mechanisms that are configured to guide the laser toward the workpiece table. The method includes guiding the energy beam from the laser toward the work table, adjusting the direction of the energy beam, adjusting the strength of the energy beam, adjusting the shape of the energy beam or adjusting the polarization of the energy beam.

【技术实现步骤摘要】
用于三维打印的方法和装置
本公开的方面总体上涉及用于三维打印的方法和装置。
技术介绍
三维(3D)打印，也称为增材制造，是用于合成三维物体的各个过程中的任一过程。在3D打印中，在计算机控制下铺设连续的材料层。这些物体可以为几乎任何形状或几何结构，且从3D模型或其它电子数据源产生。3D打印的一个实例为选择性激光烧结。在选择性激光烧结中，激光被导向基材，且在通过基材吸收激光能量时，基材熔化。允许基材凝固，从而形成所需的形状或配置。材料熔化的能力强烈地依赖于激光的功率和强度。为了促进细小物体的制造，激光能必须局限于小的区域。此外，激光在材料界面处的光斑大小和激光的停留时间之间的关系为非线性的，进一步影响制造的精度。常规的方法试图通过将激光器固定在一个位置中且相对于激光器移动其上具有基材的载物台来克服上述问题。虽然这种方法消除了关于上述提及的制造精度的问题中的一些，但固定的激光器导致若干缺点。显著地，因为载物台必须相对于激光器前后移动，可以制造的工件的大小受限于载物台的大小以及能够供载物台移动的区域。此外，制造的速度受限于在3D打印操作期间载物台可以移动的速率。基于前文所述，需要用于3D打印的改进的方法和装置。
技术实现思路
本公开总体上涉及用于3D打印的方法和装置。该装置包括固定工件台和适于将激光能引导到工件台上的不同位置的光学组件。光学组件包括强度控制机构、偏振机构、形状控制机构以及激光束转向机构中的一个或多个，所述激光束转向机构被配置成将激光能引导向工件台。方法包括将来自激光器的能量束引导向工件台同时调整能量束的方向、调整能量束的强度、调整能量束的形状，或调整能量束的偏振。一方面，一种三维打印装置包括工件支撑件，其用于支撑其上的基材；激光器，其用于将激光能供应到基材；成像设备，其用于捕获基材的图像；控制器，其用于从成像设备接收图像数据；以及光学组件，其耦接到控制器并适于从其接收指令。光学组件包括形状控制机构；偏振机构；以及强度控制机构。另一方面，一种三维打印装置包括工件支撑件，其用于支撑其上的基材；激光器，其用于将激光能供应到基材；成像设备，其用于捕获基材的图像；控制器，其用于从成像设备接收图像数据；以及光学组件，其耦接到控制器并适于从其接收指令。光学组件包括激光束转向机构，其包括多个可致动镜；形状控制机构，其包括一个或多个可旋转的外壳，每个其中形成有圆形开口以用于容纳激光能；偏振机构，其包括一个或多个可旋转的偏振敏感元件；以及强度控制机构。另一方面，一种在3D打印操作期间调整激光器的方法包括：将来自打印源的激光能引导到固定工件支撑件上的基材；捕获激光能在基材上的撞击位置的图像；且向控制器提供所捕获的图像的图像数据。响应于控制器接收图像数据，指令从控制器提供到打印源以调整打印源的一个或多个参数；且调整打印源的一个或多个参数。附图说明为了可以详细理解以上叙述的本公开的特征的方式，以上简要总结的本公开的更具体的描述可参考各个方面，某些方面在附图中示出。然而，注意的是，附图仅示出示例性方面且因此不应被视为对其范围限制，且本公开可允许其它等效方面。图1是根据本公开的一方面的3D打印装置的示意性透视图。图2A是根据本公开的一方面的能量源的示意图。图2B是根据本公开的另一方面的能量源的示意图。图2C是根据本公开的另一方面的激光束转向机构的示意图。图3A是根据本公开的一方面的强度控制机构的示意图。图3B是根据本公开的一方面的形状控制机构的示意图。图3C是根据本公开的一方面的形状控制机构的图示的部分示意图。图4是用于3D打印过程期间调整激光能的方法的流程图。为了促进理解，在可能的情况下已经使用相同的标识号指定图中共用的相同元件。可设想，一方面的元件和特征可受益地并入其它方面而不需进一步叙述。具体实施方式本公开总体上涉及用于3D打印的方法和装置。一种装置包括固定工件台和用于将激光能引导到工件台上的不同位置的光学组件。光学组件包括强度控制机构、偏振机构、形状控制机构，以及激光束转向机构中的一个或多个，所述激光束转向机构被配置成引导激光能朝向工件台。方法包括将来自激光器的能量束导向工件台同时调整能量束的方向、调整能量束的强度、调整能量束的形状，或调整能量束的偏振。图1是根据本公开的一方面的3D打印装置100的示意性透视图。3D打印装置100包括工件支撑件102以及邻近工件支撑件102的一个或多个加料盒104a、104b(示出两个)。打印源106和诸如摄像机等成像设备108安置在工件支撑件102上方并朝向工件支撑件102引导。控制器110耦接到3D打印装置100的部件(包括打印源106和成像设备108)以促进3D打印操作期间对部件的控制。一个或多个加料盒104a、104b中的每个包括容器111，用于存储形成3D物体所使用的基材113。在一个实例中，基材113可包括金属或陶瓷中的一个或多个，诸如包括尼龙和聚苯乙烯的聚合物，金属诸如钢、钛或其它合金，以及其它材料的陶瓷。基材113可为具有约20微米和约70微米之间的颗粒大小的粉末。一个或多个加料盒104a、104b包括通过致动器(未示出)垂直驱动的可致动底板112。底板112的致动提高加料盒104a、104b内的基材113的水平。对于升高位置中的基材113，进料辊114纵向(在X方向上)移动以将基材113从加料盒104a或104b推送或运送到工件支撑件102。工件支撑件102的上支撑表面适于垂直致动，例如向下，以容纳所传递的基材113，从而在传递基材113时维持工件支撑件102的上表面与加料盒104a、104b共面。此外，工件支撑件102的垂直致动使工件支撑件102的上表面维持在一致的位置处以促进3D物体的制造期间的一致性。在一个实例中，工件支撑件表面可以自从进料辊114的每一再加料递增地降低约0.002英寸至约0.008英寸。在操作期间，激光能115从打印源106引导到工件支撑件102。位于工件支撑件102上的基材通过激光能115选择性地熔化且被允许重新固化。打印源106适于引导激光能横跨工件支撑件102的整个表面，从而允许工件支撑件102在处理期间保持固定，且因此克服常规装置和技术的许多制造速度问题。成像设备108朝工件支撑件102引导并捕获工件支撑件102的图像以及激光能在工件支撑件102上的接触位置。来自成像设备108的数据传递到控制器110以促进工件支撑件102上的基材113的一致性处理。响应于从成像设备108接收数据，控制器110可对打印源106的参数做出一种或多种调整。虽然图1示出3D打印装置100的一方面，也设想其它方面。例如，可设想，3D打印装置100可包括不止一个成像设备108。此外，可设想，打印源106可安置在工件支撑件102上方并位于其中心，或可偏离中心安置。在打印源106偏离中心安置的方面，可设想，成像设备108可中心安置在工件支撑件上方。图2A是根据本公开的一方面的打印源206a的示意图。打印源206a类似于图1的打印源106，且可与图1的打印源106可交换地利用。打印源206a包括光学组件216和激光器217，诸如高功率二氧化碳激光器。可预期，激光器217的功率级可调整以适合不同成分的基材。在一个实例中，激光器217可具有约1瓦特至约10瓦特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印装置(100)，包括：工件支撑件(102)，用于支撑所述工件支撑件上的基材(113)；激光器(217)，用于将激光能(115)提供给所述基材；成像设备(108)，用于捕获所述基材的图像；控制器(110)，用于从所述成像设备接收图像数据；以及光学组件(216)，耦接到所述控制器并适于从所述控制器接收指令，所述光学组件包括：形状控制机构(350)；偏振机构(222)；以及强度控制机构(223)。

【技术特征摘要】
2015.11.25 US 14/952,0551.一种三维打印装置(100)，包括：工件支撑件(102)，用于支撑所述工件支撑件上的基材(113)；激光器(217)，用于将激光能(115)提供给所述基材；成像设备(108)，用于捕获所述基材的图像；控制器(110)，用于从所述成像设备接收图像数据；以及光学组件(216)，耦接到所述控制器并适于从所述控制器接收指令，所述光学组件包括：形状控制机构(350)；偏振机构(222)；以及强度控制机构(223)。2.根据权利要求1所述的三维打印装置，其中，所述三维打印装置的特征还在于以下中的至少一个：所述工件支撑件是固定的，以及响应于所述控制器接收的所述指令，能够调整所述形状控制机构、所述偏振机构以及所述强度控制机构。3.根据权利要求1所述的三维打印装置，其中，所述光学组件进一步包括激光束转向机构(220)，其中，所述激光束转向机构包括可旋转的两个反射镜(224、227)，且其中，所述两个反射镜绕垂直轴是可旋转的。4.根据权利要求3所述的三维打印装置，其中，所述激光束转向机构包括可控式电-倏逝光学折射器。5.根据权利要求1所述的三维打印装置，其中，所述偏振机构包括一个或多个可旋转的偏振敏感元件，且其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·卢西尔，杰弗里·H·亨特，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US