投影式激光加热系统和3D打印机技术方案

本发明专利技术公开一种投影式激光加热系统和3D打印机，其中投影式激光加热系统包括红外激光器、激光功率调节装置、分束镜组、投影组件和设有预热装置且用于铺设粉体材料的工作台；其中，激光功率调节装置包括第一旋转夹持组件、功率计和在同一方向上依次排布的第一半波片、偏振分光镜和扩束镜组；第一半波片安装在所述第一旋转夹持组件上；所述投影组件不少于两组且分别设于所述分束镜组的出射方向，每组投影组件均包括一DMD芯片；还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一旋转夹持组件和所述DMD芯片，且单独控制每个所述DMD芯片的投影形状和方向，以使每个所述DMD芯片投影到工作台上的形状相同且重合。本发明专利技术技术方案可以在3D打印中实现投影式激光加热。

Projection laser heating system and 3D printer

The invention discloses a projection laser heating system and a 3D printer, in which the projection laser heating system includes an infrared laser, a laser power regulating device, a beam splitter set, a projection assembly and a worktable with a preheating device and used for laying a powder material, in which the laser power regulating device includes a first rotating clamping group. A part, a power meter and a first half wave plate, polarization splitter and beam expanding mirror arranged in the same direction; the first half wave plate is mounted on the first rotating clamping unit, and the projection components are not less than two groups and are respectively located in the ejection direction of the beam splitter group, and each group of projective components includes a DMD chip; also included The control system controls the first rotating clamping component and the DMD chip, and controls the projection shape and direction of each of the DMD chips individually, so that each of the DMD chips is projected to the same shape and coincides with the worktable. The technical proposal of the invention can realize projection type laser heating in 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
投影式激光加热系统和3D打印机
本专利技术涉及3D打印领域，特别涉及一种投影式激光加热系统和3D打印机。
技术介绍
自1960年美国加州Hughes实验室的TheodoreMaiman实现了第一束激光之后，因激光自身的特性，使其在多个领域得到快速发展，至1990年激光应用于制造业，仅用了三十年时间。激光的引入为制造业带来了新生，传统制造业中难以处理的高精细加工问题都可以利用激光完美的解决。3D打印技术自1986美国科学家CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机之后的发展给制造业带来了一个新的方向，随着近些年的发展，可采用3D打印的产品越来越多，3D打印涉足的制作领域也越来越广泛。其中，DLP(DigitalLightProcessing)数字光处理技术应用到3D打印之后可以对液态光敏树脂进行3D成型的加工，DLP平面投影辐射可以使光敏树脂快速成型，打印速度快，但目前3D打印中使用的DLP投影技术只能针对光敏树脂进行冷加工处理，不能对材料进行加热，适用范围过窄，材料成本高昂；还有SLS(SelectedLaserSintering)激光选区烧结技术，3D打印的原料为粉末材料，对粉末材料进行点加热烧结，使其固化，需要将粉末材料加热至熔融状态，凝固冷却后取出。SLS技术在3D打印中可以适用多种原料，但是SLS技术是点式加热，路径扫描加热周期较长，制约3D打印的效率的提升。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种投影式激光加热系统，旨在解决现有DLP技术应用在3D打印系统中只能采用低功率输出，无法实现对材料进行加热处理的问题，同时解决目前激光束在3D打印系统中只能进行点线扫描加热、而无法实现对材料二维平面同时加热处理的问题。为实现上述目的，本专利技术提出的投影式激光加热系统，包括提供线形偏振光光源的红外激光器、用于调节红外激光器投影输出功率的激光功率调节装置、用于将经所述激光功率调节装置调节后的激光光束分成多束的分束镜组、用于将经分束镜分束后的激光光束进行投影的投影组件和设有预热装置且用于铺设粉体材料的工作台；其中，所述激光功率调节装置包括第一旋转夹持组件、功率计和在同一方向上依次排布的第一半波片、偏振分光镜和扩束镜组；所述第一半波片安装在所述第一旋转夹持组件上；所述功率计设在所述偏振分光镜的一侧；所述投影组件不少于两组；所述投影组件分别设于所述分束镜组的出射方向，且每组投影组件均包括一DMD芯片，每个所述DMD芯片均具有第一投影方向和第二投影方向；所述投影式激光加热系统还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一旋转夹持组件和所述DMD芯片，且单独控制每个所述DMD芯片的投影形状和方向，以使每个所述DMD芯片投影到工作台上的形状相同且重合。优选地，所述投影式激光加热系统还包括第二旋转夹持组件，所述偏振分光镜固定于所述第二旋转夹持组件，所述控制系统控制所述第二旋转夹持组件与所述第一旋转夹持组件配合，以控制所述DMD芯片的入射光的偏振方向平行于所述DMD芯片的微镜反射面。优选地，所述第一旋转夹持组件包括一级旋转夹持器和二级旋转夹持器；所述第一半波片固定在所述一级旋转夹持器上，所述一级旋转夹持器可转动的连接于所述二级旋转夹持器，并且，所述一级旋转夹持器的角分辨率大于所述二级旋转夹持器的角分辨率。优选地，每个所述DMD芯片在所述工作台上形成第一投影区域，每个所述第一投影区域重合。优选地，每组所述投影组件还均包括消光组件，且每组所述消光组件均对应设于每个所述DMD芯片的第二投影方向上。优选地，所述工作台具有围合的侧壁；所述消光组件包括贴设于所述侧壁的光吸收组件，和用于将所述第二投影方向的光束反射至所述光吸收组件的反光组件。优选地，每个所述DMD芯片上均设有散热装置，每个所述散热装置均包括液氮循环冷却管路和贴设于所述DMD芯片的导热块，每个所述导热块均开设有通孔，所述通孔连接所述液氮循环冷却管路。优选地，所述红外激光器为CO2脉冲激光器。本专利技术还提出一种3D打印机，包括投影式激光加热系统，所述投影式激光加热系统包括提供线形偏振光光源的红外激光器、用于调节红外激光器投影输出功率的激光功率调节装置、用于将经所述激光功率调节装置调节后的激光光束分成多束的分束镜组、用于将经分束镜分束后的激光光束进行投影的投影组件和设有预热装置且用于铺设粉体材料的的工作台；其中，所述激光功率调节装置包括第一旋转夹持组件、功率计和在第一方向上依次排布的第一半波片、偏振分光镜和扩束镜组；所述第一半波片安装在所述第一旋转夹持组件上；所述功率计设在所述偏振分光镜的一侧；所述投影组件不少于两组；所述投影组件分别设于所述分束镜组的出射方向，且每组投影组件均包括一DMD芯片，每个所述DMD芯片均具有第一投影方向和第二投影方向；所述投影式激光加热系统还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一旋转夹持组件和所述DMD芯片，且单独控制每个所述DMD芯片的投影形状和方向，以使每个所述DMD芯片投影到工作台上的形状相同且重合。本专利技术技术方案通过采用红外波段的激光器，降低DMD芯片的吸收率，和通过扩束镜组和分束镜组降低射到DMD芯片上的光功率密度，以降低DMD芯片的产热速率；同时通过多组投影组件在工作台上投影出相同且完全重合的形状和通过在工作台上设置预热装置，降低对激光光源功率的需求，使DMD芯片在投影用于加热待加工材料的激光时维持在可以正常工作的温度范围之内；从而在3D打印中实现投影式激光加热。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术投影式激光加热系统的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100红外激光器300投影组件200第一半波片301DMD芯片201第一旋转夹持组件302导热块202偏振分光镜400工作台203功率计401预热装置204扩束镜组500控制设备本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种投影式激光加热系统，其特征在于，包括：红外激光器，产生线形偏振光；激光功率调节装置，所述激光功率调节装置包括第一半波片、第一旋转夹持组件、偏振分光镜、功率计和扩束镜组；所述第一半波片安装于所述第一旋转夹持组件；所述第一半波片、偏振分光镜和扩束镜组在同一方向上依次排布；分束镜组，将经所述扩束镜组扩束的激光光束分成不少于两束；投影组件，所述投影组件不少于两组，分别设于两所述分束镜组的出射方向；每组所述投影组件均包括一具有第一投影方向和第二投影方向的DMD芯片；工作台，位于所述DMD芯片的第一投影方向，用于铺设粉体材料，且所述工作台还设有预热装置；控制系统，用于控制所述第一旋转夹持组件和所述DMD芯片；所述控制系统单独控制每个所述DMD芯片的投影形状和方向，以使每个所述DMD芯片投影到所述工作台上的形状相同并且重合。

【技术特征摘要】
1.一种投影式激光加热系统，其特征在于，包括：红外激光器，产生线形偏振光；激光功率调节装置，所述激光功率调节装置包括第一半波片、第一旋转夹持组件、偏振分光镜、功率计和扩束镜组；所述第一半波片安装于所述第一旋转夹持组件；所述第一半波片、偏振分光镜和扩束镜组在同一方向上依次排布；分束镜组，将经所述扩束镜组扩束的激光光束分成不少于两束；投影组件，所述投影组件不少于两组，分别设于两所述分束镜组的出射方向；每组所述投影组件均包括一具有第一投影方向和第二投影方向的DMD芯片；工作台，位于所述DMD芯片的第一投影方向，用于铺设粉体材料，且所述工作台还设有预热装置；控制系统，用于控制所述第一旋转夹持组件和所述DMD芯片；所述控制系统单独控制每个所述DMD芯片的投影形状和方向，以使每个所述DMD芯片投影到所述工作台上的形状相同并且重合。2.如权利要求1所述的投影式激光加热系统，其特征在于，所述投影式激光加热系统还包括第二旋转夹持组件，所述偏振分光镜固定于所述第二旋转夹持组件，所述控制系统控制所述第二旋转夹持组件与所述第一旋转夹持组件配合，以控制所述DMD芯片的入射光的偏振方向平行于所述DMD芯片的微镜反射面。3.如权利要求1所述的投影式激光加热系统，其特征在于，所述第一旋转夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴敏，刘业，蒋荣归，顾晓川，
申请(专利权)人：深圳升华三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44