激光打印系统技术方案

公开了激光打印系统。本发明专利技术描述了激光打印系统，其用于照明工作面中相对于激光打印系统的激光器模块移动的对象，激光器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，光学元件适于成像由激光器阵列发射的激光，使得一个激光器阵列的半导体激光器的激光被成像到工作面中的一个像素，其中激光打印系统是用于叠加式制造的3D打印系统，设置了被布置在垂直于工作面中对象的移动方向的列中的两个、三个、四个或更多个激光器模块，列相对于彼此交错，使得激光器模块的第一列的第一激光器模块适于照明对象的第一区域并且激光器模块的第二列的第二激光器模块适于照明对象的第二区域，其中第一区域与第二区域相邻使得能够连续照明对象。

【技术实现步骤摘要】
激光打印系统本申请是申请号为201480068452.1，申请日为2014年12月16日，题为“激光打印系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及激光打印系统和激光打印的方法，即，在3D打印领域，利用用于叠加式制造(additivemanufacturing)的激光器例如用于快速成型。本专利技术不是指诸如文档的打印之类的2D打印。
技术介绍
选择性激光熔化机器包括单个高功率激光器和在待被照明的区域上扫描激光的扫描仪。在这种机器中，激光器和扫描仪被布置在处理室的外部并且激光可以穿过入口窗到包含构建区域的处理室中。为了加快处理速度，期望使打印头具有若干个独立的通道，即，覆盖相当部分区域的可寻址的激光器阵列。优选地，打印头覆盖要用每像素一个可寻址激光光源进行打印的区域的整个宽度，使得打印头只需要在一个方向上移动。这种可寻址阵列的可靠性和服务成本会成问题。美国2005/0151828A1公开了用于静电印刷激光打印的设备。静电印刷打印系统具有包括多个微光学发光阵列的激光打印条成像器组件。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利用微光学元件来聚焦。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供改进的激光打印系统和相应的激光打印的方法。根据第一方面，提供了一种激光打印系统，该激光打印系统用于照明工作面中相对于激光打印系统的激光器模块移动的对象。激光器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。光学元件适于成像由激光器阵列发射的激光，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面中的一个像素。优选地，像素的区域元件利用至少两个半导体激光器来照明。已知激光打印系统或者使用单个高功率激光器或者使用激光器阵列。例如，在高功率激光器的情况下，可以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，优选地使用垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。VCSEL阵列可以容易地在基于晶圆的工艺中制造，但是通常比边缘发射半导体激光器发射的功率小。这些已知激光打印系统的光学系统将每个半导体激光器的发光层投影或聚焦到工作面。与这种方法对照，本专利技术的优选实施例提出利用光学元件将至少两个激光器阵列成像到工作面中的两个像素。激光器阵列的图像不包括半导体激光器的发光层的清晰图像。利用其中一个激光器阵列的至少两个激光器发射的光照明像素的每个区域元件，使得没有只利用一个单个半导体激光器照明的区域元件。优选地，一个激光器阵列的三个、四个或更多个半导体激光器同时照明像素的一个区域元件。甚至可以两个激光器阵列被同时成像到同一像素。因此，通过利用每像素的区域元件的多个半导体激光器可以向工作面提供更高的强度。阵列的多个半导体激光器的扩散图像在工作面中形成像素。由于每个单个半导体激光器利用光学能量对工作面中的对象的照明或能量输入的相对低的贡献，因此该激光打印系统会更可靠。激光器阵列的单个半导体激光器的故障确实因此不会导致激光打印系统的故障。激光器模块可以相对于激光打印系统移动(扫描)和/或对象可以相对于激光打印系统移动。对象可以是能够利用激光打印系统来烧结的粉末层。优选地，可以只有对象被移动。可以使得激光打印系统利用一个、两个、三个、四个或更多个激光器模块来照明垂直于对象的宽度移动的对象的整个宽度。半导体激光器可以是边缘发射半导体激光器，但是由于较低的成本，VCSEL阵列可能是优选的。光学元件可以以光学元件相对于工作面的物面不与半导体激光器的面重合的方式来布置，使得由相邻半导体激光器发射的激光的锥体在物面中重叠。激光器阵列的半导体激光器的面利用半导体激光器的发光层来限定。发光层包括半导体激光器的光学腔，光学腔包括激活层和对应的谐振器反射镜。光学元件可以是单个成像透镜或限定相对于工作面的物面的更复杂的成像光学器件。物面相对于激光器阵列的半导体激光器的发光层的布置可以引起发光层在工作面中的扩散重叠图像。因此，在工作面中的能量分布与半导体层的每个发光层到工作面的投影相比会更均匀。此外，光学元件可以如每激光器模块一个投影透镜那样简单，但是也可以使用更复杂的透镜组合，以便提高工作面和激光器模块之间的距离。为了提供每个发光层的清晰投影，可以不需要微透镜阵列。激光打印系统的一个或多个激光器模块优选地包括三个、四个或更多个激光器阵列。单个激光器阵列可以成像到工作面中的一个像素。像素可以彼此相邻，使得一个激光器阵列的发射的光功率的一部分与由另一个激光器阵列发射的光功率重叠。甚至可以是二个、三个或更多个激光器阵列可以映射到工作面中的同一像素。光学元件可以包括微光学元件的阵列，该微光学元件的阵列可以例如将激光器模块的例如两个相邻阵列的激光成像到工作面中的一个像素。在这种情况下，两个或更多个阵列可以被成像到一个像素。可替代地或附加地，可以是由不同的激光器阵列发射的激光可以在不同时间照明对象表面的同一部分。后者意味着第一阵列的光可以在时间t1照明对象的限定表面，并且第二阵列的光可以在比t1晚的时间t2照明对象的限定表面，其中对象相对于(一个或多个)激光器模块移动。此外，打印系统可以包括具有不同工作面的激光器模块。后者可以通过在相对于参考表面的不同高度处放置激光器模块和/或通过提供不同的光学元件来完成。不同的工作面对于三维打印会是有利的。可替代地或附加地，可以是(一个或多个)激光器模块可以相对于与工作面平行的参考表面移动，其中工作面始终在相对于激光器模块的限定距离处。一个或多个激光器模块的激光器阵列可以被布置在垂直于工作面中对象的移动方向的列中。列可以相对于彼此交错或级联，使得激光器阵列的第一列的第一激光器阵列适于照明对象的第一区域并且激光器阵列的第二列的第二激光器阵列适于照明对象的第二区域，其中第一区域与第二区域相邻，使得能够连续照明对象。激光器阵列的图像如以上所讨论的可以部分重叠。激光器阵列可以是矩形的，其中矩形的长边布置为与工作面中对象的移动方向平行。这种布置通过提供每像素更多的半导体激光器允许每像素更高的总功率，而不会降低在垂直于对象移动方向的横向方向上的分辨率。根据本专利技术，激光打印系统包括两个、三个、四个或更多个激光器模块。利用多个激光器模块可以使得较大的打印区域成为可能。此外，复杂的光学元件可以通过利用例如每激光器模块一个成像透镜来避免。此外，激光器模块被布置在垂直于工作面中对象移动方向的列中。列相对于彼此交错或级联，使得激光器模块的第一列的第一激光器模块适于照明对象的第一区域并且激光器模块的第二列的第二激光器模块适于照明对象的第二区域，其中第一区域与第二区域相邻，使得能够连续照明对象。激光器模块的列数可以以激光器模块的一列中的激光器模块之间的距离被最小化的方式来布置。模块直径和阵列的图像的宽度可以确定为了使得利用激光器模块覆盖对象的照明的区域成为可能所需的列数。模块的直径相对于阵列布置的图像的宽度越大，所需要的列会更多。每个激光器模块的激光器阵列可以以细长的布置来布置，其中细长布置的长边被布置为垂直于工作面中对象的移动方向。每个激光器模块可以包括例如垂直于工作面中对象移动方向的两列、三列或更多列激光器阵列。每列的阵列数可以超过列数。尤其如果激光打印系统包括多于一个激光器模块时，这种布置可以利用单个阵列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光打印系统(100)，用于照明在工作面(180)中相对于激光打印系统(100)的激光器模块移动的对象，激光器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)，其中光学元件(170)适于成像由激光器阵列(110)发射的激光，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)的工作面(180)中的一个像素，以及其中激光打印系统是用于叠加式制造的3D打印系统，该3D打印系统包括：处理室(300)，处理室包括用于材料层的支撑部，其中激光器模块被布置在处理室中，并且其中，保护设备(750)被布置在激光器模块的面向支撑部的一侧。

【技术特征摘要】
2013.12.17 EP 13197751.41.一种激光打印系统(100)，用于照明在工作面(180)中相对于激光打印系统(100)的激光器模块移动的对象，激光器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)，其中光学元件(170)适于成像由激光器阵列(110)发射的激光，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)的工作面(180)中的一个像素，以及其中激光打印系统是用于叠加式制造的3D打印系统，该3D打印系统包括：处理室(300)，处理室包括用于材料层的支撑部，其中激光器模块被布置在处理室中，并且其中，保护设备(750)被布置在激光器模块的面向支撑部的一侧。2.如权利要求1所述的激光打印系统，其中设置了被布置在垂直于工作面(180)中对象的移动方向(250)的列中的两个、三个、四个或更多个激光器模块，以及其中列相对于彼此交错，使得激光器模块的第一列的第一激光器模块适于照明对象的第一区域并且激光器模块的第二列的第二激光器模块适于照明对象的第二区域，其中第一区域与第二区域相邻从而使得能够连续照明对象。3.如权利要求1或2所述的激光打印系统，其中设置有温度控制设备，该温度控制设备控制朝着支撑部取向的保护设备的至少表面的温度。4.如权利要求1至3中的一项所述的激光打印系统(100)，其中像素的区域元件是利用至少两个半导体激光器(115)来照明的。5.如权利要求1至4中的一项所述的激光打印系统(100)，其中光学元件(170)以以下方式布置：光学元件(170)的相对于工作面(180)的物面(150)不与半导体激光器(115)的面重合，使得由相邻半导体激光器(115)发射的激光的锥体在物面(150)中重叠。6.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器模块包括三个、四个或更多个激光器阵列(110)。7.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中光学元件(170)包括适于将激光器阵列(110)的激光成像到工作面(180)的一个透镜。8.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中光学元件(170)适于使得激光器阵列(110)的图像在工作面(180)中重叠。9.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器模块的激光器阵列(110)被布置在垂直于工作面(180)中对象的移动方向(250)的列中，列相对于彼此交错从而使得激光器阵列(110)的第一列的第一激光器阵列(110)适于照明对象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)适于照明对象的第二区域，其中第一区域与第二区域相邻从而使得能够连续照明对象。10.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器阵列(110)是矩形的，矩形的长边被布置为平行于工作面(180)中对象的移动方向(250)。11.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中多个列的激光器模块以以下方式布置：使得在激光器模块的一列中的激光器模块之间的距离被最小化。12.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中每个激光器模块的激光器阵列(110)被布置为细长布置，该细长布置的长边被布置为垂直于物面(180)中对象的移动方向(250)。13.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中每个激光器模块的激光器阵列(110)被布置为细长布置，该细长布置的长边被布置为相对于工作面(180)中对象的移动方向(250)垂直的方向倾斜。14.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中光学元件(170)被布置为在工作面(180)中缩小激光器阵列(110)的图像。15.如权利要求1至5中的一项所述的激光打印系统(100)，其中每个激光器阵列(110)包括微透镜阵列(175)，该微透镜阵列被布置为降低由半导体激光器(115)发射的激光的散度。16.如权利要求1至15中的一项所述的激光打印系统(100)，包括至少布置成彼此相邻的第一激光器模块和第二激光器模块，每个激光器模块包括至少两个激光器阵列(110)，其中第一激光器模块或第二激光器模块的两个激光器阵列(110)中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·马特斯，S·帕特尔诺斯特，G·坎茨勒，J·菲利皮，S·格洛恩博恩，G·荷斯勒，H·莫恩齐，R·科拉茨，
申请(专利权)人：EOS有限公司电镀光纤系统，
类型：发明
国别省市：德国,DE