增材制造中的光学变焦制造技术

描述了光学组件及在增材制造系统中使用光学组件的方法。在一些实施方式中，增材制造系统可以包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成在构建表面上产生多个激光光斑；以及光学组件，该光学组件被配置成独立地控制构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸和多个激光光斑之间的间距。光学组件可以包括多个透镜阵列，其中，所述多个透镜阵列被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸，以及至少一个透镜。所述至少一个透镜也可以被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距。的多个激光光斑之间的间距。的多个激光光斑之间的间距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造中的光学变焦
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求2020年7月8日提交的美国临时申请第63/049,353号的优先权的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用全部并入本文。


[0003]公开的实施方式涉及用于增材制造的系统和方法。

技术介绍

[0004]粉末床熔融过程是增材制造过程的示例，其中通过在逐层过程中选择性地接合材料来形成三维形状。在金属粉末床熔融过程中，一个或更多个激光束在金属粉末薄层上方扫描。如果各个激光器参数诸如激光器功率、激光光斑尺寸和/或激光扫描速度在传送的能量足够熔化金属粉末的颗粒的状态下，则可以在构建表面上建立一个或更多个熔池。激光束沿预定轨迹扫描，使得凝固的熔池轨迹创建与三维打印零件的二维切片相对应的形状。在完成一层之后，粉末表面按限定距离索引，下一层粉末被散布到构建表面上，并且重复激光扫描过程。在许多应用中，可以设置层厚度和激光器功率密度，以提供底层的部分再熔化和连续层的熔融。多次重复层索引和扫描，直到制造出所期望的三维形状。

技术实现思路

[0005]在一些实施方式中，增材制造系统包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成产生多个激光以在构建表面上形成多个激光光斑；多个透镜阵列，所述多个透镜阵列被配置成调整构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸；以及至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成调整构建表面上的多个激光光斑之间的间距。
[0006]在一些实施方式中，增材制造系统包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成在构建表面上产生多个激光光斑；以及光学组件，该光学组件被配置成独立地控制构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸和多个激光光斑之间的间距。
[0007]在一些实施方式中，在增材制造系统中控制多个激光束的方法包括：发射多个激光束以在构建表面上形成多个激光光斑；独立地调整多个激光光斑中的每一个的光斑尺寸；以及独立地调整多个激光光斑之间的间距。
[0008]应当理解的是，由于本公开内容在这方面不受限制，因此上述构思以及下面讨论的另外构思可以以任何合适的组合布置。此外，当结合附图考虑时，本公开内容的其他优点和新颖特征将根据对各种非限制性实施方式的以下详细描述变得明显。
附图说明
[0009]附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以通过相似的标记来表示。为了清楚起见，不是每个部件都可以在每个附图中被标示。在附图中：
[0010]图1描绘了增材制造系统的一个实施方式；
[0011]图2描绘了增材制造系统的光学组件的一个实施方式；
[0012]图3A描绘了图2的光学组件，突出显示了不同的激光束截面；
[0013]图3B示出了图3A中指示的截面3B
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3B处的激光束的截面尺寸和间距；
[0014]图3C示出了图3A中指示的截面3C
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3C处的激光束的截面尺寸和间距；
[0015]图3D示出了在图3A中指示的截面3D
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3D处的激光束的截面尺寸和间距；
[0016]图3E示出了直线阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
[0017]图3F示出了矩形阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
[0018]图3G示出了错位阵列中的激光束的一个实施方式的截面；
[0019]图4描绘了具有光学器件的连续调整的微型光学组件的一个实施方式；
[0020]图5A描绘了在第一布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
[0021]图5B描绘了在第二布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
[0022]图5C描绘了在第三布置下具有光学器件的微型光学组件的一个实施方式；
[0023]图6描绘了宏观光学组件的一个实施方式；
[0024]图7描绘了具有光学器件的连续调整的宏观光学组件的一个实施方式；以及
[0025]图8描绘了具有光学器件的不连续调整的宏观光学组件的一个实施方式。
具体实施方式
[0026]在一些增材制造过程诸如粉末床熔融过程中，可能存在与控制多个不同打印参数的能力相关联的益处。例如，通常，不同的材料和/或构建的几何体可能受益于不同的加工轮廓。因此，改变由一个或更多个激光器向构建的一部分传送的功率密度和/或具有对激光平移速度和/或角度的控制可以实现允许在广泛范围的材料中制造复杂和/或精细的几何体的控制水平。
[0027]被配置成执行粉床熔融过程的一些增材制造机器可以包括多个单独的激光能量源和多个单独的激光束。在一些情况下，多激光器系统可以能够激活或停用单个激光器。一些多激光器系统可以使用户将来自所有激光器的功率作为单个参数来控制，对来自每个激光器的功率进行同时调整。一些多激光器系统可以实现对于每个单独的激光器的独立功率控制。选择性地打开或关闭单个激光器以及在一些情况下选择性地调整由每个单独的激光器传送的功率的能力可以实现某些打印功能。然而，对打印参数的甚至更好的控制可能是期望的。
[0028]本专利技术人已经认识并理解的是，在多激光器增材制造系统中独立控制构建表面上的激光束光斑的尺寸和间距二者的能力可能与某些益处相关联。通常，对激光束光斑的尺寸以及独立的激光束光斑之间的间距二者的选择性控制可能与对打印过程的更好控制相关联。如上所述，增材制造中使用的不同材料可以在许多方面不同，并且打印参数也可以被相应地调整。例如，仅举可能与打印过程有关的几个材料属性，不同的材料可以具有不同的熔化温度、不同的熔化热和/或不同的导电性。对激光束光斑尺寸和间距的独立控制可以扩展操作过程的窗口，这可以允许调整先前可能已被限制的其他参数。对打印参数的增加的控制可以实现非同质材料的加工以及/或者实现多材料打印。
[0029]在一些实施方式中，具有对激光束光斑尺寸和间距二者的独立控制的增材制造系
统可以包括具有两级的光学组件。第一级可以包括一个或更多个微型光学组件，以及第二级可以包括一个或更多个宏观光学组件。每个微型光学组件可以被配置成调整单个激光束的尺寸，并且每个激光束可以与单独的微型光学组件相关联。微型光学组件的输出可以被馈送至一个或更多个宏观光学组件(并且在一些情况下，单个宏观光学组件)中。宏观光学组件可以被配置成调整每个单独激光束的尺寸以及不同激光束之间的间距二者。在两个变量(即，光束尺寸和光束间距)和两个控制输入(即，对微型光学组件和宏观光学组件的控制)的情况下，光学组件的第一级和第二级可以被协同地调整，以实现对光束尺寸和光束间距的独立控制。
[0030]本专利技术人已经认识并理解的是，具有不同级的光学组件可以与许多优点相关联。这样的系统可以被配置成适应大范围的输入激光功率，从小至50W至大至1kW或更大。此外，多级光学组件可以被配置成跨大量的单独激光器扩展，可能得到具有成千上万个单独激光器的阵列。在微型光学组件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增材制造系统，包括：构建表面；多个激光能量源，所述多个激光能量源被配置成产生多个激光以在所述构建表面上形成多个激光光斑；多个透镜阵列，其中，所述多个透镜阵列被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑中的每一个的尺寸；以及至少一个透镜，其中，所述至少一个透镜被配置成调整所述构建表面上的所述多个激光光斑之间的间距。2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述至少一个透镜包括多个透镜。3.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，调整所述至少一个透镜的位置是调整焦平面的位置。4.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括至少一个致动器，所述至少一个致动器被配置成控制所述多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜的位置，以提供对所述构建表面上的所述多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。5.根据权利要求1所述的增材制造系统，还包括多个槽，每个槽被配置成容纳所述多个透镜阵列中的至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜，以将所述至少一个透镜阵列和/或所述至少一个透镜保持处于预定配置，从而提供对所述构建表面上的多个激光光斑的尺寸和/或间距的独立控制。6.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列中的至少两个透镜阵列之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。7.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列被配置成将中间像平面保持在所述多个透镜阵列和所述至少一个透镜之间的固定位置处。8.根据权利要求2所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜中的至少两个透镜之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑之间的间距。9.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列被定位成沿来自所述多个透镜的多个激光的光路在所述至少一个透镜之前。10.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列是多个小透镜阵列。11.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多个透镜阵列包括第一透镜阵列、第二透镜阵列以及第三透镜阵列。12.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第一透镜阵列被配置成使由所述多个激光能量源发射的多个激光束准直。13.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第二透镜阵列和所述第三透镜阵列形成双重透镜阵列。14.根据权利要求13所述的增材制造系统，其中，所述第一透镜阵列与所述双重透镜阵列之间的间距能够改变以调整中间像平面的位置。15.根据权利要求11所述的增材制造系统，其中，所述第二透镜阵列与所述第三透镜阵列之间的间距能够改变以调整所述构建表面上的多个激光光斑中的每一个的尺寸。16.一种增材制造系统，包括：构建表面；
多个激光能量源，...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：伏尔肯模型公司，
类型：发明
国别省市：