一种可编辑矩阵光纤的3D打印装置与方法与流程

本发明涉及3d打印，特别是涉及一种可编辑矩阵光纤的3d打印装置与方法。

背景技术：

1、现有的激光3d打印技术为：以高能激光束作为输入热源，对惰性气体填充的成形腔内的金属粉末进行选区烧结，从而将金属粉末烧结成指定形状的切片，当一层切片被烧结成型后，在该层切片上铺匀新的一层金属粉末，并进行下一层金属粉末的烧结成型，由此逐层堆积形成所需的三维结构。具体而言：在金属3d打印过程中，首先将待打印的三维模型进行切片处理，得到一系列二维切片数据；随后将切片数据导入至控制系统，控制粉末均匀的铺平在3d成形室表面，通过高斯激光束逐道选区扫描粉末完成对于指定区域的烧结成型，经过逐层堆叠直至形成完整的三维实体。

2、现有技术均采用单个高斯光束，但其光束直径（光束直径通常小于100um）较小，通过这种较小光束直径的激光器对金属粉末的相应形状区域进行逐道扫描烧结，其成型速度较慢效率偏低。现有技术多通过增加高斯激光束个数达到提高成型效率的目的，但简单的通过堆叠激光光束个数无法大幅提高金属3d打印成型效率。

3、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是在激光3d打印中，如何提高对相应金属粉末的烧结成型效率。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种可编辑矩阵光纤的3d打印装置，包括：多光纤耦合激光器1、传输模块2和3d成型腔体3，其中：

4、所述多光纤耦合激光器1中包括多个子激光器，所有所述子激光器阵列排布；

5、所述多光纤耦合激光器1、所述传输模块2和所述3d成型腔体3依次沿光路设置；

6、所述多光纤耦合激光器1用于根据需要烧结的切片形状，开启相应位置的子激光器，以输出相应形状的激光束；所述传输模块2用于将所述相应形状的激光束进行预处理并传输至所述3d成型腔体3中；所述3d成型腔体3用于承载金属粉末，所述相应形状的激光束打在所述金属粉末上将所述金属粉末烧结成所述切片形状。

7、优选的，所述传输模块2包括沿光路方向依次设置的微透镜阵列镜片21、准直透镜22和聚焦透镜23；

8、所述微透镜阵列镜片21用于对所述多光纤耦合激光器1输出的激光束进行匀化处理，所述准直透镜22用于对所述激光束进行准直处理，所述聚焦透镜23用于对所述激光束进行聚焦处理。

9、优选的，所述传输模块2还包括：积分镜组24，其中：

10、所述积分镜组24沿所述光路方向设置在所述聚焦透镜23之后；

11、所述积分镜组24包括多个子积分镜，所有所述子积分镜阵列排布；每个所述子积分镜用于单独控制作为反射镜或者透射镜；当子积分镜作为反射镜时，使得经过自身的激光束被反射至所述3d成型腔体3；当子积分镜作为透射镜时，使得经过自身的激光束被透射至预设位置；通过控制积分镜组24中相应位置的子积分镜的作为反射镜或者透射镜，从而将预处理后的相应形状的面形光反射至所述3d成型腔体3。

12、优选的，所述传输模块2还包括吸光装置25，所述吸光装置25设置于所述预设位置；

13、所述吸光装置25用于接收被所述积分镜组24透射的激光束，并根据接收到的激光束测量激光束对应的能量密度。

14、优选的，所述可编辑矩阵光纤的3d打印装置还包括水冷模块4，所述水冷模块4分别同所述多光纤耦合激光器1以及所述传输模块2相接，所述水冷模块4用于对所述多光纤耦合激光器1以及所述传输模块2进行冷却。

15、优选的，所述可编辑矩阵光纤的3d打印装置还包括控制模块5，所述控制模块5分别同所述多光纤耦合激光器1、所述传输模块2、所述3d成型腔体3和所述水冷模块4相连；所述控制模块5用于对所述多光纤耦合激光器1、所述传输模块2、所述3d成型腔体3和所述水冷模块4进行相应控制。

16、第二方面，一种可编辑矩阵光纤的3d打印方法，用于应用在所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置上，包括：

17、将需要打印的三维模型进行切片处理，得到多个不同的切片数据，根据所述切片数据得到所述切片形状；

18、根据所述切片形状得到所述多光纤耦合激光器1中所有需要开启的子激光器；

19、将金属粉末置于所述3d成型腔体3中；

20、将所述多光纤耦合激光器1中所有需要开启的子激光器打开，以输出相应形状的激光束，所述传输模块2将所述激光束进行预处理并传输至所述3d成型腔体3中；

21、进行预处理后的所述相应形状的激光束将所述金属粉末烧结成相应的切片形状。

22、优选的，所述传输模块2将所述激光束进行预处理并传输至所述3d成型腔体3中，具体包括：

23、根据所述切片形状设置所述传输模块2中的积分镜组24的调控配置；

24、根据所述调控配置将所述积分镜组24中第一预设位置的子积分镜调整为反射镜，根据所述调控配置将所述积分镜组24中第二预设位置的子积分镜调整为透射镜；

25、配置为反射镜的子积分镜将激光束反射至所述3d成型腔体3中。

26、优选的，还包括：

27、配置为透射镜的子积分镜将激光束透射至吸光装置25；

28、通过所述吸光装置25对激光束进行检测得到能量密度；

29、根据所述能量密度对所述多光纤耦合激光器1的输入功率进行一轮或者多轮反馈调节，直至所述激光束的能量密度位于预设区间内。

30、优选的，所述根据所述能量密度对所述多光纤耦合激光器1的输入功率进行一轮或者多轮反馈调节，直至所述激光束的能量密度位于预设区间内，其中，每轮所述反馈调节具体包括：

31、通过所述吸光装置25检测得到当前激光束的能量密度，并将当前激光束的能量密度和所述预设区间进行对比；

32、当所述当前激光束的能量密度大于所述预设区间的最大值时，则将多光纤耦合激光器1的输入功率减小预设调节步进，并将调节后的多光纤耦合激光器1的输入功率代入至下一轮反馈调节中；当所述当前激光束的能量密度小于所述预设区间的最小值时，则将多光纤耦合激光器1的输入功率增大预设调节步进，并将调节后的多光纤耦合激光器1的输入功率代入至下一轮反馈调节中；

33、当所述当前激光束的能量密度位于预设区间内时，结束所述反馈调节。

34、本发明提供一种可编辑矩阵光纤的3d打印装置与方法，通过将多光纤耦合激光器1、所述传输模块2和所述3d成型腔体3依次沿光路设置，所述多光纤耦合激光器1中包括多个子激光器，所有所述子激光器阵列排布，所述多光纤耦合激光器1根据需要烧结的切片形状，对应开启相应位置和相应数量的子激光器并输出相应形状的激光束，激光束经过传输模块2传输至所述3d成型腔体3中，对3d成型腔体3中的金属粉末完成一次性烧结成型，得到相应的切片形状，极大的提高了3d打印成型效率。

1.一种可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，包括：多光纤耦合激光器（1）、传输模块（2）和3d成型腔体（3），其中：

2.根据权利要求1所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，所述传输模块（2）包括沿光路方向依次设置的微透镜阵列镜片（21）、准直透镜（22）和聚焦透镜（23）；

3.根据权利要求2所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，所述传输模块（2）还包括：积分镜组（24），其中：

4.根据权利要求3所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，所述传输模块（2）还包括吸光装置（25），所述吸光装置（25）设置于所述预设位置；

5.根据权利要求1所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，所述可编辑矩阵光纤的3d打印装置还包括水冷模块（4），所述水冷模块（4）分别同所述多光纤耦合激光器（1）以及所述传输模块（2）相贴合，所述水冷模块（4）用于对所述多光纤耦合激光器（1）以及所述传输模块（2）进行冷却。

6.根据权利要求1所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置，其特征在于，所述可编辑矩阵光纤的3d打印装置还包括控制模块（5），所述控制模块（5）分别同所述多光纤耦合激光器（1）、所述传输模块（2）、所述3d成型腔体（3）和所述水冷模块（4）相连；所述控制模块（5）用于对所述多光纤耦合激光器（1）、所述传输模块（2）、所述3d成型腔体（3）和所述水冷模块（4）进行相应控制。

7.一种可编辑矩阵光纤的3d打印方法，用于应用在如权利要求1-6任一所述的可编辑矩阵光纤的3d打印装置上，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的可编辑矩阵光纤的3d打印方法，其特征在于，所述传输模块（2）将所述激光束进行预处理并传输至所述3d成型腔体（3）中，具体包括：

9.根据权利要求8所述的可编辑矩阵光纤的3d打印方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的可编辑矩阵光纤的3d打印方法，其特征在于，所述根据所述能量密度对所述多光纤耦合激光器（1）的输入功率进行一轮或者多轮反馈调节，直至所述激光束的能量密度位于预设区间内，其中，每轮所述反馈调节具体包括：