【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學領域，涉及一種激光光學系統，尤其涉及一種在3d打印中所使用的增減材光學系統及增減材成形方法。
技術介紹
1、超快激光一般是指脈沖寬度在10ps以內的激光。衡量超快激光器的重要技術指標，是脈沖寬度和單脈沖能量。隨著激光技術取得的顯著進步，超快激光器正向著脈寬減小，單脈沖能量上升的趨勢快速發展。雖然目前的超快激光技術已經能實現阿秒級脈沖寬度的激光輸出，然而在高功率、高脈沖能量場景下的脈沖壓縮模塊依然存在限制。為了實現低脈寬的壓縮，往往單一一級的脈寬壓縮已經無法滿足脈寬壓縮的效果，需要多級的脈寬壓縮才能實現高壓縮比的實現。常用的壓縮技術有兩種，一種為空芯光纖脈寬壓縮一種為多通腔脈寬壓縮技術。
2、目前有相關公開專利采用的方式為在傳統激光選區熔化成形(或激光粉末床熔融成形)裝備內安裝機械減材加工裝置，例如公開號是cn104493491a、cn106273440a以及cn113967737a等專利技術申請，但這些方式對目前工業化slm裝備改動極大，裝備復雜，造價極高，并且機加工的引入導致整體加工效率低下。同時，公開號是cn104923786a、cn113977087a、cn111992712a、cn111992879a和cn114535621a的專利申請以及授權公告號是cn205660160u和cn212598870u等技術專利中，公開了一類雙光路系統的方案，該方案通過兩套擴束準直鏡、掃描振鏡、f-theta場鏡將兩束激光引入成形區域，該方案由于存在兩套掃描振鏡及f-theta聚焦鏡，導致設備造價較高，兩束激
3、公開號是cn111992877a的專利技術申請中公開了一種雙工位的激光增減材復合制造裝置，其連續激光增材制造和激光減材位置為兩個工位，光路系統位置不變，通過平移成形缸實現工位切換，該方案導致相比于常規激光選區熔化成形(或激光粉末床熔融成形)裝備體積將擴大一倍，設備造價上升明顯，并且在成形過程中來回往復成形缸會導致成形效率低下，空間位置重合也有相當大的難度，特別是大載荷下。
4、公開號是cn114535610a的專利技術申請中公開了一種雙光束同步激光選區熔化成形裝置及方法，其采用合束鏡將高斯光束和平頂光束進行合束，以提高增材制造的效率，該專利并不涉及激光增減材技術方面；與之類似的是公開號是cn114643369a的專利技術申請中公開了一種雙光束復合增材制造的掃描方法，也不涉及激光減材及高精度成形方面。
5、公開號是cn115889820a的專利技術申請中和公開號是cn110977152a的專利技術申請中公開了一種將兩束激光合束的裝置及增材制造成形方法，合束后兩束光聚焦光斑尺寸不一致，且該專利不涉及激光增減材技術方面。
6、公開號是cn115026313a的專利技術申請中公開了一種依靠掃描振鏡第一片反射鏡調整兩束光軌跡重合的裝置及方法，實現了兩束光分時段可控的進行激光增材加工，但是該專利不涉及激光減材等方面。公開號是cn110587118a的專利技術申請中公開了一種雙光束可同時/分時段進入激光選區熔化裝備進行增/減材制造的裝置，該方案采用非常規的小曲率球面發射鏡和兩片平面反射鏡，實現了兩束光的反射光束位于同一直線上，但是該方案不易調控，無法保證兩束光在成形過程中的空間重合度，此外該專利也沒有公開激光減材的相關方案方法。授權公告號是cn206326260u的技術專利中公開了一種紅外激光、綠色激光進行激光增減材的裝置，該專利通過45°鏡高透1064nm紅外激光，高反532nm綠色激光實現雙波長激光共用一套光路系統實現紅外激光增材、綠色激光減材，但是該專利主要是針對零部件中中空懸垂結構的制造，并未提及激光高精度增減材方面。公開號是cn110369725a的專利技術申請中公開了一種激光復合增減材的裝置及方法，該裝置采用連續/超快激光復合的方式進行激光增減材加工，但是未提及光束切換方案即沒有給出具體的連續激光和超快脈沖激光的切換裝置結構。可見目前針對激光增材制造零部件表面質量差的解決方案中以復合機械減材加工、連續/超快激光復合方案，在雙光束切換方案中以雙光路和雙工位為主，未見單光路、連續/短脈沖和超短脈沖雙激光復合裝置及方法。公開號是cn117182120?a的專利技術申請中公開了一種光路切換的方案達到了增減材的方案。切換過程中，依舊會存在雙光路之間的重復精度的問題，長時間使用之后會導致增減材掃描區域不重合的問題。
7、然而，在增減材過程中，無論是切換光路以及多工位下，多會存在粉末加工過程中到達窗口玻璃上，而在使用激光加工增減材過程中，均未考慮到粉末濺射到窗口玻璃上會導致加工異常的問題。
技術實現思路
1、為了解決
技術介紹
中存在的上述技術問題，本專利技術提供了一種可確保增減材加工順利進行、確保成形質量以及提高成形效率的增減材光學系統及增減材成形方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種增減材光學系統，其特征在于：所述增減材光學系統包括成形光產生裝置、3d振鏡組、視覺監測器以及窗口玻璃；所述成形光產生裝置產生成形激光；所述3d振鏡組以及窗口玻璃自前而后依次設置在成形激光所在光路上；所述視覺監測器的監測視野覆蓋窗口玻璃；所述成形激光穿過窗口玻璃后入射至增減材工作面。
4、上述成形光產生裝置包括長脈沖激光器、超快激光器、第一反射鏡以及合束鏡；所述長脈沖激光器出射長脈沖激光；所述超快激光器出射超快脈沖激光；所述第一反射鏡置于長脈沖激光所在光路上；所述超快脈沖激光以及經第一反射鏡反射后的長脈沖激光共同入射至合束鏡并經合束鏡后形成成形激光。
5、上述成形光產生裝置還包括第二反射鏡以及第三反射鏡；所述第一反射鏡以及第二反射鏡自前而后依次設置在長脈沖激光所在光路上；所述第三反射鏡設置超快脈沖激光所在光路上；所述長脈沖激光依次經第一反射鏡反射以及經第二反射鏡反射后入射至合束鏡上；所述超快脈沖激光經第三反射鏡反射后入射至合束鏡上。
6、上述長脈沖激光的波長是1064nm或532nm；所述超快脈沖激光的波長是1030nm或515nm。
7、上述3d振鏡組包括第一移動鏡片、第一透光鏡以及第二移動鏡片；所述第一移動鏡片、第一透光鏡、第二移動鏡片以及窗口玻璃自前而后依次設置在成形激光所在光路上。
8、上述3d振鏡組還包括第一驅動件，所述第一驅動件與第一移動鏡片相連并驅動第一移動鏡片沿成形激光所在光軸自如移動；所述第一驅動件是音圈電機或直線電機。
9、上述3d振鏡組還包括第二驅動件；所述第二驅動件與第二移動鏡片相連并驅動第二移動鏡片沿成形激光所在光軸自如移動；所述第二驅動件是直線電機或音圈電機。
10、上述3d振鏡組還包括3d振鏡組還包括第二透光鏡、第五反射鏡以及第四反射鏡；所述第一移動鏡片、第一透光鏡、第二移動鏡片、第二透光鏡、第四反射鏡、第五反射鏡以及窗口玻璃自前而后依次設置在成形激光所在光路上；從窗口玻璃透射的可見光依次本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種增減材光學系統，其特征在于：所述增減材光學系統包括成形光產生裝置、3D振鏡組、視覺監測器(11)以及窗口玻璃(14)；所述成形光產生裝置產生成形激光；所述3D振鏡組以及窗口玻璃(14)自前而后依次設置在成形激光所在光路上；所述視覺監測器(11)的監測視野覆蓋窗口玻璃(14)；所述成形激光穿過窗口玻璃(14)后入射至增減材工作面(15)。
2.根據權利要求1所述的增減材光學系統，其特征在于：所述成形光產生裝置包括長脈沖激光器(1)、超快激光器(2)、第一反射鏡(3)以及合束鏡(6)；所述長脈沖激光器(1)出射長脈沖激光；所述超快激光器(2)出射超快脈沖激光；所述第一反射鏡(3)置于長脈沖激光所在光路上；所述超快脈沖激光以及經第一反射鏡(3)反射后的長脈沖激光共同入射至合束鏡(6)并經合束鏡(6)后形成成形激光。
3.根據權利要求2所述的增減材光學系統，其特征在于：所述成形光產生裝置還包括第二反射鏡(4)以及第三反射鏡(5)；所述第一反射鏡(3)以及第二反射鏡(4)自前而后依次設置在長脈沖激光所在光路上；所述第三反射鏡(5)設置超快脈沖激光所在光路上；
4.根據權利要求3所述的增減材光學系統，其特征在于：所述長脈沖激光的波長是1064nm或532nm；所述超快脈沖激光的波長是1030nm或515nm。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的增減材光學系統，其特征在于：所述3D振鏡組包括第一移動鏡片(7)、第一透光鏡(8)以及第二移動鏡片(9)；所述第一移動鏡片(7)、第一透光鏡(8)、第二移動鏡片(9)以及窗口玻璃(14)自前而后依次設置在成形激光所在光路上。
6.根據權利要求5所述的增減材光學系統，其特征在于：所述3D振鏡組還包括第一驅動件，所述第一驅動件與第一移動鏡片(7)相連并驅動第一移動鏡片(7)沿成形激光所在光軸自如移動；所述第一驅動件是音圈電機或直線電機。
7.根據權利要求6所述的增減材光學系統，其特征在于：所述3D振鏡組還包括第二驅動件；所述第二驅動件與第二移動鏡片(9)相連并驅動第二移動鏡片(9)沿成形激光所在光軸自如移動；所述第二驅動件是直線電機或音圈電機。
8.根據權利要求7所述的增減材光學系統，其特征在于：所述3D振鏡組還包括3D振鏡組還包括第二透光鏡(10)、第五反射鏡(12)以及第四反射鏡(13)；所述第一移動鏡片(7)、第一透光鏡(8)、第二移動鏡片(9)、第二透光鏡(10)、第四反射鏡(13)、第五反射鏡(12)以及窗口玻璃(14)自前而后依次設置在成形激光所在光路上；從窗口玻璃(14)透射的可見光依次經第五反射鏡(12)、第四反射鏡(13)以及第二透光鏡(10)反射后入射至視覺監測器(11)上。
9.根據權利要求8所述的增減材光學系統，其特征在于：所述第一移動鏡片(7)以及第二移動鏡片(9)均是液態鏡片。
10.一種基于如權利要求1-9任一項所述的增減材光學系統的增減材成形方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種增減材光學系統，其特征在于：所述增減材光學系統包括成形光產生裝置、3d振鏡組、視覺監測器(11)以及窗口玻璃(14)；所述成形光產生裝置產生成形激光；所述3d振鏡組以及窗口玻璃(14)自前而后依次設置在成形激光所在光路上；所述視覺監測器(11)的監測視野覆蓋窗口玻璃(14)；所述成形激光穿過窗口玻璃(14)后入射至增減材工作面(15)。
2.根據權利要求1所述的增減材光學系統，其特征在于：所述成形光產生裝置包括長脈沖激光器(1)、超快激光器(2)、第一反射鏡(3)以及合束鏡(6)；所述長脈沖激光器(1)出射長脈沖激光；所述超快激光器(2)出射超快脈沖激光；所述第一反射鏡(3)置于長脈沖激光所在光路上；所述超快脈沖激光以及經第一反射鏡(3)反射后的長脈沖激光共同入射至合束鏡(6)并經合束鏡(6)后形成成形激光。
3.根據權利要求2所述的增減材光學系統，其特征在于：所述成形光產生裝置還包括第二反射鏡(4)以及第三反射鏡(5)；所述第一反射鏡(3)以及第二反射鏡(4)自前而后依次設置在長脈沖激光所在光路上；所述第三反射鏡(5)設置超快脈沖激光所在光路上；所述長脈沖激光依次經第一反射鏡(3)反射以及經第二反射鏡(4)反射后入射至合束鏡(6)上；所述超快脈沖激光經第三反射鏡(5)反射后入射至合束鏡(6)上。
4.根據權利要求3所述的增減材光學系統，其特征在于：所述長脈沖激光的波長是1064nm或532nm；所述超快脈沖激光的波長是1030nm或515nm。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的增減材光學系統，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林喜泓，王自，段藝華，
申請(專利權)人：西安中科微精光子科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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