激光打印系统的制作方法
【专利摘要】本发明描述了激光打印系统(100)，其用于照明工作面(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的至少两个激光器阵列和至少一个光学元件，其中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，并且其中激光打印系统是用于叠加式制造的3D打印系统并且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(c1，c2)中的两个、三个、四个或更多个激光器模块(201，202)，并且其中列相对于彼此交错，使得激光器模块的第一列(c1)的第一激光器模块(201)适于照明对象的第一区域(y1)并且激光器模块的第二列(c2)的第二激光器模块(202)适于照明对象的第二区域(y2)，其中第一区域(y1)与第二区域(y2)相邻，使得能够连续照明对象。
【专利说明】
激光打印系统
技术领域
[0001]本发明涉及激光打印系统和激光打印的方法，S卩，在3D打印领域，利用用于叠加式制造(additive manufacturing)的激光器例如用于快速成型。本发明不是指诸如文档的打印之类的2D打印。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]美国2005/0151828Al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。
【发明内容】
[0004]因此，本发明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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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) JCSEL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。
[0008]与这种方法对照，本发明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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011 ]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明对象的限定表面，并且第二阵列的光可以在比晚的时间^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。
[0012]—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。
[0013]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。
[0014]根据本发明，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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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相对简单驱动方案使得对象的均匀照明成为可能。对象的每个区域元件在这种情况下可以只由一个专用激光器阵列照明，其中相邻激光器阵列照明相邻的像素。工作面中对象的移动速度可以被调整，以便限定对象的每区域元件的总能量。
[0018]激光打印系统可以包括两个、三个、四个或更多个激光器模块，其中每个激光器模块的激光器阵列以细长布置来布置，以便使得激光打印系统的宽广工作区(打印宽度垂直于对象的移动方向)成为可能。
[0019]每个激光器模块的激光器阵列可以替代地以细长布置来布置，其中细长布置的长边被布置为相对于与工作面中对象移动方向垂直的方向倾斜或旋转。激光器模块围绕其中心的细长布置的限定倾斜角或旋转可以使得具有光滑斜坡的集成强度曲线成为可能，其也可以与相邻像素重叠，以提高总强度分布的均匀性，尤其如果像素相对于彼此稍微未对准时。后者减少了激光器阵列的对准工作，并且因此减少了激光器模块和激光打印系统的制造成本。未对准在极端情况下可以通过其中对象移动速度相对于校准对象的每时间能量输入和区域元件被确定的激光打印系统的附加校准操作来补偿。
[0020]可替代地，同一激光器模块或不同激光器模块的两个、三个或更多个激光器阵列可以被布置为照明对象的同一区域元件。激光器阵列可以被布置为随后照明该区域元件。到工作面中对象的区域元件的每时间能量输入可以被增加。这可以使得更高的对象速度并且因此更高的激光打印系统吞吐量成为可能。此外，关于激光器阵列的未对准和单个半导体激光器的故障的容差可以得到改进。不同阵列的驱动方案可以基于利用如上所述的校准对象的校准操作来调整。
[0021]激光器模块的光学元件可以被布置为缩小在工作面中的激光器阵列的图像。缩小可以使得更小的像素尺寸和更高的能量密度成为可能。每个激光器阵列还可以包括作为光学元件的一部分的微透镜阵列，微透镜阵列可以被布置为降低由半导体激光器发射的激光的散度。散度的减少可以用来在由物面中半导体激光器发射的激光的重叠和单个像素的尺寸之间寻找折衷。此外，激光器阵列和工作面之间的距离可以利用微透镜阵列来调整和/或光学元件(成像光学器件)可以被简化。
[0022]激光器阵列的密度可以独立于要利用激光打印系统来照明的对象区域而变化。后者可以使得在对象的限定部分的更高的功率密度成为可能。可替代地或附加地，可以调整阵列内半导体激光器的密度，使得例如可以在像素的边缘处提供更小或更大的强度。此外，可以裁减阵列的形状，以便提高工作面中的均匀度和/或创建限定的强度分布。阵列可以例如具有菱形、三角形、圆形、椭圆形、梯形或平行四边形的形状。
[0023]激光打印系统包括至少彼此相邻布置的第一激光器模块和第二激光器模块。每个激光器模块可以包括至少两个激光器阵列，其中第一激光器模块或第二激光器模块的这两个激光器阵列中的至少一个被布置为重叠的激光源，使得在操作中，工作面中同一区域元件可以被重叠的激光光源和布置为与包括该重叠激光光源的激光器模块相邻的激光器模块的激光器阵列照明。
[0024]重叠的激光光源被布置为补偿会在工作面中的对象上导致非期望照明间隙的激光器模块的潜在未对准。因此，重叠可以是部分重叠。
[0025]激光器阵列可以照明工作面中的每一个像素。被布置为重叠激光光源的激光器阵列可以被布置为与相邻激光器模块的激光器阵列照明同一像素或同一像素的一部分。这意味着这两个激光器阵列可以在同一时刻照明工作面中的同一区域元件。可替代地，重叠激光光源可以被布置为与相邻激光器模块的激光器阵列照明同一区域元件，但是在较晚或较早的时间。重叠激光光源的光可以例如在时间tl照明工作面中对象的一个区域元件，并且由于对象相对于激光器模块的移动，相邻激光器模块的激光器阵列可以在比tl晚的时间t2照明同一区域元件。相对移动可以由对象的移动、激光器模块的移动或对象和激光器模块的移动引起。提供给对象限定区域元件的总强度必须被调整，使得每区域元件基本上被提供与在不需要重叠激光光源的完全对齐的激光器模块的情况下相同的能量。每区域元件被提供的能量必须被调整，使得在对象中的缺陷得以避免。如果在被照明区域之间存在完美匹配，则只有重叠激光光源或相邻激光器模块的激光器阵列可以被使用。可替代地，这两者可以与调整的强度(例如50%的强度)一起使用，其中调整的强度可以适于对象相对于激光器模块的相对速度。如果在被照明区域元件之间没有完美的匹配(例如，由于未对准只有一半重叠)，则所提供的激光的调整会是重要的，以便避免提供太多或太少的能量。
[0026]如从属权利要求2至13中所描述的技术措施以及对应的描述可以与如上所述的重叠激光光源进行组合。
[0027]被提供给工作面中至少一个限定区域元件的总能量可以是使得基本上每区域元件被提供与在没有重叠激光光源的对准激光器模块的情况下相同的能量。
[0028]此外，被提供给工作面中至少一个限定区域元件的总能量可以是使得基本上每区域元件被提供与在由激光器阵列和对应的重叠激光光源对至少一个限定区域元件的照明之间没有时间偏移t2_tl的情况下相同的能量。
[0029]激光器阵列和/或对应的重叠激光光源的调整强度可以是使得工作面中在由激光器阵列的照明和由对应的限定区域元件的重叠光源的照明之间的时间的能量损失被补偿，其中工作面在时间11由激光器阵列照明并且在时间t2由重叠激光光源照明或反之亦然。
[0030]激光器阵列和/或对应的重叠激光光源的调整强度可以取决于用于3D打印的构建材料来选择。
[0031]在没有申明包括重叠激光光源的激光系统中，可以使用作为单个激光器的激光光源而不是如上所述的激光器阵列。如果适用的话，如在从属权利要求2至15中所描述的技术措施和对应的描述可以与包括单个激光器(而不是激光器阵列)的激光系统中的重叠激光光源进行组合。
[0032]—个像素可以被激光器阵列的多个半导体激光器同时照明并且半导体激光器的总数可以是使得小于半导体激光器预定数量的故障只在预定的容差值内减少激光器阵列的输出功率。这避免了关于半导体激光器的工作寿命的要求被不必要地增加。
[0033]激光器模块可以被配置为利用与激光器模块相关联的单个光学元件照明至少2个，更优选地4个、8个、16个、32个、64个或更多个像素。
[0034]与激光器模块相关联的光学元件可以具有从在两个相对侧被截断的圆形或旋转对称的轮廓获得的外轮廓，并且其中相对侧相对于彼此沿优选地在垂直于移动方向的方向上取向的轴对准。通过这样做，可以实现包括在移动方向上交错的多个模块的照明单元的紧凑设计。
[0035]可以提供以使用不用于照明的半导体激光器或激光器阵列向工作面提供热量的方式单独地控制半导体激光器或激光器阵列的控制设备。
[0036]不用于照明的半导体激光器或激光器阵列可以比用于照明的半导体激光器或激光器阵列利用更低的功率来操作。
[0037]—个激光器阵列的至少两个半导体激光器或一个激光器阵列的半导体激光器的至少两个子组可以是单独可寻址的，使得激光器阵列的输出功率可通过关闭一个或多个半导体激光器或半导体激光器的一个或多个子组来控制。这允许利用相应的激光器阵列执行各种功能，诸如使用激光器阵列用于加热而不会熔化或烧结构建材料，或者在重叠激光光源的情况下提供所需的强度。
[0038]形成阵列的多个半导体激光器可以被布置为使得阵列的外轮廓具有基本上多边形，优选地基本上六边形的形状。利用这种设计，阵列的强度分布基本上没有清晰的边缘。
[0039]根据仍然还有的方面，3D打印系统包括处理室，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优选地保护设备被布置在激光器模块的面向支撑部的一侧。
[0040]保护设备可以由至少一个对激光透明的板形成，优选地为至少一个玻璃板。保护设备可以保护光学元件和光源，并且使激光器模块避免蒸汽和浓缩物。
[0041]可以设置温度控制设备，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。
[0042]温度控制设备可以被配置为加热保护设备，使得从工作面中的材料到保护设备的热辐射被基本上防止并且尽可能好地防止热传输到照明单元中。
[0043]3D激光打印系统可以被配置为在对应于要利用激光器模块在每一层中形成的制品的横截面的位置处逐层地固化材料。
[0044]材料可以是粉末。
[0045]激光器模块形成照明单元并且照明单元可以被配置为跨工作面移动。
[0046]—个激光器阵列可以由单个半导体激光器组成，但是可以包括至少两个半导体激光器。
[0047]半导体激光器可以包括VCSEL(垂直腔表面发射激光器)和/或VECSEL(垂直外腔表面发射激光器)。
[0048]根据本发明还有的方面，提供了激光打印的方法。该方法包括步骤:
[0049]-在工作面中相对于激光器模块移动对象；
[0050]-利用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的激光器模块发射激光;及
[0051]利用光学元件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。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。
[0052]该方法可以使得工作面中更均匀的强度分布成为可能。
[0053]该方法可以包括垂直于与工作面平行的参考面移动(一个或多个)激光器模块的另一个步骤。垂直于参考面的移动使得彼此平行的不同工作面成为可能。
[0054]根据还有的方面，在该方法中使用的激光打印系统是用于叠加式制造的3D打印系统，并且使用了被布置在垂直于工作面中对象移动方向的列中的两个、三个、四个或更多个激光器模块，并且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，使得能够连续照明对象。
[0055]在该方法中，可以使用在由半导体激光器发出的辐射的影响下转变(例如熔化或烧结)的粉末材料。
[0056]该方法还可以包括跨工作区域移动照明单元的步骤。
[0057]应当理解，权利要求1的激光打印系统和权利要求33的方法具有类似和/或相同的实施例，尤其，如在从属权利要求中所定义的。
[0058]应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与各个独立权利要求的任意组合。尤其，该方法可以利用根据权利要求1至32中任何一项所述的激光打印系统来执行。
[0059]还有的有利的实施例在以下定义。
【附图说明】
[0060]参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚，并且本发明的这些和其它方面将参考下文所描述的实施例进行阐述。
[0061 ]现在将以示例的方式参考附图基于实施例来描述本发明。
[0062]在附图中:
[0063]图1示出了第一激光打印系统的原理草图。
[0064]图2示出了第一激光打印系统的一部分。
[0065]图3示出了第二激光打印系统的一部分的原理草图。
[0066]图4示出了在激光打印系统的激光器模块中的激光器阵列的布置的原理草图。
[0067]图5示出了激光打印系统的激光器模块的第一布置的原理草图。
[0068]图6示出了激光打印系统的激光器模块的第二布置的原理草图。
[0069]图7示出了在图6中示出的激光器模块的布置中每隔一个像素关闭的集成强度曲线。
[0070]图8示出了在图6中示出的激光器模块的布置中具有任意的开/关切换像素的图案的集成强度曲线。
[0071 ]图9示出了激光打印方法的方法步骤的原理草图。
[0072]图10示出了激光打印系统的激光器模块的第三布置的原理草图。
[0073]图11示出了用于叠加式制造的3D打印系统的原理草图。
[0074]图12示出了用于叠加式制造的3D打印系统的顶视图的原理草图。
[0075]图13示出了激光器模块的第一布置以及在工作面中相应的相关联的打印区域的原理草图。
[0076]图14示出了与激光器模块相关联的光学元件的实施例的原理草图。
[0077]图15示出了激光光源的阵列中激光光源的可替代布置的原理草图。
[0078]图16a示出了在阵列中的激光光源的布置的原理草图以及相关联的阵列的集成强度曲线。
[0079]图16b示出了在如图4中绘出的激光器模块中具有开/关切换像素的图案的根据图16a的激光器阵列的布置以及相关联的集成强度曲线。
[0080]图17a示出了在类似于图15的阵列中的激光光源的布置的原理草图以及相关联的阵列的集成强度曲线。
[0081]图17b示出了在如图4中绘出的激光器模块中具有开/关切换像素的图案的根据图17a的激光器阵列的布置以及相关联的集成强度曲线。
[0082]在图中，相同的数字始终指代相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。
【具体实施方式】
[0083]现在将利用附图来描述本发明的各种实施例。
[0084]图1示出了第一激光打印系统100的原理草图。激光打印系统100包括具有半导体激光器115的两个激光器阵列110和光学元件170。半导体激光器115是设置在半导体芯片上的VCSEL。在这种情况下，一个阵列110的所有VCSEL 115都设置在一个芯片上。光学元件170是具有焦距f的成像透镜。阵列110具有垂直于图的面的宽度D，该宽度利用成像透镜扩散地成像到工作面180。具有宽度D的每个阵列110在工作面180中的扩散图像的宽度d限定工作面180中像素的宽度。像素的宽度d比相应阵列的宽度D小。因此，阵列的图像被缩小。工作面180和成像透镜或光学元件170之间的距离b比成像透镜的焦距f大。光学元件170或成像透镜与工作面180—起在比成像透镜的焦距大的距离g限定物面150 JCSEL 115的发光表面没有布置在物面中，而是在物面的后面的使得不提供VCSEL 115的发光表面的清晰投影的距离处。VCSEL 115的发光层和物面之间的距离以一个激光器阵列110的至少两个VCSEL 115的激光同时照明像素的区域元件的方式被选择。图2更详细地示出了由一个VCSEL 115发射的激光相对于物面150的发散角的布置。VCSEL 115的发散角由如在图2中所示的角α给出并且限定由单个VCSEL 115发射的激光的锥体。激光器阵列110中的VCSEL 115相对于彼此确实具有距离P(节距)。节距P和距离a之间的关系必须满足条件:
[0085]a > p*(tana)_1
[0086]由激光器阵列110的VCSEL115发射的激光在物面150中重叠，使得物面150中的与激光器阵列110相同尺寸的每个区域利用至少两个VCSEL 115来照明。由像素尺寸d限定的像素的每个区域元件因此也经由成像透镜利用相应激光器阵列110的至少两个VCSEL 115来照明。每个激光器阵列的VCSEL被并行驱动，并且因此同时发射激光。像素的尺寸通过以下给出
[0087]d=M*D，
[0088]其中放大率M通过以下给出
[0089]M = b/g0
[0090]工作面180中的激光器阵列110的图像是扩散的，以便提高对工作面180中对象的能量输入的均匀性并且相对于单个VCSEL的故障提高了可靠性。
[0091]如图3中所示的，激光器模块的激光器阵列110和工作面180之间的总距离可以利用可与激光器阵列110组合的微透镜阵列175来增加。微透镜阵列175可以布置在激光器阵列110和物面150之间，以便减小每个VCSEL 115的发散角α。如果VCSEL 115的节距保持不变，则距离a并且因此到工作面150的总距离必须增加，以便满足条件a 2 pMtana)—1。
[0092]在VCSEL 115具有圆形孔的情况下，相对于图2讨论的改进的条件可以通过考虑VCSEL 115的活动直径V来实现。活动直径V对应于活动层的发光区域的直径。活动直径V、节距P和距离a之间的关系在这种改进的实施例中必须满足条件:
[0093]a 2 (p_v)*(2tana)—1
[0094]图4示出了在激光打印系统100的激光器模块中的激光器阵列110的布置的原理草图。激光器或VCSEL阵列110不是方形而是矩形的，其中矩形的长边被布置在对象的移动方向上(参见图5)。这允许更高的每像素总功率，而不会降低横向方向上的分辨率。VCSEL阵列110还被布置在相对于彼此稍微移位的两列中(级联或交错布置)。如果对象垂直于VCSEL的列的方向移动，则这使得相对于对象的区域元件的照明的限定的重叠成为可能。
[0095]图5示出了激光打印系统100的激光器模块的第一布置的原理草图。激光器模块包括如图4中所示的交错或级联布置的激光器阵列110以及光学元件170。光学元件170将相应激光器模块的所有激光器阵列110成像到激光打印系统100的工作面180。光学元件170限定激光器模块的总尺寸Y，其中相应激光器模块的激光器阵列110的布置的宽度限定一个激光器模块的打印宽度y。激光器模块被布置在彼此平行的列中，其中每一列被移位，使得如果对象在相对于激光器模块在方向250上移动，则连续的区域可以在工作面180中被照明。打印区域因此可以独立于单个激光器模块的尺寸Y和打印宽度y而被调整为工作面中对象的尺寸。为了连续照明在工作面180中移动的对象所需要的列数取决于激光器模块的尺寸Y和打印宽度y。一列内的激光器模块被至少隔开距离Y，使得需要至少N=Y/y列。级联的光学元件170可以例如通过玻璃成型被制造为单件。可替代地，透镜阵列可以通过主动或被动对准由各个透镜进行组装。
[0096]图6示出了激光打印系统的激光器模块的第二布置的原理草图。该布置非常类似于相对于图5所讨论的布置。激光器模块的激光器阵列110相对于与对象相对于激光器模块移动方向250垂直的方向倾斜(绕其中心旋转)。这使得如图7和图8中所示的具有光滑斜坡的集成强度曲线成为可能，其也可以与相邻的像素重叠，以提高总强度分布的均匀性，尤其是如果像素相对于彼此稍微未对准的话。
[0097]图7示出了在与对象相对于激光器模块的移动方向250垂直的方向610上的集成强度曲线，其中在图6中示出的激光器模块的布置中每隔一个的像素关闭。像素曲线几乎是三角形的，具有与相邻像素重叠的大斜坡。图8示出了在图6中示出的激光器模块的布置中具有任意的开/关切换像素的图案的集成强度曲线。数字“I”和“O”指示哪些相邻激光器阵列110被打开或关闭。该集成强度曲线示出了工作面180中两个或更多个相邻像素的重叠。
[0098]图9示出了激光打印方法的方法步骤的原理草图。所示出的步骤序列不一定意味着在方法执行过程中的相同序列。方法步骤可以以不同的顺序或并行地执行。在步骤910中，像张纸之类的对象在激光打印系统的工作面中相对于激光器模块移动。在步骤920中，利用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的激光器模块来发射激光。在步骤930中，由激光器阵列发射的激光被成像，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并且该像素的区域元件被利用至少两个半导体激光器来照明。对象可以被移动，并且同时激光器阵列的激光可以被发射并且成像到工作面。
[0099]当利用单独可寻址激光器或激光器阵列时，当沿着行所有个体像素可以被同时写入，即，被单独的激光器或激光器阵列每像素写入时，可以获得3D打印过程中的最大速度。在激光打印系统或机器中的典型行宽在30厘米或更大的级别。另一方面，单独可寻址激光器或激光器阵列的激光器模块的尺寸或打印宽度被限制到几厘米。这些激光器模块通常对应于其上布置有激光器模块的一个微通道冷却器。
[0100]因此，有必要使用多个激光器模块和对应的微通道冷却器，并且将它们堆叠在一起成为完整的激光打印模块或打印头。具有激光器模块的相邻微通道冷却器之间的对准容差会导致工作面180中的间隙，该间隙没有或者没有足够的激光可以提供。在最坏的情况下，这种间隙相对于处理如打印的劣质纸张的对象或者在利用3D打印机/叠加式制造机器产生的部件中导致缺陷。
[0101]鉴于激光光源116的ΙΟΟμπι的典型尺寸以及几个对准容差加在一起的事实，间隙问题是严重的问题。即使在组装激光打印系统的每个单独步骤中有严格的容差，总容差链会导致30μπι或更大的显著偏差。
[0102]在这方面，将会有利的是不仅提供重叠的强度分布，而且在每个激光器模块的边缘处使用附加的激光光源116。所述激光光源116是所谓的重叠激光光源117，其被布置为使得这些重叠激光光源117的光与相邻激光器模块的激光光源116的光重叠。这意味着相邻激光器模块之间的节距比激光器模块的总打印宽度小至少一个激光光源116的宽度(例如100μπι) ο
[0103]如果相邻激光器模块的机械/光学对准的最大容差比一个激光光源116的宽度小，则足以通过设计具有一个激光光源116的重叠，以便避免工作面中不能为其提供激光的间隙。无论如何，可替代地，如果相邻激光器模块的机械/光学对准的最大容差大于一个激光光源116的宽度，则可以提供多于一个的重叠激光光源117。在这种情况下，可能能够根据相邻激光器模块之间的间隙的宽度使用重叠激光光源117。激光打印系统在这种情况下可以被校准，使得重叠激光光源117填充激光器模块之间非预期的间隙。取决于间隙和一个激光光源116的宽度，可能是一个、两个、三个或甚至更多个重叠激光光源117被使用，以便使得连续，即，无缝照明的工作面成为可能。
[0104]图10示出了具有重叠激光光源117的这种布置的实施例，其中重叠激光光源117被布置在作为激光器子模块120的相邻激光器模块的重叠布置中，以便补偿激光器子模块120相对于彼此的潜在未对准。重叠激光光源117通过线条图案来指示。
[0105]相邻激光器子模块120的打印宽度由完整的激光光源116或更明确的重叠激光光源117重叠。与前面的实施例不同，激光光源116可以只包括单个激光器，或者，按照前面的实施例包括诸如激光器阵列110的激光器阵列。单个激光器可以包括像微透镜之类的光学元件。在激光器阵列的情况下，可以包括微透镜阵列。激光器子模块120的布置类似于如图5中所示的布置。在图5中示出的激光器模块被布置为使得每个激光器阵列110照明工作面180中的专用像素或区域元件。如图10中所示的激光器子模块120被布置为使得在组装期间没有对准误差的情况下，重叠激光光源117被调整，使得它们可以如相邻激光器子模块120的激光光源116—样，照明工作面180中的同一区域元件。
[0106]图11和图12示意性地示出了用于叠加式制造的3D激光打印系统的实施例。参考图11，3D激光打印系统包括处理室300，其具有用于承载构建材料和要被构建在其上的三维制品500的支撑部400。在支撑部400上，可以设置用作用于在构建过程结束之后去除三维制品500的可去除基座的构建平台450。应当指出，构建平台450也可以被省略。诸如垂直壁之类的边界结构470可以围绕支撑部400来布置，以在支撑部400上限制构建材料层。边界结构可以被布置为可去除框架，其可以包括可垂直移动的基座，类似于构建平台450，该基座可去除地附连到支撑部400。如在图12中所示，构建区域480可以由边界结构470来限定。构建区域480可以具有如在图12中所示的矩形轮廓或任何其它轮廓，诸如但不限于，正方形或圆形轮廓。
[0107]在支撑部400之上，布置照明单元700。优选地，照明单元700跨构建区域480在由图12中箭头所指示的方向上移动，该方向在这个实施例中是移动方向250。照明单元700可以被配置为在相反的方向上移动返回。它可以在返回移动期间被打开或关闭。
[0108]支撑部400可相对于照明单元在垂直方向上，S卩，在垂直于照明单元700的移动方向250的方向上，向上和向下移动。支撑部400以构建材料的最上层形成工作区域180的方式来进行控制。
[0109]3D激光打印系统还包括用于控制3D打印系统的各种功能的控制系统800。可以提供重涂覆设备(未示出)以将构建材料层应用到构建平台450或支撑部400或可去除框架的可移动基座上(未示出)。此外，如果必要，可以提供可用来将应用的构建材料层加热到处理温度和/或控制边界结构470中的构建材料的温度的一个或多个单独的加热设备(未示出)。
[0110]优选地，构建材料是被配置为在由激光光源发射的激光的影响下转变为结合质块(coherent mass)的粉末材料。转变可以包括，例如，恪化或烧结以及随后恪化中的固化和/或聚合。优选地，构建材料是塑料粉末，例如热塑性粉末。这种塑料粉末的示例是PA 12(聚酰胺12)或其它聚酰胺、聚醚醚酮，诸如PEEK或其它聚醚酮。粉末也可以是来自具有或不具有塑料或金属粘合剂的金属或金属合金、或陶瓷或复合材料的粉末或其它类型的粉末。通常，可以使用具有在由半导体激光器发射的激光的影响下转变为结合质块的能力的所有粉末材料。构建材料也可以是包括粉末和一定量液体的膏状材料。根据ISO 13320-1利用激光衍射测得的粉末的典型中等粒度尺寸位于ΙΟμπι或甚至更低与ΙΟΟμπι之间。
[0111]优选地，激光光源的与吸收剂(粉末材料的激光吸收添加剂)结合的典型波长是980或808nm，其中吸收剂例如是但不限于适于使得能够充分吸收所选波长的炭黑。原则上，任何波长是可能的，只要合适的吸收剂材料可以被添加到粉末材料。尤其对于塑料粉末，粉末层典型的层厚度可以在大约ΙΟμπι和大约300μπι之间的范围，并且尤其对于金属粉末，可以在大约Iym直到大约ΙΟΟμ??。
[0112]照明单元700将参考图11至图13进行更详细的描述。图13示出了与图5的激光器模块类似的激光器模块的布置，不同之处在于示出了多于两个的列和由激光器模块利用光学元件在工作面180中所产生的缩小的图像。图13不应当被视为透视图，而是只作为绘出模块的布置和对应的缩小图像的示意性草图。如在图13中示意性绘出的，照明单元700包括布置在垂直于移动方向250的列中的多个激光器模块200 ο与图5和图6中一样，激光器模块的列相对于彼此交错，使得激光器模块的第一列Cl的第一激光器模块。(^工适于照明工作面180中粉末的第一区域yl。激光器模块的第二列c2的第二模块2002适于照明工作面180中粉末的第二区域y2，其中第一区域yl与第二区域y2相邻，使得对象的连续(S卩，无缝)照明成为可能。通过这样，在工作面180中被照明的区域yl，y2在垂直于移动方向的方向上形成连续的区域。如还在图13中绘出的，在移动方向250上交错的激光器模块形成级联。第一级联kl由列的第一激光器模块200ι、2002、200n形成。第二级联k2由列的第二激光器模块20 I1、2012、201n形成，以此类推。级联的数量是使得各个打印宽度y的总和在垂直于移动方向250的方向上覆盖构建区域480的宽度。对于具有不同构建区域的不同3D激光打印系统，级联的数量可以容易地被调整，以覆盖不同宽度的相应构建区域480。在利用VCSEL作为半导体激光器用于叠加式制造的3D激光打印系统的典型示例中，一个阵列可以具有几百个半导体激光器，例如VCSEL，一个模块可以包括2x16 = 32个阵列，一个级联可以包括9个模块并且照明单元可以包括若干个那些级联，例如3个。这通常允许照明大约84毫米的构建区域480。其它构建区域可以通过选择每级联和级联中适当数量的模块来实现。如上所述，一个单个光学元件170与一个模块相关联，并且一个模块优选地用来照明工作面中16、32或64个像素。
[0113]再次参考图11，由于照明单元700被布置在处理室内，因此它被暴露于在处理室300中存在的环境条件下，诸如平均温度、温度梯度、蒸气、诸如惰性气流的气流、尘埃、可能从构建区域出现的熔融材料的飞溅、从构建材料的转变过程中出现的并且在处理室周围移动的单体等。照明单元700的面朝构建区域的最外光学元件和工作面180之间的距离可以在大约5毫米至大约50毫米之间的范围。照明单元700的这种布置与已知的激光熔化或激光烧结机器不同。为了保护照明单元700，保护设备750被布置在照明设备700面向支撑部400的一侧。保护设备750可以通过至少一个对激光透明的板来实现。透明板可以与照明设备700一体地形成。特别地，保护设备750可以是玻璃板。此外，保护设备750可以是保护照明单元700的所有模块的单件，或者可以由多件组成，其中每个用于一个模块。保护设备的最外表面与工作区域之间的距离可以是仅几个毫米，例如大约5毫米。更一般地，如果期望η:1的特定缩小率，则半导体激光器的激光发射部分和最外光学元件之间的距离(在光学路径中)可以基本上是最外光学元件与工作区域180之间的距离的大约η倍。
[0114]优选地，温度控制设备(未示出)与保护设备750相关联。温度控制设备可以以多个(即一个或多个)加热元件的形式来实现。优选地，加热元件被布置在透明板上，特别地，仅布置在这种位置上，在这种位置上实际上没有激光被发送或者没有激光期望被发送。更优选地，加热元件被设置在保护设备750的背离支撑部400(即，面朝照明单元700)的激光光源的一侧。这有利于保护设备的清洁并且减少加热元件的磨损。加热元件可以是热传导路径的形式。特别地，加热元件可以在保护设备的制造过程中在透明板中被气相沉积或提供。在还有的修改中，保护设备750可以包括两个或更多个玻璃板的组件，在板之间具有用于热隔离的真空或气体。利用这种设计，可以减少或者甚至防止流入到照明单元700的内部中的热流。在板组件的情况下，加热设备可以设置在一个板的面朝相邻板的内侧，特别地，设置在最外板的面朝其相邻板的内侧。
[0115]温度控制设备以如下方式控制保护设备750的温度:温度被调整为优选地在低于处理温度大约几(优选地最多10，更优选地最多5并且最优选地最多3)开尔文到高于处理温度几(优选地最多1，更优选地最多5并且最优选地最多3)开尔文之间的范围内的特定温度。由于半导体激光器的能量消耗和有限的效率，因此，取决于所使用的构建材料，照明单元700被冷却并且优选地保持在可以比构建材料的转变处理的处理温度低得多的温度。因此，由于从构建材料层到照明单元700的热辐射导致的热损失被减少或防止。此外，可以减少或避免在保护设备750的表面处形成浓缩物。这些浓缩物会降低玻璃板/激光窗/保护设备的透明度，并且因此会减少在粉末材料的表面处的干扰和/或吸收的激光能量的量。因此，要被构建的三维制品的质量会降低。温度控制设备因此确保要被构建的三维制品的良好质量。
[0116]保护设备750的存在需要像距b(即，光学元件170与工作面180之间的距离(参见图1))是某个最小像距。由于必要的缩小率，物距g(即，物面150和光学元件170之间的距离)相对较大。每个VCSEL 115的发散角α导致如下事实，即，相邻模块的VCSEL阵列的光束路径彼此交叉，这使得按模块成像到物面150困难。为了避免这种情况，照明单元700为每个模块包括如在图3中所绘出的微透镜阵列175。
[0117]优选地，模块200的激光器阵列110按在图14中所绘出的那样进行布置。在还有的优选实施例中，与激光器阵列110的这种布置相关联的光学元件170具有从在相对侧被截断的圆形或旋转对称轮廓获得的轮廓，并且其中光学元件170的相对侧I相对于彼此沿如下的轴对准，该轴优选地定向在垂直于移动方向250的方向上。更精确地，在如图14中激光器阵列的布置的情况下，光学元件170具有修改的矩形轮廓，该矩形轮廓具有连接平行长边I的两个相对的圆形分段形状的短边S。这考虑了圆形光学元件利用如在图14中绘出的激光器阵列的矩形布置将不会被充分照明。因此，圆形光学元件的未充分照明的部分可以被省略。利用光学元件170的形状，模块在移动方向250上的尺寸可以被减小。作为其结果，整个照明单元700在移动方向250上的尺寸可以被减小。这具有以下优点:取向为移动方向的行可以在减少的时间内被照明，这提高了整个3D打印系统的生产率。此外，在一个级联1^的一个模块20(h和相邻模块2002之间和/或一个级联Iu的一个模块200η和相邻级联k2的相邻模块20h之间的边界处的相邻像素可以以减少的时间偏移而被照明。这也增加了三维制品的质量。
[0118]激光器阵列110中的VCSEL的布置限定强度曲线。如果布置是基本上矩形的，SP，VCSEL按行和列被布置在阵列中，则阵列的集成强度曲线600是基本上矩形的，S卩，集成强度曲线具有如在图16a中所绘出的所谓“平顶”曲线。在根据其中若干个阵列Il0被打开并且若干个阵列被关闭的图4的模块中，在垂直于移动方向250的方向610上的模块的集成强度如在图16b中所示，S卩，具有清晰的边缘(在物面150与半导体激光器的活动区域重合的情况下)。
[0119]可能期望具有无清晰边缘的集成强度曲线。这可以通过根据图15的布置来实现，其中在一个阵列110中的VCSEL被放置在行和列中，并且其中阵列的外轮廓是基本上多边形的，具体地，是基本上六边形的。个体VCSEL被放置在一列与下一列错开的网格点处，其中列定向为垂直于移动方向250。优选地，阵列的外轮廓具有六边形形状，其具有垂直于移动方向250延伸的两个相对的平行边p。
[0120]如在图17a中绘出的，具有如在图15中所示的基本上六边形形状的激光器阵列的积分强度曲线600具有圆形边缘并且类似于高斯强度分布。对于具有打开/关闭阵列的激光器模块，如在图17b中绘出的，集成强度曲线600沿方向610包括圆形过渡。因此，距离强度的平均值的偏差较小。
[0121]利用照明单元700，在工作区域中的一个像素被激光器阵列110的多个半导体激光器同时照明。半导体激光器的总数可以选择成使得小于预定数量的半导体激光器的故障只在预定的容差值内减少激光器阵列110的输出功率。作为其结果，相对于个体VCSEL的工作寿命的要求不会异常地高。
[0122]激光器阵列的各个VCSEL可以通过控制信号相对于它们的可寻址性被分组在子组中。子组可以包括至少两个VCSEL。一个激光器阵列的VCSEL的至少两个子组可以是单独可寻址的，使得激光器阵列110的输出功率，S卩，强度，可通过关闭VCSEL的一个或多个子组来控制。此外，实施例可以被设置成其中一个激光器阵列的半导体激光器是单独可寻址的，使得激光器阵列的输出功率可以通过打开/关闭各个半导体激光器来控制。
[0123]在还有的实施例中，照明单元700的半导体激光器或激光器阵列还可以被控制成使得不用于照明的半导体激光器或激光器阵列可以可选地用于向工作面180中的构建材料提供热。为了实现这个，提供了如下的控制设备:该控制设备以使得不用于照明的半导体激光器或激光器阵列发射比用于使构建材料转变所需的强度更小的强度的方式来单独地控制半导体激光器或激光器阵列，以便只加热在工作面中的构建材料。这种加热可以作为上述单独加热设备的附加使用，或者作为将构建材料预热到工作温度的专用加热系统。
[0124]如参考图10解释的，照明单元700可以包括重叠光源117。重叠光源117优选地设置在一列的一个模块到相邻列的相邻模块之间的边界处，例如图13中的列c I的模块200jP列c2的模块2002之间的边界处和/或从一个级联中的一个模块到相邻级联的相邻模块之间的边界处，例如图13中的级联kl中的模块200n和级联k2中的模块2011之间的边界处。重叠光源117平衡由于模块的交错布置和/或由于模块的级联布置，由垂直于移动方向250的相邻像素的时间偏移导致的能量损失。
[0125]重叠光源117可以以使得由于时间偏移导致的能量损失和/或由于VCSEL或阵列的未对准导致的能量损失或能量过度可以得以补偿的方式来控制。因此，由重叠光源117提供给工作区域的能量总和可以被调整为在时间偏移为零和/或完全对准的VCSEL或阵列的情况下用于照明所需的能量。由重叠的VCSEL或阵列提供的能量可以取决于构建材料的类型来选择。影响因素可以是粉末床的热传导率、熔化或烧结质块的热传导率、粒度尺寸等。
[0126]在还有的修改中，照明单元的半导体激光器由VECSEL(垂直外腔表面发射激光器)来实现。
[0127]上述3D打印系统如下操作。构建材料层被依次沉积在支撑部400或构建平台450或先前被照明的层上，使得构建材料的新层形成工作面180。然后，照明单元700跨构建区域480在移动方向250上移动，并且在对应于相应层中的三维制品的横截面的位置处选择性地照明工作区域180中的构建材料。在一个层被照明之后，支撑部向下移动，使得新层可以形成工作区域180。
[0128]虽然已在附图和前面描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述要被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。
[0129]通过阅读本公开内容，其它修改对本领域技术人员来说将是清楚的。此类修改可以涉及在本领域中已知的并且可以作为本文已描述特征的替代或附加来使用的其它特征。
[0130]通过研究附图、本公开内容和所附权利要求，所公开实施例的变化可以被本领域技术人员理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。某些措施在相互不同的从属权利要求中被阐述的这一事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。
[0131]权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。
[0132]标号列表:
[0133]100激光打印系统
[0134]HO激光器阵列
[0135]115半导体激光器
[0136]116激光光源
[0137]117重叠激光光源
[0138]120激光器子模块
[0139]150 物面
[0140]170光学元件
[0141]175微透镜阵列
[0142]180工作面
[0143]200,200i, 2002,200η,201ι, 2012,20In 激光器模块
[0144]250移动方向
[0145]300处理室
[0146]400支撑部
[0147]450构建平台
[0148]470边界结构
[0149]480工作区域
[0150]500三维制品
[0151]600集成强度
[0152]610垂直于移动方向的方向
[0153]700照明单元
[0154]750保护设备
[0155]800控制单元
[0156]910对象的方法步骤
[0157]920发射激光的方法步骤
[0158]930成像激光的方法步骤
【主权项】
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，并且 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。2.如权利要求1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。3.如权利要求1或2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。4.如权利要求1至3中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器模块包括三个、四个或更多个激光器阵列(110)。5.如权利要求1至3中的一项所述的激光打印系统(I00 )，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。6.如权利要求1至3中的一项所述的激光打印系统(I00 )，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。7.如权利要求1至3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。8.如权利要求1至3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)。9.如权利要求1至3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。10.如权利要求1至3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)。11.如权利要求1至3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。12.如权利要求1至3中的一项所述的激光打印系统(I 00 )，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。13.如权利要求1至3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。14.如权利要求1至13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)中的至少一个被布置为重叠激光光源(117)，使得在操作中，工作面(180)中的至少一个限定的区域元件可以由重叠激光光源(117)和布置为与包括重叠激光光源(117)的激光器模块相邻的激光器模块的单独激光器阵列(110)来照明。15.如权利要求14所述的激光打印系统(100)，其中提供给对象的所述至少一个限定的区域元件的总能量使得基本上每区域元件被提供与在没有重叠激光光源(117)的对准激光器模块的情况下相同的能量。16.如权利要求1至15中的一项所述的激光打印系统(100)，其中一个像素被激光器阵列的多个半导体激光器同时照明，并且其中半导体激光器的总数使得小于预定数量的半导体激光器的故障只在预定的容差值内减小激光器阵列的输出功率。17.如权利要求1至16中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器模块被配置成利用与激光器模块相关联的单个光学元件照明至少2个，更优选地，4个、8个、16个、32个、64个或更多个像素。18.如权利要求7所述的激光打印系统(100)，其中与激光器模块相关联的光学元件(170)具有从在两个相对侧被截断的圆形或旋转对称轮廓获得的外轮廓，并且其中相对侧相对于彼此沿优选地在垂直于移动方向(250)的方向上取向的轴对准。19.如权利要求1至18中的一项所述的激光打印系统(100)，其中设置有控制设备，该控制设备以使用不用于照明的半导体激光器(115)或激光器阵列向工作面(180)提供热的方式个别地控制半导体激光器(115)或激光器阵列。20.如权利要求19所述的激光打印系统(100)，其中不用于照明的半导体激光器(115)或激光器阵列是利用比用于照明的半导体激光器(115)或激光器阵列低的功率来操作的。21.如权利要求1至20中的一项所述的激光打印系统(100)，其中一个激光器阵列(110)的至少两个半导体激光器(115)或一个激光器阵列(110)的半导体激光器的至少两个子组是单独可寻址的，使得激光器阵列(110)的输出功率可通过关闭一个或多个半导体激光器(115)或半导体激光器的子组来控制。22.如权利要求1至21中的一项所述的激光打印系统(100)，其中多个半导体激光器(115)形成阵列(110)并且被布置为使得阵列(110)的外轮廓具有基本上多边形的形状，优选地基本上六边形的形状。23.如权利要求1至22中的一项所述的激光打印系统(100)，还包括处理室(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，并且其中优选地，保护设备(750)被布置在激光器模块的面向支撑部的一侧。24.如权利要求23所述的激光打印系统(100)，其中保护设备由对激光透明的至少一个板形成，优选地为玻璃板。25.如权利要求23或24所述的激光打印系统(100)，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。26.如权利要求25所述的激光打印系统(100)，其中温度控制设备被配置为加热保护设备，使得从工作面中的材料到保护设备的热辐射被基本上防止。27.如权利要求1至26中的一项所述的激光打印系统(I00 )，其中激光打印系统(I 00)被配置为在对应于要利用激光器模块在每层中形成的制品的截面的位置处逐层地固化材料。28.如权利要求27所述的激光打印系统(100)，其中材料是粉末。29.如权利要求1至28中的一项所述的激光打印系统(100)，其中激光器模块形成照明单元(700 )，并且其中照明单元被配置为跨工作面移动。30.如权利要求1至29中的一项所述的激光打印系统，其中一个激光器阵列包括至少两个半导体激光器。31.如权利要求1至30中的一项所述的激光打印系统，其中半导体激光器是VCSEL(垂直腔表面发射激光器)。32.如权利要求1至30中的一项所述的激光打印系统，其中半导体激光器是VECSEL(垂直外腔表面发射激光器)。33.一种激光打印的方法，该方法包括以下步骤: -在工作面(180)中相对于激光器模块移动对象； -利用包括半导体激光器(115)的至少两个激光器阵列(110)和至少一个光学元件(170)的激光器模块发射激光；以及 -利用光学元件(170)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)的激光被成像到工作面(180)中的一个像素； 其中激光打印系统(100)是用于叠加式制造的3D打印系统，并且其中使用了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， 并且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。
【文档编号】B41J2/45GK105829113SQ201480068452
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】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
【申请人】Eos有限公司电镀光纤系统