一种增材制造设备的光路系统的制作方法

1.本技术涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种增材制造设备的光路系统。


背景技术：

2.增材制造技术是一种通过控制激光逐层扫描，层层叠加形成三维工件的快速制造技术。其工艺流程如下：首先对工件的三维模型进行切片处理，得到工件每一层的轮廓信息；将粉末状材料均匀地铺洒在工作平台表面上，激光根据系统指令选择性地熔化粉末；一个截面完成后，再铺上一层新材料，继续有选择性地根据三维物体对应的截面信息进行扫描；按照此方法再对下一个截面进行铺粉扫描，最终得到三维工件。该方法的优点在于可用来制造过程柔性程度高、工件力学性能优异和尺寸精度高的金属或非金属工件。
3.现有技术的增材制造设备，采用双激光加双振镜方式，一套激光扫描组件做聚焦大光斑，进行填充线扫描，另一套激光扫描组件做聚焦小光斑，进行轮廓线扫描，这种双激光双加工系统的设计导致填充线扫描光路无法进行轮廓线扫描，同样轮廓线扫描光路无法进行填充线扫描，在成本增加的基础上，激光加工稼动率很低，从而无法满足正常工业加工要求。虽然，目前也出现了采用同轴式光斑切换的方式，比如采用同轴式电动扩束镜，但是这种方式无法实现不同聚焦光斑在同一平面位置的聚焦，而且结构复杂，成本高，且使用寿命短。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种增材制造设备的光路系统，该光路系统结构简单、成本低，且使用寿命长。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种增材制造设备的光路系统，包括激光器、光束发散角可调单元、振镜单元和设置于光束发散角可调单元和振镜单元之间的安装支架，所述激光器安装在光束发散角可调单元中，所述安装支架上安装有电机，所述电机的转轴上套设安装有光斑调节板，所述光斑调节板包括中间部以及位于中间部两侧的配重部、调节部，所述中间部设有轴孔，用于套设在电机的转轴上，所述调节部设有用于安装衍射光学元件和/或扩束镜的安装孔，以使电机转动带动光斑调节板转动时，激光器的激光在光束发散角可调单元的调节下通过或不通过衍射光学元件和/或扩束镜而最终在粉面输出两种不同光斑大小的聚焦光斑，且所有不同光斑大小的聚焦光斑经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面处于同一焦平面。
6.作为本实用新型的进一步优选方案，所述调节部内设置有盘旋状的流道，所述中间部于轴孔的两侧分别设有进水口和出水口，且进水口、流道、出水口依次连通。
7.作为本实用新型的进一步优选方案，所述配重部和调节部的重量相等，所述光斑调节板为8字形状。
8.作为本实用新型的进一步优选方案，所述调节部为镂空结构。
9.作为本实用新型的进一步优选方案，所述电机为高精度旋转电机；所述光斑调节
板通过增材制造设备打印。
10.作为本实用新型的进一步优选方案，所述光束发散角可调单元为可调发散角激光准直头，该可调发散角激光准直头安装在准直头安装支架中。
11.作为本实用新型的进一步优选方案，所述电机驱动光斑调节板可360
°
自由进行旋转，且当安装支架旋转至入光束发散角可调单元和振镜单元之间的光路时，安装孔的轴心与入射该安装孔的激光的轴心重合，且安装孔的直径大于激光的直径。
12.作为本实用新型的进一步优选方案，所述振镜单元包括二轴振镜和动态聚焦模块，或者包括二轴振镜和场镜。
13.作为本实用新型的进一步优选方案，所述衍射光学元件为单阶或多阶衍射光学元件。
14.作为本实用新型的进一步优选方案，当安装孔内设置有扩束镜时，调整该扩束镜的调节单元和光束发散角可调单元，否则，调整光束发散角可调单元，以使所有不同光斑大小的聚焦光斑经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面处于同一焦平面。
15.本实用新型增材制造设备的光路系统，由一套激光器和一套振镜单元组成，便可生成两种以上的不同光斑大小的聚焦光斑，且所有不同光斑大小的聚焦光斑都处在同一焦平面，使得其能显著提升激光扫描系统的成型效率和成型质量，同时可有效降低成本而且这些不同光斑大小的聚焦光斑都能处在同一焦平面；而且，本实用新型结构紧凑，成本低、转动惯量小，因此对电机功率要求不高，在保证精度的情况下，响应也做到很快；控制简单，无多余传动结构，因此伺服电机精度就是位置精度，能最高限度保证位置精度。
附图说明
16.图1为本实用新型增材制造设备的光路系统提供的一实施例的结构示意图；
17.图2为图1的局部结构示意图；
18.图3为安装支架的结构示意图；
19.图4为光斑调节板提供的第一种结构示意图；
20.图5为图4的剖视图；
21.图6为光斑调节板提供的第二种结构示意图；
22.图7为本实用新型增材制造设备的光路系统提供的另一实施例的结构示意图。
23.图中标记如下：
24.1、激光器，2、可调发散角激光准直头，3、准直头安装支架，4、激光，5、安装支架，6、电机，7、光斑调节板，71、进水口，72、出水口，73、流道，74、安装孔，75、轴孔，76、配重部，77、调节部，8、动态聚焦模块，9、二轴振镜，10、场镜，11、镂空结构。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
26.如图1-图4所示，本实用新型提供了一种增材制造设备的光路系统，包括激光器1、光束发散角可调单元、振镜单元和设置于光束发散角可调单元和振镜单元之间的安装支架
5，所述激光器1安装在光束发散角可调单元中，所述安装支架5上安装有电机6，所述电机6的转轴上套设安装有光斑调节板7，所述光斑调节板7包括中间部以及位于中间部两侧的配重部76、调节部77，所述中间部设有轴孔75，用于套设在电机6的转轴上，所述调节部77设有用于安装衍射光学元件和/或扩束镜的安装孔74，以使电机6转动带动光斑调节板7转动时，激光器1的激光4在光束发散角可调单元的调节下通过或不通过衍射光学元件和/或扩束镜而最终在粉面输出两种不同光斑大小的聚焦光斑，且所有不同光斑大小的聚焦光斑经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面处于同一焦平面。在此需说明的是，本技术的振镜单元包含聚焦镜。
27.在此需说明的是，图3显示的安装支架5的形状近似上字形或人字形，此结构紧凑、重量轻、占据体积小。但在具体实施中，所述安装支架5还可以为其它具体形状，在本技术中不做限制。
28.优选地，参阅图4和图5所示，所述调节部77内设置有盘旋状的流道73，所述中间部于轴孔75的两侧分别设有进水口71和出水口72，且进水口71、流道73、出水口72依次连通。该流道73用于注入冷水，以保证设置于安装孔74的衍射光学元件和/或扩束镜在长期的激光4照射下保持低且稳定的温度，从而能通过更高的激光4功率；而且盘旋状的流道73可增大的散热面积，即使得散热效果更好、更均匀。
29.作为本实施例的另一优选方案，参阅图6所示，所述调节部77为镂空结构11，这样可以减轻光斑调节板的重量，转动更平稳，更灵活。
30.进一步优选地，所述配重部76和调节部77的重量相等；且所述光斑调节板7为8字形状。这样可确保在光斑切换速度很快时，由于“8”字型的配重设计，能保证电机6高速转动时候保证动平衡，更能保证工作位置精度，进而保证粉面光斑大小。
31.在一具体实施中，所述电机6为高精度旋转电机。为了进一步确保光斑调节板7的精度和机械强度，所述光斑调节板7通过增材制造设备打印。
32.具体地，当安装孔74内设有扩束镜时，调整该扩束镜的调节单元和光束发散角可调单元，否则，调整光束发散角可调单元，以使所有不同光斑大小的聚焦光斑经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面处于同一焦平面。在此需说明的是，具体如何调整扩束镜的调节单元和光束发散角可调单元对于本领域的技术人员来说是已知的，因此在此对其不做一一列举。
33.在另一具体实施中，所述光束发散角可调单元为可调发散角激光4准直头2，该可调发散角激光4准直头2安装在准直头安装支架53中。如图1所示，所述振镜单元可包括二轴振镜9和动态聚焦模块8（其组成三轴振镜），或者所述振镜单元包括二轴振镜9和场镜10，如图7所示。
34.优选地，每个安装孔74的轴心与入射该安装孔74的激光4的轴心重合，且安装孔74的直径大于激光4的直径，这样可保证激光4能够无损通过光斑调节板7的安装孔74，进而聚焦到粉面上。
35.在又一具体实施中，所述衍射光学元件为单阶或多阶衍射光学元件，可根据具体需求选择。
36.为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面结合附图并以实施例的形式对本实用新型的技术方案进行具体阐述：
37.如图1所示，激光器1安装在可调发散角激光4准直头2中，可调发散角激光4准直头2安装在准直头安装支架53中，启动电机6驱动光斑调节板7进行旋转，当光斑调节板7垂直于激光4，此时激光4正好射入安装孔74内的衍射光学元件和/或扩束镜，并经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面形成一种聚焦光斑（如图1所示）；而当光斑调节板7在电机6的驱动下旋转90度，此时调节板的调节部77移出光束发散角可调单元和振镜单元之间的光路，此时激光器1的激光4在光束发散角可调单元的调节下直接经振镜单元的偏转后在工作区域的粉面形成与上一聚焦光斑处于同一焦平面的另一种聚焦光斑。在此需说明的是，光斑调节板7可沿顺时针或逆时针旋转，在此不做限定。
38.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。