CN115556350A - 激光打印方法和*** - Google Patents

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高文华
赵崇亮
戚文军
王金海
温俊鹏
李鹏
杨桃甲
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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，旨在解决现有技术中的激光打印方法存在热累积，影响物品成形质量的问题。提供激光打印方法和***。其中，激光打印方法用激光逐层熔合粉末以成形物品；打印中，实时控制粉末成形时的总能量E总恒定。激光打印***包括工作台、铺粉装置、激光装置、温度监测装置和控制器。温度监测装置用于监测当前打印面的温度；控制器连接激光装置和温度监测装置，并能够在各层打印过程中，接收温度监测装置测得的温度T0、通过温度T0得出打印面当前能量E0，进而以E1＝E总‑E0控制激光装置发出能量E1；其中，E总为预设的总能量。本发明的有益效果是能够避免打印过程中的热累积，产品成形质量好。

Description

激光打印方法和***
技术领域
本申请涉及激光3D打印技术领域，尤其涉及激光打印方法和***。
背景技术
激光3D打印是通过激光烧结粉末，逐层累积成形物品的产品制造技术。
一些已知技术中，在打印中会产生热累积现象，影响物品成形过程或成形质量。
发明内容
鉴于上述状况，本申请提供一种激光打印方法及装置，通过控制打印中粉末的总能量的方式来避免热累积现象的发生。
本申请的实施例提供一种激光打印方法，在打印中，在一些实施例中，实时调节激光注入能量E1，使得激光注入能量E1与粉末在接收激光能量前的当前能量E0反相关，以使激光注入能量E1和粉末在接收激光能量前的当前能量E0之和构成的总能量E总恒定。
在一些实施例中，打印中，监测当前打印面的温度T0，并通过T0得出当前能量E0；
通过公式E1＝E总-E0得到所需的激光注入能量E1，并按值E1控制激光注入能量。
在一些实施例中，通过T0得出当前能量E0的方法为通过建立打印面的温度场仿真模型的方式估算。
在一些实施例中，物品采用分层打印成形，各层分别控制所述激光注入能量E1随当前能量E0变化，使得各层的总能量E总均保持恒定。
本申请的实施例还提供一种激光打印***，其包括：
工作台，用于承载粉末和/或成形的物品；
铺粉装置，用于逐层在工作台铺粉末；
激光装置，其用于提供烧结粉末的激光；
温度监测装置，其用于监测当前打印面的温度；
控制器，其连接所述激光装置和所述温度监测装置，并能够在各层打印过程中，接收所述温度监测装置测得的温度T0、通过温度T0得出打印面当前能量E0，进而以E1＝E总-E0控制所述激光装置发出能量E1；其中，E总为预设的总能量。
在一些实施例中：
所述激光装置包括用于产生激光的激光器和能够受控运动以引导激光器产生的激光沿打印面内预设路径移动的扫描镜。
在一些实施例中：
所述控制器包括用于调节发生激光的功率的调节器。
在一些实施例中：
所述温度监测装置采用非接触形式温度测量装置。
在一些实施例中：
所述激光装置采用红外激光装置。
在一些实施例中：
所述铺粉装置采用铺粉辊子。
附图说明
图1为本发明实施例一中的激光打印***的结构示意图；
图2为本发明实施例二中的激光打印方法的原理图。
主要元件符号说明：
激光打印*** 10
工作台 11
铺粉装置 12
激光装置 13
激光器 14
扫描镜 15
温度监测装置 16
控制器 17
光学*** 18
粉末 19
调节器 20
打印面 P1
激光 L1
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
本申请提供一种激光打印方法，用激光熔化粉末以成形物品。打印中，实时控制粉末成形时的总能量E总恒定。
一些已知方案中采用的方法中，激光打印过程中产生的热量将会在打印面上累积，热累积将会影响物品的成形时间乃至最终成形的物品质量。
而本实施例采用的方案中，通过实时控制粉末成形时的总能量恒定，来确保各处成形的粉末被加热至的最高温度和冷却成形所需时间尽量一致，提高物品成形质量。具体地，实时调节激光注入能量E1，使得激光注入能量E1与粉末在接收激光能量前的当前能量E0反相关，以使激光注入能量E1和粉末在接收激光能量前的当前能量E0之和构成的总能量E总恒定。
进一步地，打印中，监测当前打印面的温度T0，并通过T0得出当前能量E0；通过公式E1＝E总-E0得到所需的激光注入能量E1，并按值E1控制激光注入能量。
进一步地，通过T0得出当前能量E0的方法为通过建立打印面的温度场仿真模型的方式估算。
进一步地，物品采用分层打印成形，各层分别控制所述激光注入能量E1随当前能量E0变化，使得各层的总能量E总均保持恒定。
实施例一
配合参见图1，本实施例提供一种激光打印***10，其基于选择性激光烧结技术(SLS)。
本实施例中，激光打印***10包括工作台11、铺粉装置12、激光装置13、温度监测装置16和控制器17。
其中，工作台11用于承载粉末19和/或成形的物品。工作台11为能竖向升降的结构，其设置在一能够承装粉末19物料的料槽(未示出)内。
铺粉装置12用于逐层在工作台11铺粉末19。铺粉装置12可以采用铺粉辊子等结构。
激光装置13用于提供烧结粉末19的激光L1。本实施例中，可选地，激光装置13可以配置为包括用于产生激光的激光器14和能够受控运动以引导激光器14产生的激光L1沿打印面P1内预设路径移动的扫描镜15。预设路径指为成形物品各层，激光所需行经的路径。本方案中，激光器14可采用红外激光器14。扫描镜15可以设置为活动设置的反射镜，通过其位移将激光器14发出的激光L1发射至打印面P1。当然，在一些情形中，也可采用激光器14可活动的方式来控制激光L1的照射位置。
在需要时，还可以在激光器14和扫描镜15之间配置合适的光学***18，以对激光器14发出的激光进行功率放大等操作，以获得合适参数的激光束。
温度监测装置16用于监测当前打印面P1的温度。温度监测装置16采用非接触形式温度测量装置。
本实施例中，控制器17连接激光装置13和温度监测装置16，并能够在各层打印过程中，接收温度监测装置16测得的温度T0、通过温度T0得出打印面P1当前能量E0，进而以E1＝E总-E0控制激光装置13发出能量E1；其中，E总为预设的总能量。可选地，控制器17包括用于调节发生激光的功率的调节器20，通过调节器20控制激光功率，保持预设的激光扫描速度和作用时间，从而控制激光装置13发出的能量。
当然，在其他实施方式中，控制激光装置13发出能量E1的方法也可以采用保持恒定功率而控制激光扫描速度和作用时间的方式实现。
通过上述方案，在打印中，粉末19获得的激光能量和其当前能量的总和恒定，从而避免打印过程中过多的总能量导致粉末19熔化后冷却成形过慢或过少的总能量导致粉末19熔化不充分而产生的产品成形缺陷。
此外，采用该方案，还能够避免粉末19预热温度误差带来的影响，即无需如现有技术对粉末19提供较高控制精度的恒温控制箱，节约了设备成本。
实施例二
请配合参见图2，本实施例提供一种激光打印方法，其基于选择性激光烧结技术(SLS)。该方法可基于实施例一中的激光打印***10实现。
该方法实现时包括：
步骤S1：设定总能量E总。总能量E总根据不同粉末19材料预订，其能够使得该粉末19材料在接收到该总能量E总时，粉末19材料能够熔融并在激光移开后冷却熔合，以实现粉末19的烧结。
步骤S2：用铺粉装置12在工作台11上铺设一层粉末19。铺粉材料可采用常用的铺粉辊设备。
步骤S3：激光烧结。启动激光装置13沿设定路径扫描打印面P1。打印中，采用温度监测装置16监测当前打印面P1的温度T0，并通过T0得出打印面P1当前能量E0；通过公式E1＝E总-E0得到所需的激光注入能量E1，并按值E1控制激光注入能量。通过T0得出当前能量E0的方法为通过建立打印面P1的温度场仿真模型的方式估算，如可通过测量打印面P1各点温度，计算打印面P1的平均温度作为T0，而当前能量E0的值可用打印面P1面积S、T0和设定的常系数的乘积表示；或者E0采用打印面P1各点温度在打印面P1上的积分表示。
例如，可通过控制器17的调节器20控制激光器14的激光功率，从而达到控制激光注入能量E1的效果。
当然，在其他实施方式中，也可以采用通过控制激光扫描速度的时间来改变激光作用时间，进而改变激光注入能量E1的大小。该实施方式可通过控制扫描器的移动速度来实现。
步骤S4：判断物品是否打印完成。如物品打印未完成，返回步骤S2，在步骤S2后再次执行步骤S3，如此重复步骤S2和步骤S3直至物品打印成形完成。如物品打印完成，则流程结束。
本实施例中的激光打印方法用激光逐层熔合粉末19以成形物品，其在打印中，实时控制粉末19成形时的总能量E总恒定。具体地，通过实时调节激光注入能量E1，使得激光注入能量E1与粉末19在接收激光能量前的当前能量E0反相关，以使激光注入能量E1和粉末19在接收激光能量前的当前能量E0之和构成的总能量E总恒定。本实施例中，打印各层分别控制激光注入能量E1随当前能量E0变化，使得各层的总能量E总均保持恒定，从而避免现有技术中打印时出现热累积影响物品的成形时间乃至最终成形的物品质量的问题，具有良好的工业实用性。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光打印方法，用激光逐层熔合粉末以成形物品，其特征在于：
打印中，实时调节激光注入能量E1，使得激光注入能量E1与粉末在接收激光能量前的当前能量E0反相关，以使激光注入能量E1和粉末在接收激光能量前的当前能量E0之和构成的总能量E总恒定。
2.如权利要求1所述的激光打印方法，其特征在于：
打印中，监测当前打印面的温度T0，并通过T0得出当前能量E0；
通过公式E1＝E总-E0得到所需的激光注入能量E1，并按值E1控制激光注入能量。
3.如权利要求2所述的激光打印方法，其特征在于：
通过T0得出当前能量E0的方法为通过建立打印面的温度场仿真模型的方式估算。
4.如权利要求1-3任一项所述的激光打印方法，其特征在于：
打印各层分别控制所述激光注入能量E1随当前能量E0变化，使得各层的总能量E总均保持恒定。
5.一种激光打印***，其特征在于，包括：
工作台，用于承载粉末和/或成形的物品；
铺粉装置，用于逐层在工作台铺粉末；
激光装置，其用于提供烧结粉末的激光；
温度监测装置，其用于监测当前打印面的温度；
控制器，其连接所述激光装置和所述温度监测装置，并能够在各层打印过程中，接收所述温度监测装置测得的温度T0、通过温度T0得出打印面当前能量E0，进而以E1＝E总-E0控制所述激光装置发出能量E1；其中，E总为预设的总能量。
6.如权利要求5所述的激光打印***，其特征在于：
所述激光装置包括用于产生激光的激光器和能够受控运动以引导激光器产生的激光沿打印面内预设路径移动的扫描镜。
7.如权利要求5所述的激光打印***，其特征在于：
所述控制器包括用于调节发生激光的功率的调节器。
8.如权利要求5所述的激光打印***，其特征在于：
所述温度监测装置采用非接触形式温度测量装置。
9.如权利要求5所述的激光打印***，其特征在于：
所述激光装置采用红外激光装置。
10.如权利要求5所述的激光打印***，其特征在于：
所述铺粉装置采用铺粉辊子。
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