一种椭圆光斑可变线宽扫描装置的制作方法

本技术属于3d打印机，尤其涉及一种椭圆光斑可变线宽扫描装置。

背景技术：

1、3d打印中sla、sls、slm采用的方式是以振镜反射单束激光，在二维工作平面上进行图像扫描打印。相较于传统减材制造技术而言，3d打印技术是一种先进的快速制造零件的增材制造技术。3d打印技术基础技术成熟之后，开始向更高效率及更高精度的方向发展。

2、为了能够提高打印效率又不降低精度，可以采用的方式是可变光斑系统，轮廓线打印时使用小光斑进行精确打印，填充线打印时使用大光斑，提高激光功率，增加填充线间距，减少填充线数量，从而提高打印效率。基于此，授权公告号为cn215867306u的中国专利公开了一种3d打印机调焦装置，包括外壳，其包括依次设置于外壳内部的光源、聚焦镜组、调焦透镜组以及将扩散的光束调整为平行光束或聚焦光束的光束调整透镜组；所述的光源、聚焦镜组、调焦透镜组和光束调整透镜组的中心位于同一条直线上；所述的光源、聚焦镜组和光束调整透镜组均与外壳固定，调焦透镜组与外壳滑动连接；所述的调焦透镜组包括两个相同的第一凹透镜，第一凹透镜的两面均为凹面。该方案中延续了光学系统的客观规律，一个组镜片负责改变倍率大小，另外一组镜片负责补偿焦距变化值，实现光斑大小变化。

3、但是，采用上述装置时，如果要实现倍率实时动态改变，就需要使用高频的直线电机来驱动镜片，如使用音圈电机分别驱动两片镜片，由两片镜片分别做高频运动，相互配合来完成倍率变化。这种结构在实际使用中，这种方案有很大局限性：1、打印中焦点失焦，两个镜片均可能是原因，找出具体哪个镜片问题比较困难；2、初始安装时调试倍率，由于两个镜片均能影响焦距和倍率，因此准确的倍率必须依赖于准确的焦距，由于3d打印光路中的成像光束数值孔径很小，常规值为na0.01左右，导致其焦点处的高斯光束瑞利距离很长，在调制夹具中很难找到其精确的焦点，焦点的偏差会导致倍率的值也出现偏差，因此在初装机时焦距对倍率的准确值会造成影响；3、需要两台音圈电机配合驱动两片镜片，对音圈电机移动镜片的精度要求极高，故障率高，光斑大小调节不灵活。综上所述，对于此类可变光斑系统，要求光路对于打印光斑进行大小调节，因此光路系统会更加复杂，对于打印可靠性要求极高的3d打印，无疑会增加故障率。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种椭圆光斑可变线宽扫描装置，以解决现有通过改变光斑大小改变打印线宽的方法存在的焦距对倍率不准确、对设备精度要求高、光斑大小调节不灵活、故障率高等问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

3、本实用新型涉及一种椭圆光斑可变线宽扫描装置，其包括激光器、设置在激光器发射的激光的光路上的椭圆光斑成型调节机构、xy轴振镜、聚焦镜和打印工作面；所述的椭圆光斑成型调节机构包括凹柱面透镜、凸柱面透镜和镜筒，凹柱面透镜和凸柱面透镜按照激光光路方向依次固定于镜筒内，且凹柱面透镜和凸柱面透镜平行间隔设置，凹柱面透镜最薄位置所在的直线与凸柱面透镜最厚位置所在的直线的方向相同；所述的镜筒配有用于驱动其按照轴心旋转的驱动机构。

4、优选地，所述的聚焦镜为成像透镜，成像透镜设置于椭圆光斑成型调节机构和xy轴振镜之间。

5、优选地，所述的聚焦镜为ftheta场镜，ftheta场镜设置于xy轴振镜和打印工作面之间。

6、优选地，所述的凹柱面透镜的凹面面向激光器一侧。

7、优选地，所述的凸柱面透镜的凸面背向激光器一侧。

8、采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

9、1.本实用新型涉及的椭圆光斑可变线宽扫描装置通过椭圆光斑成型调节机构将截面为圆形的激光光束调整为截面为椭圆形的激光光束，再根据所需打印线宽旋转镜筒，使得椭圆形激光光束的角度发生改变，进而匹配打印线宽，不使用光学变焦系统，而是使用固定的光斑即可实现不同粗细的线条扫描打印，减少了变焦机构，结构更为简单，对于3d打印来说工艺参数更加方便灵活调节。

10、2.本实用新型涉及的椭圆光斑可变线宽扫描装置通过椭圆光斑成型调节机构将截面为圆形的激光光束调整为截面为椭圆形的激光光束，即将圆形光斑的沿着一条直径进行了拉伸，使得光斑的面积更大，有助于提高打印效率。

技术特征：

1.一种椭圆光斑可变线宽扫描装置，其特征在于：其包括激光器、设置在激光器发射的激光的光路上的椭圆光斑成型调节机构、xy轴振镜、聚焦镜和打印工作面；所述的椭圆光斑成型调节机构包括凹柱面透镜、凸柱面透镜和镜筒，凹柱面透镜和凸柱面透镜按照激光光路方向依次固定于镜筒内，且凹柱面透镜和凸柱面透镜平行间隔设置，凹柱面透镜最薄位置所在的直线与凸柱面透镜最厚位置所在的直线的方向相同；所述的镜筒配有用于驱动其按照轴心旋转的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的椭圆光斑可变线宽扫描装置，其特征在于：所述的聚焦镜为成像透镜，成像透镜设置于椭圆光斑成型调节机构和xy轴振镜之间。

3.根据权利要求1所述的椭圆光斑可变线宽扫描装置，其特征在于：所述的聚焦镜为ftheta场镜，ftheta场镜设置于xy轴振镜和打印工作面之间。

4.根据权利要求1所述的椭圆光斑可变线宽扫描装置，其特征在于：所述的凹柱面透镜的凹面面向激光器一侧。

5.根据权利要求1所述的椭圆光斑可变线宽扫描装置，其特征在于：所述的凸柱面透镜的凸面背向激光器一侧。

技术总结
本技术公开了一种椭圆光斑可变线宽扫描装置，属于3D打印机技术领域，其包括激光器、设置在激光器发射的激光的光路上的椭圆光斑成型调节机构、XY轴振镜、聚焦镜和打印工作面；所述的椭圆光斑成型调节机构包括凹柱面透镜、凸柱面透镜和镜筒，凹柱面透镜和凸柱面透镜按照激光光路方向依次固定于镜筒内，且凹柱面透镜和凸柱面透镜平行间隔设置，凹柱面透镜最薄位置所在的直线与凸柱面透镜最厚位置所在的直线的方向相同；所述的镜筒配有用于驱动其按照轴心旋转的驱动机构。该装置不使用光学变焦系统，而是使用固定的光斑即可实现不同粗细的线条扫描打印，减少了变焦机构，结构更为简单，对于3D打印来说工艺参数更加方便灵活调节。

技术研发人员：李兵涛,唐晖,李明之,李奉先,郝兆洲
受保护的技术使用者：爱司凯科技股份有限公司
技术研发日：20230825
技术公布日：2024/3/24