双波长金属3d打印光路装置及3d打印系统
阅读说明：本技术 双波长金属3d打印光路装置及3d打印系统 (Dual-wavelength metal 3D printing light path device and 3D printing system ) 是由 马建立 侯若洪 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种双波长金属3D打印光路装置及3D打印系统。所述装置包括第一激光器、第二激光器、第一准直单元、第二准直单元、双色镜、振镜和场镜；所述第一激光器发出的激光的波长大于所述第二激光器发出的激光的波长；在所述第一激光器发出的激光的前进方向上先后设置有所述第一准直单元、所述双色镜、所述振镜和所述场镜；所述第二激光器发出的激光能经过所述第二准直单元到达所述双色镜；所述双色镜能使所述第二激光器发出的激光的光斑包围所述第一激光器发出的激光的光斑；所述金属对所述第二激光器发出的激光的吸收率大于对所述第一激光器发出的激光的吸收率。所述系统包括所述装置。本发明能实现精细打印。(The invention discloses a dual-wavelength metal 3D printing light path device and a 3D printing system. The device comprises a first laser, a second laser, a first collimation unit, a second collimation unit, a dichroic mirror, a galvanometer and a field lens; the wavelength of the laser light emitted by the first laser is greater than that of the laser light emitted by the second laser; the first collimating unit, the dichroic mirror, the vibrating mirror and the field lens are sequentially arranged in the advancing direction of laser light emitted by the first laser; laser light emitted by the second laser can reach the dichroic mirror through the second collimation unit; the dichroic mirror enables the light spot of the laser emitted by the second laser to surround the light spot of the laser emitted by the first laser; the metal has a higher absorptivity to laser light emitted from the second laser than to laser light emitted from the first laser. The system comprises the device. The invention can realize fine printing.)
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种双波长金属3D打印光路装置及3D打印系统。
背景技术
在3D打印的场景中，铜、铝、金、银等金属对常规的光纤激光器产生的1μm激光的反射率很高，使得3D打印的效果很差。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本发明的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本发明的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本发明的新颖性和创造性。
发明内容
本发明提出一种双波长金属3D打印光路装置及3D打印系统，能实现精细打印，能实现较好的打印效果。
在第一方面，本发明提供一种双波长金属3D打印光路装置，用于金属的3D打印，包括第一激光器、第二激光器、第一准直单元、第二准直单元、双色镜、振镜和场镜；
所述第一激光器发出的激光的波长大于所述第二激光器发出的激光的波长；
在所述第一激光器发出的激光的前进方向上先后设置有所述第一准直单元、所述双色镜、所述振镜和所述场镜；
所述第二激光器发出的激光能经过所述第二准直单元到达所述双色镜；
所述双色镜能使所述第二激光器发出的激光的光斑包围所述第一激光器发出的激光的光斑；
所述金属对所述第二激光器发出的激光的吸收率大于对所述第一激光器发出的激光的吸收率；
所述第二激光器发出的激光用于对所述金属进行加热，使得加热后的所述金属对所述第一激光器发出的激光的吸收率变大；
所述第一激光器发出的激光用于对所述金属进行熔化。
在一些优选的实施方式中，还包括反射镜；
所述反射镜位于所述第二准直单元和所述双色镜之间；或者，所述反射镜位于所述第一准直单元和所述双色镜之间。
在一些优选的实施方式中，所述双色镜能使所述第二激光器发出的激光与所述第一激光器发出的激光同轴。
在一些优选的实施方式中，所述双色镜能将所述第一激光器发出的激光反射至所述振镜；所述第二激光器发出的激光能透射所述双色镜到达所述振镜。
在一些优选的实施方式中，所述双色镜能将所述第二激光器发出的激光反射至所述振镜；所述第一激光器发出的激光能透射所述双色镜到达所述振镜。
在一些优选的实施方式中，所述第一激光器为光纤激光器。
在一些优选的实施方式中，所述光纤激光器发出的激光的波长为1μm。
在一些优选的实施方式中，所述第二激光器为蓝光激光半导体激光器。
在一些优选的实施方式中，所述第一准直单元和所述第二准直单元均为准直镜。
在一些优选的实施方式中，所述金属包括铜、铝、金和银中的至少一者。
在第二方面，本发明提供一种3D打印系统，其包括上述装置。
与现有技术相比，本发明的实施例的有益效果包括：
双色镜使第二激光器发出的激光的光斑包围第一激光器发出的激光的光斑，激光经过振镜和场镜，那么第二激光器发出的激光照射的区域就较大，升高金属的温度；加热后的金属对第一激光器发出的激光的吸收率随温度升高而变大，那么金属温度的升高就能增加金属对第一激光器产生的激光的吸收率，而第一激光器产生的激光可以迅速熔化金属，能实现精细打印，能实现较好的打印效果。
附图说明
图1为本发明一个实施例的双波长金属3D打印光路装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的合束激光的光斑的示意图；
图3为本发明一个实施例的双波长金属3D打印光路装置的变型方式的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图3及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例提供一种双波长金属3D打印光路装置和一种3D打印系统。本实施例的3D打印系统包括本实施例的双波长金属3D打印光路装置。
本实施例的双波长金属3D打印光路装置用于金属的3D打印，包括但不限于用于铜、铝、金和银的3D打印，具体是通过激光照射粉末状的金属来实现3D打印。
参考图1，本实施例的双波长金属3D打印光路装置包括第一激光器1、第二激光器2、第一准直单元3、第二准直单元4、双色镜5、振镜6(也可称为振镜系统)和场镜7。
第一激光器1发出的激光的波长大于第二激光器2发出的激光的波长。
在本实施例中，第一激光器1为光纤激光器，发出的激光的波长为1μm。第一激光器1发出的激光的光束质量优良，但金属对其发出的激光的吸收率较低，比如发出的激光的波长为1080nm。
在本实施例中，第二激光器2为蓝光激光半导体激光器(也称为蓝光LD(Laserdiode)激光器)，为短波长激光器。蓝光激光半导体激光器发出的激光波长是小于1μm的。第二激光器2发出的激光的光束质量差，比如发出的激光的波长为450nm的蓝光LD，但金属对其的吸收率较高。
在其他实施例中，可以根据实际情况决定第一激光器1和第二激光器2的具体形式，只要能实现本实施例的目的即可。
在本实施例中，第一准直单元3和第二准直单元4均为准直镜。在其他实施例中，可以根据实际情况决定第一准直单元3和第二准直单元4的具体形式，只要能实现本实施例的目的即可。
参考图1，在第一激光器1发出的激光的前进方向100上先后设置有第一准直单元3、双色镜5、振镜6和场镜7；其中，前进方向100可以是曲折的。参考图1，在前进方向100上，第一准直单元3设置在第一激光器1的后面，双色镜5设置在第一准直单元3的后面，振镜6设置在双色镜5的后面，场镜7设置在振镜6的后面。如此，从第一激光器1发出的激光先到达第一准直单元3，然后是双色镜5，然后到达振镜6，经过振镜6后到达场镜7。
参考图1第二激光器2发出的激光经过第二准直单元4后到达双色镜5。第二激光器2与第一激光器1共用双色镜5、振镜6和场镜7。如此，第二激光器2发出的激光也能到达振镜6和场镜7。
双色镜5能使第二激光器2发出的激光的光斑20包围第一激光器1发出的激光的光斑10。参考图2，光斑10位于光斑20的内部。在本实施例中，双色镜5是使第二激光器2发出的激光与第一激光器1发出的激光同轴，也就是光斑10与光斑20同轴。
双色镜5能对一种激光进行反射，对另一种激光进行透射。参考图2，具体到本实施例是对第一激光器1发出的激光进行反射，对第二激光器2发出的激光进行透射；如此，双色镜5能将第一激光器1发出的激光反射至振镜6，第二激光器2发出的激光则透射双色镜5到达振镜6。或者，参考图3，双色镜5对第二激光器2发出的激光进行反射，对第一激光器1发出的激光进行透射；如此，双色镜5将第二激光器2发出的激光反射至振镜6，第一激光器1发出的激光则透射双色镜5到达振镜6。
参考图1，双色镜5是与水平方向成第一指定夹角比如45°夹角而设置的。在第二准直单元4和双色镜5之间设置有反射镜8。反射镜8起到光路转折的作用，将从第二准直单元4出射的激光反射至双色镜5。反射镜8与水平方向所成的第二指定夹角与前述第一指定夹角相等，使得第一激光器1发出的激光能与第二激光器2发出的激光合成一束合束激光200向前传播。
在其他实施例中，反射镜8可以是位于第一准直单元3和双色镜5之间，将从第一准直单元3出射的激光反射至双色镜5。
在其他实施例中，反射镜8是可选的，比如第二准直单元4直接将激光传播至双色镜5。
本实施例的金属对第一激光器1发出的激光的吸收率随温度升高而变大。此外，本实施例的金属对第二激光器2发出的激光的吸收率大于对第一激光器1发出的激光的吸收率。
第二激光器2发出的激光是对本实施例的金属进行加热，不对本实施例的金属进行熔化。第一激光器1发出的激光则是对本实施例的金属进行熔化。第二激光器2的主要作用是使材料也即金属升温，金属升温后对第一激光器1发出的激光比如红外光的吸收率也会增加，从而使得第一激光器1发出的激光容易被金属吸收。
参考图1，第一激光器1发出的激光透过第一准直单元3后照射在双色镜5的反射面51；第二激光器2发出的激光透过第二准直单元4照射在反射镜8的表面，由反射镜8反射至双色镜5的透射面52；两束激光经过双色镜5后合在一起作为合束激光200向前传播，其中，第二激光器2发出的激光的光斑20包围第一激光器1发出的激光的光斑10；合束激光200照射至振镜6，然后照射至场镜7，对扫描面300上的金属进行照射，实现3D打印。
铜、铝、金、银等金属对常规的光纤激光器(第一激光器1)产生的1μm激光的反射率很高，使3D打印的效果很差；但这些金属对短波长的激光的吸收率较高，理论上可以获得较好3D打印效果。但是短波长的激光比如蓝光LD(第二激光器2)是多模激光，光束质量差，很难做精细打印。
由于这些金属的吸收率是随温度变化的，当金属的温度较高时，其吸收率也会增大，使光纤激光器(第一激光器1)产生的1μm激光容易被金属吸收。本实施例是利用双波长激光的共同作用。蓝光LD(第二激光器2)发出的蓝光多模激光照射的区域较大，但不熔化金属粉末，只升高金属粉末的温度，增加金属粉末对光纤激光器(第一激光器1)产生的1um波长激光的吸收率，而光纤激光器(第一激光器1)产生的1μm激光可以迅速熔化金属粉末，能实现精细打印，具有较好的打印效果。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。