一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率-金属3D打印工厂

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率-金属3D打印工厂插图

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导读:近日,3D打印技术参考获得一条读者的信息,一家名为Tecnica的公司提出了一种新的无透镜光学扫描系统,消除了X和Y轴振镜,同时增加了固定反射镜以及旋转反射镜,从而将SLS和SLM的扫描打印速度提升了近三倍。与此同时,Tecnica指出,这种新的光学系统消除了传统光学振镜系统的很多固有不足。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

3D打印技术参考查询了光学集团和服务公司F-THETA对传统光学扫描系统的介绍。在典型的二维扫描系统中,激光被准直以后经过XY轴的反射后进入聚焦透镜,光束将被聚焦镜头聚焦在工作平面上。XY轴的旋转,使得激光在聚焦平面内移动。激光聚焦光斑的大小有聚焦透镜决定,这个透镜也就是我们通常称之为场镜的F-THETA透镜。构件尺寸较小的金属3D打印机所采用的就是这种光学设计。

随着扫描范围的增加,激光扫描振镜的尺寸要求也相应增大,光束的直径也增大,这样才能保证较大的NA,由此光束可以获得更小的衍射极限,从而获得小光斑聚焦。当然,由此产生的F-theta扫描场镜的制造成本也相应增加。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

基于X和Y轴振镜的扫描系统

针对以上这种情况,可以考虑使用三维扫描系统的解决方案,这时,XY二维扫描振镜定位在聚焦镜后面,因为光束并不需要在镜头上移动,因此F-theta透镜不需要太大。当然这种情况无法获得平场效果。如果要获得平场,第三个方向Z轴就需要进行线性的移动。

典型的激光系统采用伽利略望远镜的形式来获得需要的光学系统NA。在入射镜片和聚焦物镜之间的距离决定了系统的焦距。通过改变入射镜片,就能够决定聚焦的位置,如下图所示。通过三维的调节,最终可以获得平场的效果,这便是如今大尺寸SLM技术所使用的动态聚焦系统。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

动态聚焦系统

当前主流的SLM技术均采用以上两种光学系统,但这套系统如今受到了来自Seurat的挑战,其独特的光学设计将200多万个激光点融合为一束激光,每个激光点的能量均可以通过切片图像的像素设计控制能量,一次可以实现2×2mm甚至15×15mm的区域曝光熔化,此举大大提高了成型效率。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

Seurat区域金属3D打印过程

根据Tecnica的相关资料,所有SLS/SLM 3D打印机制造商都使用相同的核心技术——检流计——来引导激光束到达打印表面。检流计具有固有缺陷,无法精确控制提供给打印表面每个点的能量。这使得表面温度难以控制,从而导致零件多孔且内部不均匀。尤其是需要非常精确地控制打印温度的高质量金属部件,目前的技术仍然存在困难。与此同时,当需要高分辨率、高质量的打印时,定位和速度的不对称和非线性使得调制变得更具挑战性:光束入射因体素位置而异,光束垂直与偏转于表面,会导致熔池的差异。

3D打印技术参考认为,Tecnica所指出的这些科学问题,在工程使用过程中也获得了高质量部件。但对于一些缺陷的形成,Tecnica所提出的问题也值得参考。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

Tecnica推出的Øgon光学系统

Tecnica推出了名为Øgon的架构,这时一种无透镜光学扫描系统,消除了X和Y轴振镜,同时增加了固定反射镜以及旋转反射镜由于其独特特性,确保了一致的能量传输和激光束在表面上精确定位:激光束总是以相同的距离到达打印表面上的每个点,因此能够在每个点均能准确聚焦,精确加热表面上所需的点,而不会加热到周围的区域。激光束始终垂直于表面,因此表面上的光束形状不会失真。

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

Tecnica Øgon光学系统

一种无X/Y轴振镜的新光学扫描系统,极大提高3D打印效率

Tecnica Øgon光学反射镜

Tecnica认为凭借Øgon的精确度以及精确的能量和温度调节,可以实现最终零件生产中所需的可重复的高质量、同质性和强度,尤其是在金属3D打印方面。

Tecnica的Øgon打印头设计简单,无需使用基于检流计的复杂解决方案,因此提供了更强大且更具成本效益的解决方案。

使用Øgon光学系统,Tecnica设计和制造了SLS/SLM 3D打印机,该公司认为新打印机能够以制造最终用途零件所需的速度和成本效率生产出一致、高强度的零件,而不仅仅是原型制作。

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

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