【3D部落技術(shù)干貨】SLM技術(shù)核心—激光掃描技術(shù)涉及的問題及解決方案

金屬3D打印技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性技術(shù)，涉及到多個學(xué)科，有很多技術(shù)問題值得探討和交流，SLM Solutions作為全球知名的金屬3D打印廠商，其中國首家專業(yè)代理商上海三的部落，近日對SLM技術(shù)核心—激光掃描技術(shù)涉及的問題及解決方案進(jìn)行了交流。

在各類型激光掃描技術(shù)中，振鏡式激光掃描是目前廣泛采用的一種激光掃描方式。它具有高速、高精度、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，但存在光斑焦點(diǎn)不在加工面上的聚焦誤差問題。另外，振鏡式激光掃描存在掃描圖形的線性失真和非線性失真，特別是當(dāng)掃描區(qū)域較大時，嚴(yán)重影響了激光掃描的圖形精度及加工質(zhì)量。

那么這些問題如何解決呢？我們先來了解一下振鏡掃描的工作原理振：振鏡式掃描系統(tǒng)采用高速往復(fù)伺服電動機(jī)帶動X與Y兩片微小反射鏡片協(xié)調(diào)偏轉(zhuǎn)反射激光束來達(dá)到光斑在整個平面上掃描的目的。其不同于一般的機(jī)械式掃描系統(tǒng)：采用絲桿的傳動帶動掃描頭在二維平面上來回運(yùn)動完成掃描，由于是機(jī)械式的，所以掃描系統(tǒng)的慣性大，掃描響應(yīng)速度慢。

振鏡掃描時面臨的典型問題：

枕型失真
當(dāng)掃描鏡在工作面上掃描一個矩形時，它得到的實(shí)際軌跡是并非一個標(biāo)準(zhǔn)矩形，而是如圖所示枕形
雙振鏡掃描會引起單軸的枕型誤差，誤差是由映射到平面時不是一一對應(yīng)的線性關(guān)系，是一種原理性誤差。

解決方案
由于產(chǎn)生的畸變在X和Y兩個方向上不是一致的，所以不能采用常規(guī)透鏡的辦法來矯正的，可以通過畸變公式軟件的方法來修正合理的描述理想圖和畸變圖之間的地址映射關(guān)系的平面坐標(biāo)變換方法能很好地解決這個問題。

聚焦誤差
在介紹解決方案前我們先給大家介紹一個重要的概念：焦平面。這是指在聚束過程中，激光會成一個漏斗狀的光路，這是的橫截面就是焦平面，也就是常說的光斑直徑。

高精度的掃描場合中，為了獲得較好的掃描效果，需要求工作臺面的光斑半徑控制在一定范圍內(nèi)（范圍因掃描設(shè)備不同而參數(shù)不同）。在掃描范圍內(nèi)的任意位置，激光束都要求能很好的聚焦。

那么在振鏡掃描系統(tǒng)中這個更典型的誤差就是來自焦平面，在激光通過XY振晶后，焦平面是一個球平面，請見下圖：

解決方案
那么怎么才能在成型平臺上，獲得平整統(tǒng)一的光斑呢？應(yīng)用較廣的解決辦法有兩種。

1.  用F-theta透鏡對聚焦畸變進(jìn)行校正

這種方法只適合較小的工作臺面的激光掃描加工, 若在較大工作臺面上
掃描時, F-theta 透鏡尺寸大、成本高，且越靠近邊緣補(bǔ)償效果越差。

2.  更優(yōu)異的三維動態(tài)聚焦技術(shù)

動態(tài)聚焦振鏡激光掃描系統(tǒng)一般是采用上層應(yīng)用軟件和下層驅(qū)動軟件控制。由于采用開環(huán)控制,所以在運(yùn)動過程中要求實(shí)現(xiàn)三軸同步。

驅(qū)動振鏡的伺服電機(jī)是由模擬電壓驅(qū)動的。依據(jù)光學(xué)杠桿原理設(shè)計(jì)動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)光學(xué)模型，激光束經(jīng)動態(tài)聚焦系統(tǒng)再經(jīng)兩次鏡面反射到達(dá)掃描場。在伺服電機(jī)的驅(qū)動下,動態(tài)聚焦鏡在光路方向上做往復(fù)直線運(yùn)動,實(shí)時補(bǔ)償聚焦誤差,從而保證光斑焦點(diǎn)的掃描場與工作場誤差得到補(bǔ)償。

動態(tài)聚焦技術(shù)是近年來興起的激光掃描聚焦誤差補(bǔ)償技術(shù)，有更有效的和更精準(zhǔn)的補(bǔ)償效果，并且支持的視場更大，價格上也相對來說更加昂貴。

SLM設(shè)備就采用三維動態(tài)聚焦系統(tǒng)，可以達(dá)到精準(zhǔn)的激光控制，大大提升打印質(zhì)量，我們可以通過以下視頻清晰的了解到三維動態(tài)聚焦系統(tǒng)的構(gòu)造及過程。

來源：三的部落