菲鐳泰克工業(yè)激光3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)，國產(chǎn)3D打印核心元器件

南極熊導(dǎo)讀：《2021年50家3D打印企業(yè)年營收過1億元，全國超200億》一文發(fā)布后，引起強烈的反響。中國的3D打印正在不斷發(fā)展，在消費級、光固化、金屬等領(lǐng)域高速增長。但是，我們在這個產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，也有薄弱環(huán)節(jié)，容易被“卡脖子”，特別是在一部分核心元器件上，更是普遍依賴進口。于是，南極熊推出《國產(chǎn)3D打印核心元器件》特別專欄文章，并整理收錄進入全球3D打印產(chǎn)品庫https://product.nanjixiong.com/，希望助力國產(chǎn)核心元器件的普及，利用工業(yè)應(yīng)用的力量去反推技術(shù)的進步。

本文我們來了解一下工業(yè)激光3D打印機中所運用到的動態(tài)聚焦系統(tǒng)，動態(tài)聚焦系統(tǒng)的原理是通過對激光器輸出光束進行動態(tài)準(zhǔn)直擴束和聚焦焦距調(diào)制，實現(xiàn)光束在XY振鏡的協(xié)同控制下，精準(zhǔn)的實現(xiàn)三維空間坐標(biāo)點的聚焦。從而實現(xiàn)實時三維空間動態(tài)聚焦的激光加工特點。

一套完整的動態(tài)聚焦系統(tǒng)包含了動態(tài)聚焦振鏡和軟件控制以及協(xié)同傳感器，是一個可以實現(xiàn)閉環(huán)加工工藝落地的智能工作站。在SLS和SLM等選區(qū)增材制造裝備的應(yīng)用工藝中，動態(tài)聚焦系統(tǒng)被大量的引入以增大單頭裝備的加工尺寸和效率。

△菲鐳泰克的產(chǎn)品

蘇州菲鐳泰克激光科技有限公司作為工業(yè)激光3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)領(lǐng)跑者，是中國最早開始獨立的動態(tài)聚焦系統(tǒng)研制和生產(chǎn)銷售的公司之一。公司成立于2014年，先后被評為“江蘇省雙創(chuàng)企業(yè)”，“江蘇省民營科技企業(yè)”和“國家高新技術(shù)企業(yè)”。建立并營運南京理工大學(xué)“企業(yè)研究生工作站”和北京工業(yè)大學(xué)“智能光子研究中心”兩個校企合作平臺。曾獲科技部重點研發(fā)項目“深空探測衛(wèi)星超精密焊接裝備”等國家與省市級科技項目支持。

菲鐳泰克是國內(nèi)一家擁有動態(tài)聚焦鏡、光學(xué)設(shè)計和軟控開發(fā)集于一體的動態(tài)聚焦系統(tǒng)開發(fā)公司。長期致力動態(tài)聚焦系統(tǒng)的應(yīng)用工藝創(chuàng)新，為全球工業(yè)激光用戶提供可全閉環(huán)工藝落地的工藝解決方案。

菲鐳泰克在選區(qū)增材制造SLS和SLM領(lǐng)域的動態(tài)聚焦系統(tǒng)方案：

△基于C30系統(tǒng)配置100W射頻激光器用于SLS方案

△基于F15系統(tǒng)配置500W（1000W）光纖激光器用于SLS和SLM方案

菲鐳泰克推出的動態(tài)聚焦系統(tǒng)C30和F15，標(biāo)準(zhǔn)配置為：動態(tài)聚焦振鏡，控制卡以及可二次開發(fā)的大幅面動態(tài)聚焦控制軟件。提供基于C++和C#的基礎(chǔ)開發(fā)庫，方便系統(tǒng)集成商基于材料加工工藝自主開發(fā)切片和排料工藝總控制系統(tǒng)。

△基于FR15-F（F15）的動態(tài)聚焦系統(tǒng)組成

SLS和SLM市場隨著材料工藝的更新和應(yīng)用流行，產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，迎來爆發(fā)式增長的機會，產(chǎn)業(yè)格局基本形成，工業(yè)級增材制造正在成為主流方向。提高加工效率也成為全球各大廠商追逐的目標(biāo)。

增加打印頭的數(shù)量無疑是最直接有效的方式，目前市面上有看到包括SLM solutions在內(nèi)的很多公司推出了最多12激光器的3D打印裝備�；�于動態(tài)聚焦系統(tǒng)的多頭3D打印裝備目前以雙激光和四激光的比較常見。

菲鐳泰克基于CO2激光器的雙頭并列式SLS 打印系統(tǒng)方案包含鏡像的兩臺C30動態(tài)聚焦系統(tǒng)，兩根150W CO2激光器，兩套板卡和一套雙頭控制軟件。

△用于CO2激光器的鏡像陣列式雙動態(tài)聚焦系統(tǒng)SLS應(yīng)用方案

△用于光纖激光器復(fù)制陣列式雙動態(tài)聚焦SLM應(yīng)用方案

△基于光纖激光器的四頭自標(biāo)定動態(tài)聚焦方案

此外，隨著更大的加工幅面和多頭拼接的方案的大量應(yīng)用，3D打印頭的尺寸校正問題越來越凸顯。通常，工作人員需要花費將近兩周、甚至更長的時間在一套多振鏡激光設(shè)備上的尺寸校正上。

作為工業(yè)激光3D動態(tài)聚焦系統(tǒng)領(lǐng)跑者，菲鐳泰克一直致力于推動多頭振鏡加工工藝的完善，在不斷提升振鏡加工精度的同時，針對大幅米和多頭振鏡協(xié)應(yīng)用尺寸校正難題，開發(fā)了“全自動CCD校正平臺”。

△900X900幅面全自動CCD的校正平臺

通過 “全自動CCD校正平臺”，僅需十幾分鐘即可將在900*900mm的加工幅面下，完成多個振鏡的尺寸校正，保障單臺振鏡校正精度在0.01mm以內(nèi)；多臺振鏡的協(xié)同精度在0.02mm以內(nèi)，幫助系統(tǒng)集成商保證性能同時實現(xiàn)快速交付。

另外在高精度生物陶瓷3D打印中，科學(xué)家嘗試采用基于菲鐳泰克E15-U的后聚焦動態(tài)聚焦系統(tǒng)，配置100X100幅面的遠心掃描場鏡，通過遠心場鏡保障光路垂直入射到材料表面，采用動態(tài)聚焦試試調(diào)節(jié)，保證以掃描場鏡邊緣最遠光程光斑為基準(zhǔn)，動態(tài)調(diào)節(jié)整個幅面內(nèi)的光斑大小一致，很好的解決了生物打印一致性的問題。此方案已在某國家工程實驗室得到很好的驗證。

應(yīng)用此方案的特點是：

1、光路垂直工件表面，光斑形狀一致。
2、以最遠程邊緣光斑為基準(zhǔn)，動態(tài)調(diào)節(jié)全幅面光斑大小相同。
3、通過1和2可保障全幅面內(nèi)光斑功率密度一致。

△搭載遠心場鏡的后聚焦動態(tài)聚焦系統(tǒng)方案示意圖

C30和F15 參數(shù)列表