SLM激光扫描技术常见问题与解决

3D工场•2018-02-01 17:08:37

金属3d打印技术是一项复杂的综合性技术，涉及到多个学科，有很多技术问题值得探讨和交流，SLM Solutions作为全球知名的金属3D打印厂商，其中国首家专业代理商上海三的部落，近日对SLM技术核心—激光扫描技术涉及的问题及解决方案进行了交流。

在各类型激光扫描技术中，振镜式激光扫描是目前广泛采用的一种激光扫描方式。它具有高速、高精度、性能稳定等优势，但存在光斑焦点不在加工面上的聚焦误差问题。另外，振镜式激光扫描存在扫描图形的线性失真和非线性失真，特别是当扫描区域较大时，严重影响了激光扫描的图形精度及加工质量。

那么这些问题如何解决呢？我们先来了解一下振镜扫描的工作原理振：振镜式扫描系统采用高速往复伺服电动机带动X与Y两片微小反射镜片协调偏转反射激光束来达到光斑在整个平面上扫描的目的。其不同于一般的机械式扫描系统：采用丝杆的传动带动扫描头在二维平面上来回运动完成扫描，由于是机械式的，所以扫描系统的惯性大，扫描响应速度慢。

  振镜扫描时面临的典型问题：

  枕型失真
  当扫描镜在工作面上扫描一个矩形时，它得到的实际轨迹是并非一个标准矩形，而是如图所示枕形
双振镜扫描会引起单轴的枕型误差，误差是由映射到平面时不是一一对应的线性关系，是一种原理性误差。

  解决方案
由于产生的畸变在X和Y两个方向上不是一致的，所以不能采用常规透镜的办法来矫正的，可以通过畸变公式软件的方法来修正合理的描述理想图和畸变图之间的地址映射关系的平面坐标变换方法能很好地解决这个问题。

  聚焦误差
  在介绍解决方案前我们先给大家介绍一个重要的概念：焦平面。这是指在聚束过程中，激光会成一个漏斗状的光路，这是的横截面就是焦平面，也就是常说的光斑直径。

高精度的扫描场合中，为了获得较好的扫描效果，需要求工作台面的光斑半径控制在一定范围内（范围因扫描设备不同而参数不同）。在扫描范围内的任意位置，激光束都要求能很好的聚焦。

那么在振镜扫描系统中这个更典型的误差就是来自焦平面，在激光通过XY振晶后，焦平面是一个球平面，请见下图：

  解决方案
  那么怎么才能在成型平台上，获得平整统一的光斑呢？应用较广的解决办法有两种。

  1.  用F-theta透镜对聚焦畸变进行校正

  这种方法只适合较小的工作台面的激光扫描加工, 若在较大工作台面上扫描时, F-theta 透镜尺寸大、成本高，且越靠近边缘补偿效果越差。

2.  更优异的三维动态聚焦技术

   动态聚焦振镜激光扫描系统一般是采用上层应用软件和下层驱动软件控制。由于采用开环控制,所以在运动过程中要求实现三轴同步。

   驱动振镜的伺服电机是由模拟电压驱动的。依据光学杠杆原理设计动态聚焦扫描系统光学模型，激光束经动态聚焦系统再经两次镜面反射到达扫描场。在伺服电机的驱动下,动态聚焦镜在光路方向上做往复直线运动,实时补偿聚焦误差,从而保证光斑焦点的扫描场与工作场误差得到补偿。

动态聚焦技术是近年来兴起的激光扫描聚焦误差补偿技术，有更有效的和更精准的补偿效果，并且支持的视场更大，价格上也相对来说更加昂贵。

SLM设备就采用三维动态聚焦系统，可以达到精准的激光控制，大大提升打印质量，我们可以通过以下视频清晰的了解到三维动态聚焦系统的构造及过程。（文章来源网络）

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