第二輔助燒結子區(qū)72，由10個較小的正方形和長方形組成的離焦光斑組成，功率密度相對較低，照射在粉末層上產(chǎn)生的溫度也相對較低；其中，處在中間的為主燒結區(qū)6面積最小，由6個離焦光斑組成，功率密度相對最高，照射在粉末層上產(chǎn)生的溫度也相對最高，主要起到粉末燒結的作用。
[0079]由右向左的5個功率密度光斑排列的次序與實施例二相同，因此在燒結過程中，燒結帶內部粉末的受熱-冷卻過程也與實施例二一致。最初照射到粉末層之上的是整體光斑右側的第一輔助燒結子區(qū)71，粉末受到預熱，隨后是整體光斑右側的第二輔助燒結子區(qū)72照射到粉末之上，粉末進一步加熱，當整體光斑中間的主燒結區(qū)I照射到粉末之上時，粉末燒結。粉末燒結后的降溫過程中，仍會受到整體光斑左側的第二輔助燒結子區(qū)72、第一輔助燒結子區(qū)71再次照射，從右到左5個光斑區(qū)域對粉末的加熱能力是先依次增加后依次減小的，每一片被光斑掃過的區(qū)域，其中的粉末都會被5個光斑區(qū)域依次掃過，這會使被燒結粉末在預熱-燒結過程，燒結-冷卻過程中都能夠獲得一個梯度溫度變化過程。
[0080]此外，燒結帶內被燒結粉末與上部及下部燒結帶外部粉末之間的溫度梯度也得到有效降低。當光斑由左向右行進時，形成的燒結帶如圖10所示。第一輔助燒結子區(qū)71所覆蓋的區(qū)域最寬，第二輔助燒結子區(qū)72所覆蓋的寬度次之，主燒結區(qū)6所覆蓋的區(qū)域最小。在燒結帶兩側形成高溫-中溫-低溫-常溫的溫度梯度，結合前述的光斑前后溫度梯度，可使被燒結粉末與四周的粉末間溫度差縮小，有利于減小因溫差過大、收縮劇烈而造成的燒結層翹曲、成球等燒結質量問題。
[0081]由于陣列式LD排列以及單顆焦距的可調整特性，本實施例三可以組合出多種多樣的功率密度梯度光斑，可根據(jù)設計及實際情況的需求進行定制，主燒結區(qū)的形狀可以是圓形、橢圓、矩形或其他任意形狀，溫度梯度可設為兩級、三級、四級或更多層級。具體地，還可以設計成如圖9b與圖9c所示梯度功率光斑陣列。如圖9b所示的梯度功率光斑陣列，第一輔助燒結子區(qū)71所占區(qū)域面積最大，分列于整體光斑的靠外兩側，每側的區(qū)域由4個離焦光斑組成，光斑的功率密度相對最低，照射在粉末層上產(chǎn)生的溫度也相對最低；第二輔助燒結子區(qū)72所覆蓋的面積小于前者，分列于整體光斑的靠內部兩側，每側的區(qū)域由4個離焦光斑組成，光斑的功率密度要大于第一輔助燒結子區(qū)71 ;主燒結區(qū)6位于整體光斑的中間，由6個聚焦光斑組成，光功率密度最大，照射在粉末層上產(chǎn)生的溫度會更高，主要起到粉末燒結的作用。如圖9c所示為的梯度光斑陣列，包括第一燒結子區(qū)域71、環(huán)狀第二燒結子區(qū)域72和73、環(huán)狀第三燒結子區(qū)域74及主燒結區(qū)6，其中，主燒結區(qū)6位于整體光斑的中間，每一區(qū)域都由多個正八邊形的光斑組成。每一個光斑單元的大小，并不局限于本實施例，可根據(jù)實際所需進行設計。本實施例中的光斑梯度排列，為光學模塊形成聚焦或離焦區(qū)域來控制，這里也可以運用本發(fā)明激光裝置的其他控制方法來控制，這里不作具體的限制。
[0082]本發(fā)明還公開了一種激光燒結的方法，圖11所示為本方法的流程圖，本方法包括以下步驟:
[0083]步驟S101，將待燒結的粉末平鋪在粉末床上形成粉末層，開啟激光裝置發(fā)射激光束，并在粉末層表面形成功率密度呈梯度分布的光斑，所述光斑包括主燒結區(qū)和輔助燒結區(qū)；
[0084]步驟S102，設定光斑的功率、行進速度和路徑，使得光斑的輔助燒結區(qū)和主燒結區(qū)依次掃過粉末層上的待燒結粉末，處于主燒結區(qū)的粉末被快速加熱到可相互熔合的溫度，光斑沿著橫跨粉末層的連續(xù)直線反復掃描得到一個粉末燒結層；
[0085]步驟S103，
[0086]在粉末燒結層之上繼續(xù)疊加一層新的粉末，激光束繼續(xù)按照程序重復掃描燒結，粉末層反復疊加燒結熔合，直到得到所需尺寸的燒結體。
[0087]本方法采用LD陣列構建光源，可以通過調整激光光斑的聚焦和離焦、光斑的大小、光斑的排列方式等，得到具有功率密度梯度特點的整體光斑，改變了以往激光燒結技術采用的單一光束激光光源的方式，可以有效改善激光燒結中易出現(xiàn)的卷曲、成球等燒結缺陷。
[0088]上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種激光裝置，其特征在于，包括一控制單元、一支架和多個激光二極管單元，所述多個激光二極管單元設置在所述支架上，所述控制單元控制所述激光裝置出射的激光束形成功率密度呈梯度分布的光斑。2.如權利要求1所述的激光裝置，其特征在于，所述多個激光二極管單元在所述支架上呈梯度排列，且每個激光二極管單元的功率相同。3.如權利要求1所述的激光裝置，其特征在于，所述多個激光二極管單元在所述支架上均勻排列，且劃分為功率呈梯度分布的多個單元組。4.如權利要求1所述的激光裝置，其特征在于，所述多個激光二極管單元的位置可調，并通過調整所述激光二極管單元的位置來控制光斑的梯度分布。5.如權利要求4所述的激光裝置，其特征在于，所述支架設有活動件，用以自動調節(jié)所述激光二極管單元到支架底部的距離。6.如權利要求1所述的激光裝置，其特征在于，所述控制單元實現(xiàn)對多個激光二極管單元的統(tǒng)一控制、分組控制或者單獨控制。7.如權利要求1所述的激光裝置，其特征在于，所述激光裝置還包括光學模塊，所述光學模塊包括調焦模組，實現(xiàn)對激光光斑功率及大小的調節(jié)。8.如權利要求1所述激光裝置，其特征在于，所述激光二極管單元為藍色激光二極管單元。9.一種激光燒結裝置，包括:激光裝置、粉末層以及粉末床，其特征在于， 所述激光裝置出射的激光在所述粉末層上形成功率密度呈梯度分布的光斑，其中， 所述光斑中激光功率密度最大的區(qū)域，為主燒結區(qū)；所述主燒結區(qū)鄰接至少一個輔助燒結區(qū)，所述輔助燒結區(qū)的功率密度小于主燒結區(qū)，用以在粉末層的燒結部位與待燒結粉末區(qū)或者燒結部位與已燒結區(qū)之間形成預設的溫度梯度。10.如權利要求9所述激光燒結裝置，其特征在于，所述輔助燒結區(qū)包括功率密度遞減的輔助燒結子區(qū)，所述主燒結區(qū)與輔助燒結區(qū)中功率密度最大的輔助燒結子區(qū)鄰接； 所述輔助燒結子區(qū)的面積隨功率密度的增大而減小，所述主燒結區(qū)的面積小于每一個輔助燒結子區(qū)的面積。11.如權利要求9所述激光燒結裝置，其特征在于，所述主燒結區(qū)的形狀為圓形、橢圓、矩形或其他形狀。12.如權利要求9所述激光燒結裝置，其特征在于，所述光斑的主燒結區(qū)為聚焦光斑或者離焦光斑；所述輔助燒結區(qū)為聚焦光斑或者離焦光斑。13.如權利要求9所述激光燒結裝置，其特征在于，所述功率密度呈梯度分布的光斑，為多個激光光斑單元組合而成的組合光斑。14.如權利要求13所述激光燒結裝置，其特征在于，所述組合光斑中的多個激光光斑單元呈梯度排列，且每個激光光斑單元的功率密度相同。15.如權利要求13所述激光燒結裝置，其特征在于，所述組合光斑包括功率密度呈梯度分布的光斑模塊，每個光斑模塊包括數(shù)量相同且均勻排列的激光光斑單元。16.如權利要求15所述激光燒結裝置，其特征在于，所述激光燒結裝置可以實現(xiàn)對激光光斑單元或光斑模塊的單獨調節(jié)，從而實現(xiàn)對整個光斑整體的調節(jié)。17.—種激光燒結方法，包括以下步驟: 將待燒結的粉末平鋪在粉末床上形成粉末層，開啟激光裝置發(fā)射激光束，并在粉末層表面形成功率密度呈梯度分布的光斑，所述光斑包括主燒結區(qū)和輔助燒結區(qū)； 設定光斑的功率、行進速度和路徑，使得光斑的輔助燒結區(qū)和主燒結區(qū)依次掃過粉末層上的待燒結粉末，處于主燒結區(qū)的粉末被快速加熱到可相互熔合的溫度，光斑沿著橫跨粉末層的連續(xù)直線反復掃描得到一個粉末燒結層。18.如權利要求17所述激光燒結方法，還包括以下步驟: 在粉末燒結層之上繼續(xù)疊加一層新的粉末，激光束繼續(xù)按照程序重復掃描燒結，粉末層反復疊加燒結熔合，直到得到所需尺寸的燒結體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光裝置、激光燒結裝置及方法，其中激光裝置包括：一控制單元、一支架和多個激光二極管單元，多個激光二極管單元設置在所述支架上，控制單元控制所述激光裝置出射的激光束形成功率密度呈梯度分布的光斑。本發(fā)明采用LD陣列構建光源，可以通過調整激光光斑的聚焦或離焦、光斑的大小、光斑的排列方式等，得到具有功率密度梯度特點的整體光斑，改變了以往激光燒結技術采用的單一光束激光光源的方式，可以有效改善激光燒結中易出現(xiàn)的卷曲、成球等燒結缺陷。
【IPC分類】H01S5/06, B22F3/105
【公開號】CN105268969
【申請?zhí)枴緾N201410347603
【發(fā)明人】李乾, 陳雨叁
【申請人】深圳市繹立銳光科技開發(fā)有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月21日