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选区激光熔化成形中扫描振镜系统发展现状与趋势

吴鸿飞  王国伟  沈显峰  陈金明  
【摘要】:主要介绍了用于选区激光熔化成形设备中扫描振镜系统的研究现状与发展趋势。扫描振镜系统因其高速、精确的扫描特性而广泛应用于增材制造成形技术中,成为成形设备的核心部件。从用于选区激光熔化成形设备的激光扫描振镜系统的整体结构设计、结构原理、国内外相关研制单位、现行主要产品及其性能等方面介绍了近年来激光扫描振镜系统的发展现状,并结合当前的发展现状预测了激光扫描振镜系统未来几年的发展趋势。选区激光熔化成形技术是3D打印的一种重要工艺,集成激光、新材料、精密传动、CAD/CAM等技术,理论上可以直接成形几乎任意形状的零件,基本接近于"近净成形"。激光扫描振镜系统是一种用于精确控制激光束方向,并有图形矫正功能的伺服控制系统,具有高精度和高速度的特性,由运动控制卡、高速摆动电机、驱动板、反射镜片和聚焦透镜等组成,在激光加工、激光雷达、激光通信、光学遥感测量等领域有广泛应用。其工作原理是激光器发射激光,光束通过准直、扩束,反射镜片快速改变激光束方向,聚焦透镜使光束聚焦到工作平面上运动,实现零件加工。选区激光熔化成形设备的激光扫描振镜系统主要由美国的GSILumonics公司和德国的Scanlab公司研制。德国Scanlab公司的振镜综合性能最好,售价最高,其次为美国CTI公司生产的振镜,并研制运动控制卡,形成一套完整的激光光束偏转控制系统。国内有多家高校、科研机构和公司从事该系统的研制,多采用物镜前聚焦进行静态扫描,扫描范围小,只能进行小尺寸工件成形,已基本掌握中低端产品的关键技术,但在高性能激光扫描振镜系统的研制方面仍需进一步提高。高精度和实时性是衡量振镜性能的重要指标,要求扫描振镜系统在复杂工作环境下高速稳定运行,并且具有优良的远距离传输和信号抗干扰能力,并通过研究说明和解决亚稳态现象所产生的原因及对加工精度的影响,开发与之相匹配的高性能控制卡,实现扫描振镜模块化设计,从而大幅度提高激光扫描振镜系统的整体工作性能,进而提高选区激光熔化成形设备的工作效率和加工精度已成为最近几年的发展趋势。

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