菲鐳泰克工業(yè)激光3D動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)，國(guó)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?duì)I收過(guò)1億元，全國(guó)超200億》一文發(fā)布后，引起強(qiáng)烈的反響。中國(guó)的3D打印正在不斷發(fā)展，在消費(fèi)級(jí)、光固化、金屬等領(lǐng)域高速增長(zhǎng)。但是，我們?cè)谶@個(gè)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(jìn)口。于是，南極熊推出《國(guó)產(chǎn)3D打印核心元器件》特別專欄文章，并整理收錄進(jìn)入全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)https://product.nanjixiong.com/，希望助力國(guó)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(jìn)步。

本文我們來(lái)了解一下工業(yè)激光3D打印機(jī)中所運(yùn)用到的動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)的原理是通過(guò)對(duì)激光器輸出光束進(jìn)行動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直擴(kuò)束和聚焦焦距調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光束在XY振鏡的協(xié)同控制下，精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)三維空間坐標(biāo)點(diǎn)的聚焦。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維空間動(dòng)態(tài)聚焦的激光加工特點(diǎn)。

一套完整的動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)包含了動(dòng)態(tài)聚焦振鏡和軟件控制以及協(xié)同傳感器，是一個(gè)可以實(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)領(lǐng)跑者，是中國(guó)最早開始獨(dú)立的動(dòng)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(píng)為“江蘇省雙創(chuàng)企業(yè)”，“江蘇省民營(yíng)科技企業(yè)”和“國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)”。建立并營(yíng)運(yùn)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(gè)校企合作平臺(tái)。曾獲科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“深空探測(cè)衛(wèi)星超精密焊接裝備”等國(guó)家與省市級(jí)科技項(xiàng)目支持。

菲鐳泰克是國(guó)內(nèi)一家擁有動(dòng)態(tài)聚焦鏡、光學(xué)設(shè)計(jì)和軟控開發(fā)集于一體的動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)開發(fā)公司。長(zhǎng)期致力動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)C30和F15，標(biāo)準(zhǔn)配置為：動(dòng)態(tài)聚焦振鏡，控制卡以及可二次開發(fā)的大幅面動(dòng)態(tài)聚焦控制軟件。提供基于C++和C#的基礎(chǔ)開發(fā)庫(kù)，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(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)組成

SLS和SLM市場(chǎng)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(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，產(chǎn)業(yè)格局基本形成，工業(yè)級(jí)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(wú)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(dòng)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(tái)C30動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(wèn)題越來(lái)越凸顯。通常，工作人員需要花費(fèi)將近兩周、甚至更長(zhǎng)的時(shí)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(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)領(lǐng)跑者，菲鐳泰克一直致力于推動(dòng)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(shí)，針對(duì)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(dòng)CCD校正平臺(tái)”。

△900X900幅面全自動(dòng)CCD的校正平臺(tái)

通過(guò) “全自動(dòng)CCD校正平臺(tái)”，僅需十幾分鐘即可將在900*900mm的加工幅面下，完成多個(gè)振鏡的尺寸校正，保障單臺(tái)振鏡校正精度在0.01mm以內(nèi)；多臺(tái)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(shí)實(shí)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(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)，配置100X100幅面的遠(yuǎn)心掃描場(chǎng)鏡，通過(guò)遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡保障光路垂直入射到材料表面，采用動(dòng)態(tài)聚焦試試調(diào)節(jié)，保證以掃描場(chǎng)鏡邊緣最遠(yuǎn)光程光斑為基準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)整個(gè)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(wèn)題。此方案已在某國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室得到很好的驗(yàn)證。

應(yīng)用此方案的特點(diǎn)是：

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

△搭載遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡的后聚焦動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)方案示意圖

C30和F15 參數(shù)列表