所公開的是在3D打印過程中使用飛秒激光束檢查3D打印物體的打印質(zhì)量的方法和裝置，以及用于該裝置的3D打印系統(tǒng)。從與3D打印激光源同軸設(shè)置的飛秒激光源輻射激光束，以檢查打印物體的狀態(tài)。由飛秒激光源產(chǎn)生的激光束被分離成泵浦激光束和探測激光束。由3D打印激光源輻射的打印激光束或泵浦激光束輻射到打印物體上，以產(chǎn)生超聲波。為了測量超聲波，將探測激光束輻射到打印物體上。檢測被打印物體反射的探測激光束。通過分析經(jīng)反射的探測激光束來檢查打印物體的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維(3D)打印技術(shù)，更具體地，涉及3D打印過程中使用飛秒激光束檢查3D打印物體的打印質(zhì)量的方法和裝置，以及具有該裝置的3D打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，3D打印是一種生產(chǎn)三維物體的制造技術(shù)。對于三維物體的3D打印，它的處理方式是基于3D模型數(shù)據(jù)處理信息逐層堆疊。3D打印技術(shù)的優(yōu)點是便于實現(xiàn)復(fù)雜的形狀、產(chǎn)品內(nèi)部形成的形狀等。由于這些優(yōu)勢，3D打印技術(shù)作為一種高附加值的技術(shù)受到了人們的關(guān)注，它可以方便地制造各種產(chǎn)品，如各種工業(yè)零件和醫(yī)療材料。

可以通過將3D產(chǎn)品的形狀分為若干個具有均勻或可變厚度的2D橫截面，并形成要逐一堆疊的2D橫截面來執(zhí)行3D打印過程。已知的3D打印方法有多種，諸如材料擠出法、材料噴射法、粘結(jié)劑噴射法、片材層壓法、大桶光聚合法、粉末床熔合法、定向能量沉積(DED)法等。其中，DED法是一種將激光能量施加到金屬粉末或金屬絲材料上進行熔化和融合的方法，與其他方法相比，DED法可以使用便宜的商品材料，在現(xiàn)有的三維形狀上形成疊片，并且與其他方法相比具有卓越的機械性能，因此被廣泛使用。

在根據(jù)DED方法的3D打印中，當將從激光源輻射的激光束輻射到基板上時形成熔池，并且將金屬粉末提供到熔池上以形成疊片。

在3D打印結(jié)構(gòu)中，不可避免地會出現(xiàn)粗糙度為幾微米或更高的粗糙表面。在進行3D打印過程的成形室中，可能會產(chǎn)生諸如灰塵和/或運動產(chǎn)生的振動等不良環(huán)境。由3D打印過程形成的打印物品的物理特性和存在缺陷的相關(guān)信息是決定3D打印質(zhì)量的重要因素。但是，能夠應(yīng)用于3D打印過程的測量技術(shù)非常有限。這是由于打印結(jié)構(gòu)表面的粗糙度、成形室內(nèi)部的惡劣環(huán)境以及數(shù)據(jù)采集和處理速度的限制。尤其是在3D打印過程中，還沒有開發(fā)出通過實時分析測量獲得的信息來檢查打印質(zhì)量的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的實施例提供一種能夠在3D打印過程中使用飛秒激光束測量打印物體的打印狀態(tài)的方法，該方法具有高的空間測量分辨率，并能實時檢查打印物體的打印質(zhì)量。

此外，本發(fā)明的實施例是提供一種用于實現(xiàn)該方法的裝置和具有該裝置的3D打印系統(tǒng)。

在一個方面，本發(fā)明的一些實施例提供了檢查3D打印物體的打印質(zhì)量的方法。該檢查方法包括通過將3D打印激光源產(chǎn)生的打印激光束輻射到提供到打印物體的基體材料上，進行3D打印過程；通過飛秒激光源產(chǎn)生飛秒激光束，以在進行3D打印過程中，實時進行打印物體物理特性的估算和打印物體缺陷的檢測。將飛秒激光源產(chǎn)生的飛秒激光束分離成泵浦激光束和探測激光束；通過由3D打印激光源輻射的打印激光束激發(fā)打印物體或通過將分離的泵浦激光束輻射到打印物體上來產(chǎn)生超聲波；將探測激光束輻射到打印物體的凝固區(qū)域，以測量超聲波。檢測由打印物體反射的探測激光束，將其轉(zhuǎn)換為電信號；并且通過分析經(jīng)轉(zhuǎn)換的電信號的振幅和相位，檢查打印物體的打印質(zhì)量，包括估算打印物體的物理特性和檢測打印物體的缺陷。在該檢查方法中，打印激光束以及與由飛秒激光束分離的泵浦激光束和探測激光束相互同軸對準并施加到打印物體上。此外，在3D打印過程中，使用飛秒激光束實時檢查3D打印物體的打印質(zhì)量。

在實施例中，在產(chǎn)生的超聲波中，泵浦激光束可以輻射到與打印激光束間隔預(yù)定距離的打印物體的凝固區(qū)域，以產(chǎn)生超聲波。

在實施例中，探測激光束和泵浦激光束可以輻射到打印物體相同的點上。

在實施例中，打印激光束、泵浦激光束以及飛秒激光束可以同軸地形成。