菲镭泰克工业激光3D动态聚焦系统，国产3D打印核心元器件

南极熊导读：《2021年50家3D打印企业年营收过1亿元，全国超200亿》一文发布后，引起强烈的反响。中国的3D打印正在不断发展，在消费级、光固化、金属等领域高速增长。但是，我们在这个产业链当中，也有薄弱环节，容易被“卡脖子”，特别是在一部分核心元器件上，更是普遍依赖进口。于是，南极熊推出《国产3D打印核心元器件》特别专栏文章，并整理收录进入全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com/，希望助力国产核心元器件的普及，利用工业应用的力量去反推技术的进步。

本文我们来了解一下工业激光3D打印机中所运用到的动态聚焦系统，动态聚焦系统的原理是通过对激光器输出光束进行动态准直扩束和聚焦焦距调制，实现光束在XY振镜的协同控制下，精准的实现三维空间坐标点的聚焦。从而实现实时三维空间动态聚焦的激光加工特点。

一套完整的动态聚焦系统包含了动态聚焦振镜和软件控制以及协同传感器，是一个可以实现闭环加工工艺落地的智能工作站。在SLS和SLM等选区增材制造装备的应用工艺中，动态聚焦系统被大量的引入以增大单头装备的加工尺寸和效率。

△菲镭泰克的产品

苏州菲镭泰克激光科技有限公司作为工业激光3D动态聚焦系统领跑者，是中国最早开始独立的动态聚焦系统研制和生产销售的公司之一。公司成立于2014年，先后被评为“江苏省双创企业”，“江苏省民营科技企业”和“国家高新技术企业”。建立并营运南京理工大学“企业研究生工作站”和北京工业大学“智能光子研究中心”两个校企合作平台。曾获科技部重点研发项目“深空探测卫星超精密焊接装备”等国家与省市级科技项目支持。

菲镭泰克是国内一家拥有动态聚焦镜、光学设计和软控开发集于一体的动态聚焦系统开发公司。长期致力动态聚焦系统的应用工艺创新，为全球工业激光用户提供可全闭环工艺落地的工艺解决方案。

菲镭泰克在选区增材制造SLS和SLM领域的动态聚焦系统方案：

△基于C30系统配置100W射频激光器用于SLS方案

△基于F15系统配置500W（1000W）光纤激光器用于SLS和SLM方案

菲镭泰克推出的动态聚焦系统C30和F15，标准配置为：动态聚焦振镜，控制卡以及可二次开发的大幅面动态聚焦控制软件。提供基于C++和C#的基础开发库，方便系统集成商基于材料加工工艺自主开发切片和排料工艺总控制系统。

△基于FR15-F（F15）的动态聚焦系统组成

SLS和SLM市场随着材料工艺的更新和应用流行，产业规模发展迅速，迎来爆发式增长的机会，产业格局基本形成，工业级增材制造正在成为主流方向。提高加工效率也成为全球各大厂商追逐的目标。

增加打印头的数量无疑是最直接有效的方式，目前市面上有看到包括SLM solutions在内的很多公司推出了最多12激光器的3D打印装备。基于动态聚焦系统的多头3D打印装备目前以双激光和四激光的比较常见。

菲镭泰克基于CO2激光器的双头并列式SLS 打印系统方案包含镜像的两台C30动态聚焦系统，两根150W CO2激光器，两套板卡和一套双头控制软件。

△用于CO2激光器的镜像阵列式双动态聚焦系统SLS应用方案

△用于光纤激光器复制阵列式双动态聚焦SLM应用方案

△基于光纤激光器的四头自标定动态聚焦方案

此外，随着更大的加工幅面和多头拼接的方案的大量应用，3D打印头的尺寸校正问题越来越凸显。通常，工作人员需要花费将近两周、甚至更长的时间在一套多振镜激光设备上的尺寸校正上。

作为工业激光3D动态聚焦系统领跑者，菲镭泰克一直致力于推动多头振镜加工工艺的完善，在不断提升振镜加工精度的同时，针对大幅米和多头振镜协应用尺寸校正难题，开发了“全自动CCD校正平台”。

△900X900幅面全自动CCD的校正平台

通过 “全自动CCD校正平台”，仅需十几分钟即可将在900*900mm的加工幅面下，完成多个振镜的尺寸校正，保障单台振镜校正精度在0.01mm以内；多台振镜的协同精度在0.02mm以内，帮助系统集成商保证性能同时实现快速交付。

另外在高精度生物陶瓷3D打印中，科学家尝试采用基于菲镭泰克E15-U的后聚焦动态聚焦系统，配置100X100幅面的远心扫描场镜，通过远心场镜保障光路垂直入射到材料表面，采用动态聚焦试试调节，保证以扫描场镜边缘最远光程光斑为基准，动态调节整个幅面内的光斑大小一致，很好的解决了生物打印一致性的问题。此方案已在某国家工程实验室得到很好的验证。

应用此方案的特点是：

1、光路垂直工件表面，光斑形状一致。
2、以最远程边缘光斑为基准，动态调节全幅面光斑大小相同。
3、通过1和2可保障全幅面内光斑功率密度一致。

△搭载远心场镜的后聚焦动态聚焦系统方案示意图

C30和F15 参数列表