[3D Tribe テクニカルヒント] SLM テクノロジーコア - レーザースキャンテクノロジーに伴う問題と解決策

金属 3D 印刷技術は、複数の分野が関わる複雑で包括的な技術です。議論や意見交換に値する技術的な問題が数多くあります。世界的に有名な金属 3D 印刷メーカーである SLM Solutions と、中国における同社の最初の専門代理店である上海 Sandi Blog は最近、SLM 技術の中核であるレーザースキャン技術に関わる問題と解決策について意見を交換しました。

さまざまな種類のレーザースキャン技術の中で、ガルバノメーターレーザースキャンは現在広く使用されているレーザースキャン方法です。高速、高精度、安定した性能などの利点がありますが、光点の焦点が加工面上にないフォーカスエラーの問題があります。さらに、ガルバノメーターレーザースキャンでは、スキャンされたグラフィックに線形歪みと非線形歪みが生じます。特にスキャン領域が大きい場合、レーザースキャンのグラフィック精度と処理品質に重大な影響を及ぼします。

では、これらの問題をどのように解決すればよいのでしょうか?まず、ガルバノメータスキャンの動作原理を理解しましょう。ガルバノメータスキャンシステムは、高速往復サーボモーターを使用してXとYの小さな反射レンズを駆動し、レーザービームの偏向と反射を調整して、平面全体の光点をスキャンするという目的を達成します。一般的な機械式スキャンシステムとは異なり、スクリュードライブを使用してスキャンヘッドを駆動し、2次元平面上で前後に移動させてスキャンを完了します。機械式であるため、スキャンシステムの慣性が大きく、スキャンの応答速度が遅くなります。

ガルバノメータでスキャンするときに直面する一般的な問題:

糸巻き型歪み<br /> 走査ミラーが作業面上の長方形を走査する場合、実際に得られる軌道は標準の長方形ではなく、図に示すように枕形の二重ミラー走査であり、単軸枕形の誤差が発生します。この誤差は、平面にマッピングしたときに1対1ではない線形関係であり、原理的な誤差です。

解決策<br /> 発生する歪みはX方向とY方向で一定ではないため、従来のレンズでは補正できません。この問題は、理想画像と歪んだ画像間のアドレスマッピング関係を合理的に記述する平面座標変換法を補正する歪み公式ソフトウェアを使用することでうまく解決できます。

フォーカスエラー<br /> 解決策を紹介する前に、まず重要な概念である焦点面を紹介します。つまり、焦点合わせのプロセス中に、レーザーは漏斗状の光路を形成し、この漏斗の断面が焦点面となり、スポット径と呼ばれることが多いのです。

高精度のスキャンでは、より良いスキャン結果を得るために、作業面のスポット半径を一定の範囲内で制御する必要があります（範囲はスキャン装置によって異なります）。レーザービームは、スキャン範囲内のどの位置でも適切に焦点を合わせる必要があります。

ガルバノメータスキャンシステムでは、このより一般的なエラーは焦点面から発生します。レーザーが XY 発振器を通過した後、焦点面は球面になります (下の図を参照)。

解決策<br /> では、どうすれば成形プラットフォーム上で滑らかで均一な光スポットを実現できるのでしょうか?広く使用されているソリューションは 2 つあります。

1. Fθレンズで焦点の歪みを補正する

この方法は、小さなワーク表面でのレーザースキャン処理にのみ適しています。より大きなワーク表面でスキャンを行う場合、Fθレンズはサイズが大きく高価であり、エッジに近づくほど補正効果が悪くなります。

2. より優れた3Dダイナミックフォーカス技術

ダイナミックフォーカスガルバノメーターレーザースキャンシステムは、通常、上位レベルのアプリケーションソフトウェアと下位レベルのドライバーソフトウェアによって制御されます。オープンループ制御を採用しているため、移動時には3軸の同期が必要です。

ガルバノメータを駆動するサーボモーターはアナログ電圧によって駆動されます。ダイナミックフォーカススキャンシステムの光学モデルは、光てこの原理に基づいて設計されています。レーザービームはダイナミックフォーカスシステムを通過し、2 つのミラー反射を経てスキャンフィールドに到達します。サーボモーターによって駆動されるダイナミックフォーカスミラーは、光路の方向に往復直線運動を行い、フォーカス誤差をリアルタイムで補正し、光スポットフォーカスの走査フィールドと作業フィールドの誤差が確実に補正されます。

ダイナミックフォーカス技術は、近年登場したレーザースキャンフォーカスエラー補正技術であり、より効果的で正確な補正効果があり、より広い視野をサポートし、比較的高価です。

SLM デバイスは 3 次元ダイナミックフォーカスシステムを採用しており、精密なレーザー制御を実現し、印刷品質を大幅に向上させることができます。次のビデオでは、3 次元ダイナミックフォーカスシステムの構造とプロセスを明確に理解できます。

出典: Tribe of Three

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