[發明專利]與激光的使用相關的方法和裝置

無效

• 申請號: 200680042997.0
• 申請日: 2006-07-26
• 公開（公告）號: CN101309776A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: K·艾托;V·－P·英莫南
• 申請（專利權）人: 激光通道公司
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬

技術領域

本發明涉及一種與激光的使用相關的方法，其中由一個或多個激 光源發射的一條或多條激光射束借助于射束導引元件被聚焦在熔合位 點(fusing?spot)上，在所述熔合位點處，被輸送至該熔合位點的填 料被熔化，從而尤其用來實施焊接、涂覆、零件制造和/或類似工藝。 所采用的填料包括大體上固態的細長填料材料，如焊絲或類似材料， 所述填料材料通過輸送系統以相對于聚焦在所述熔合位點上的所述一 條或多條激光射束位于中心的方式被供給至所述熔合位點。

背景技術

例如，LENS(激光凈成形Laser?Engineered?Net?Shaping)快速 制造技術(RP，快速原型法)，例如圖1所示，利用的是單條激光射束， 所述單條激光射束以光學上位于中心的方式被聚焦在焦點上，從而在基 底材料上產生熔合的位點，由此使被添加到所述熔合位點上的粉末從激 光射束的相對側部被噴射且同時受到該激光射束的加熱。因此，噴射的 粉末產生熔化且與熔合在基底材料中的位點相結合。然而，傳輸以粉末 形式存在的填料材料就能量而言是浪費的，效率通常為約70％，且即使 在噴射的粉末可全部被供給至激光射束內部的情況下，效率仍然只有這 么高。因此，正常情況下的效率是低得多的，原因在于大體上多達大部 分的粉末都被吹走而到達環境中。效率進一步對激光工藝的速度以及由 所討論的工藝制造出的制品價格產生了直接影響。

另一方面，當激光被用于例如焊接或涂覆過程中時，在目前的技術 中，通常通過在移動的燃燒位點前面連續地供給填料焊絲(filler?wire) 來實施填料的供給，所述填料是以固態進行供應的，正如例如在敷料焊 條金屬電弧焊或者藥芯焊絲電弧焊中的情況那樣，這種技術實際實施起 來是非常不便的，尤其就加工方向的不穩定性而言更是如此。在實踐中， 在這種背景下，需要在燃燒裝置與被用作基底的x-y平面進行相對移位 的過程中提供非常先進的自動裝置和復雜的基本設備。

從專利公開文獻JP?2003311456、EP?1179382和US?6,269,540中 進一步已公知的現有技術是利用與激光源相關聯的大體上固態的填料， 所述填料以相對于聚焦在熔合位點上的一條或多條激光射束位于中心 的方式被輸送至該熔合位點。

上面引用的解決方案中的第一解決方案所基于的是：為裝置提供在 徑向方向上沿圓周被設置的激光源，由所述激光源發射的激光射束圍繞 所供應的填料通過光學導引元件被聚焦在熔合位點上。這種解決方案實 際實施起來是困難的，原因在于激光源的尺寸固有地限制了沿圓周設置 的激光源的數量或者過度地增加了所述裝置的總直徑。另一方面，與最 后提到的解決方案一致的實施方式中提出的技術性解決方案從本質上 是不適用的，特別地不適用于二氧化碳激光器的使用，至少從本領域技 術人員的角度來看是這樣的，這就是該特定解決方案的實用性實際上非 常有限的原因。

進一步地，專利公開文獻EP?1179382中披露的解決方案的目的在 于解決在激光射束中出現的“陰影問題”，所述激光射束的強度分布與 所謂高斯曲線是一致的，這意味著實際上，當通過大體上如圖5示出的 技術進行實施時，在中心供應的填料焊絲導致被施加到熔合位點上的強 度分布中出現了陰影。因此，該特定解決方案的目的是，在出現由填料 焊絲導致產生的陰影時，從激光射束中切下最大強度分布的中間部分并 使其返回熔合位點。

這種類型的實施方式打破了激光射束的原始強度分布，從而使得部 分的熔合位點接收到了本質上均勻的強度分布，而部分的熔合位點則呈 現出更強的強度分布，原因在于后者已經從激光射束的最大強度范圍中 被切去。因此，所討論的技術方案實際上并未實現足夠的功能，原因在 于就加工質量方面而言的最終結果例如取決于加工方向(均勻/不均勻 的強度分布)。因此，所討論的解決方案并未成功地提供就消除“陰影” 問題方面而言的決定性改進，原因在于該解決方案僅僅改變了問題的性 質而已。

發明內容

根據本發明的方法的目的在于提供一種就前述缺點而言的決定性 改進且由此明顯改進現有的技術。為了實現該目的，本發明的方法原則 上的特征在于，通過多部段反射鏡使一條或多條激光射束產生發散，從 而尤其用來保持所述激光射束的強度分布的對稱性，由此使得沿大體上 發散的方向從該反射鏡的各個部段元件反射的射束或者分射束借助于 射束導引元件中所包括的聚光器系統而被會聚在熔合位點上。