[實(shí)用新型]一種激光3D打印微通道水冷反射鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520346707.8
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN204668711U
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊恬恬;閆岸如;王志勇;馬志紅;杜云
• 申請（專利權(quán)）人: 成都三鼎日新激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S5/024
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)及微通道散熱領(lǐng)域，具體涉及一種激光3D打印微通道水冷反射鏡，特別是涉及一種大功率激光器水冷反射鏡技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率的激光器功率越來越高，而限制激光器功率發(fā)展的一個(gè)重要的因素就是：在較高功率密度下，激光器反射鏡容易發(fā)生熱變形，即反射鏡面吸收激光后，鏡面產(chǎn)生熱應(yīng)力所引起的變形及溫升所產(chǎn)生的軸向不均勻膨脹。反射鏡發(fā)生熱變形會影響激光器穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致一系列諸如光束質(zhì)量變差、聚焦性能降低等問題。若要使大功率激光器能夠最終輸出高性能激光，必須解決激光器反射鏡熱變形的技術(shù)問題，即需在大功率激光器反射鏡內(nèi)部添設(shè)冷卻水流通道。

傳統(tǒng)的大功率激光器水冷反射鏡的加工，往往在冷卻效果和結(jié)構(gòu)上，沒有考慮到激光束能量中心高、邊緣低的分布特點(diǎn)，造成反射鏡在大功率激光器和加工系統(tǒng)中，受力不均勻?qū)ΨQ，引起鏡面形變較大；同時(shí)由于其內(nèi)部冷卻水通道多為機(jī)械加工或化學(xué)刻蝕，非水流通道部位接觸面用金屬焊料封接，增加了額外熱阻，有可能會發(fā)生流體泄漏現(xiàn)象；傳統(tǒng)水流通道直徑比較大，尤其是鏡面為拋物面、球面等曲面時(shí)，鏡面受熱不均勻，加之焊接困難導(dǎo)致冷卻更加不均勻，鏡面產(chǎn)生熱變形，鏡面越厚，熱變形越嚴(yán)重，最終使得激光束質(zhì)量大大下降。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)及制造方法上的缺陷，本實(shí)用新型采用激光3D打印技術(shù)，針對高能激光束能量分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)軸對稱微通道散熱結(jié)構(gòu)，使得從反射鏡中心到鏡體邊緣溫度梯度式遞減，減小鏡面熱變形，最終制備出一種結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、易于加工、高效均勻散熱的水冷反射鏡。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種激光3D打印微通道水冷反射鏡，包括進(jìn)水口、出水口、反射鏡反射面和內(nèi)部水流微通道，所述內(nèi)部水流微通道為軸對稱結(jié)構(gòu)，其內(nèi)按水流方向依次包括進(jìn)水通道、進(jìn)水分流通道、內(nèi)圍水通道、出水分流通道、外圍水通道和出水通道，所述進(jìn)水口與進(jìn)水通道相通，出水口與出水通道相通，所述內(nèi)圍水通道與外圍水通道為多個(gè)同心圓溝槽，其之間設(shè)置有圓弧形擋板，用于分隔內(nèi)圍水通道與外圍水通道，所述進(jìn)水分流通道和內(nèi)圍水通道位于圓弧形擋板的內(nèi)側(cè)，出水分流通道和外圍水通道位于圓弧形擋板的外側(cè)，所述進(jìn)水通道與進(jìn)水分流通道相通，出水通道與出水分流通道由外圍水通道相通。

為了進(jìn)一步增加鏡體的散熱能力，本實(shí)用新型的水冷反射鏡還包括柱狀擾流單元，所述柱狀擾流單元位于水冷反射鏡的中心圓區(qū)域，其橫截面為圓形、方形或菱形柱狀結(jié)構(gòu)，且排列為相互交錯(cuò)排列結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，所述出水分流通道為一扇形通道，分別與內(nèi)圍水通道和外圍水通道相連，出水分流通道口徑沿徑向從內(nèi)向外逐漸增大，外圍水通道由內(nèi)向外的流體速度越來越小，實(shí)現(xiàn)了鏡體沿激光束能量分布方向不同的散熱效率。

上述技術(shù)方案中，所述反射鏡反射面為鍍銅或鍍金層的平面、球面或拋物面形狀。

上述技術(shù)方案中，所述水冷反射鏡材料采用鎳金屬球形粉末，采用3D打印一體成型制造，鎳金屬球形粉末的鋪設(shè)厚度為0.02～0.1mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果：

1、本實(shí)用新型激光3D打印水冷反射鏡的內(nèi)部通道為軸對稱式微通道結(jié)構(gòu)，從反射鏡中心到鏡體邊緣溫度呈梯度式遞減，針對高能激光束能量分布特點(diǎn)，對反射鏡進(jìn)行高效散熱，減小鏡面熱變形，提高激光束質(zhì)量；

2、采用激光3D打印快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)高功率激光器水冷反射鏡的無失真化一體成型制備：“無失真化”使得微通道壁平整，“一體化成型制備”避免了傳統(tǒng)制造方式因焊接而引入的額外熱阻，提高水冷反射鏡的散熱效率，同時(shí)該制造方式實(shí)現(xiàn)了反射鏡防泄漏密封式結(jié)構(gòu)，避免液體泄漏現(xiàn)象，最終可獲得結(jié)構(gòu)更為合理的高性能微通道水冷反射鏡；

3、激光3D打印微通道反射鏡材料采用鎳金屬粉末，硬度高于銅，耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)加工方式的材料，能夠獲得更長的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型水冷反射鏡的外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型水冷反射鏡的內(nèi)部水流通道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型水冷反射鏡的剖面示意圖。

圖中各個(gè)標(biāo)記分別為：1、進(jìn)水口，2、出水口，3、進(jìn)水通道，4、柱狀擾流單元，5、進(jìn)水分流通道，6、內(nèi)圍水通道，7、出水分流通道，8、外圍水通道，9、出水通道，10、反射鏡反射面，11、內(nèi)部水流微通道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。