[發明專利]非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置及光路合成方法

有效

• 申請號: 201710378540.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107096920B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 宋長輝;王安民;楊永強;肖然
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置，其特征在于，包括大光斑激光束入射裝置(1)、小光斑激光束入射裝置(2)、激光束合光組件(3)、X-Y振鏡掃描裝置(4)以及場鏡(5)，所述大光斑激光束入射裝置(1)用于將入射光調整為能量均勻的平頂光束，所述小光斑激光束入射裝置(2)用于將入射光調整為能量密度較為集中的高斯光束，經大光斑激光束入射裝置(1)調整后的大光斑能量輸入密度低于經小光斑激光束入射裝置(2)調整后的小光斑的能量輸入密度，這樣大光斑用于預熱和后續去應力熱處理，小光斑用于熔化粉末成形樣品；所述激光束合光組件(3)包括大光斑反射鏡(6)和小光斑透射鏡(7)，所述X-Y振鏡掃描裝置(4)包括X軸向振鏡(8)和Y軸向振鏡(9)；所述大光斑激光束入射裝置(1)一端設有大光斑激光器入射接口，另一端接入激光束合光組件(3)上對應的大光斑激光束入射接口，所述小光斑激光束入射裝置(2)一端設有小光斑激光器入射接口，另一端接入激光束合光組件(3)上對應的小光斑激光束入射接口，所述大光斑激光束入射接口和小光斑激光束入射接口分別對應大光斑反射鏡(6)和小光斑透射鏡(7)，經過大光斑反射鏡(6)反射和小光斑透射鏡(7)透射后的光束合成組合激光束達到X-Y振鏡掃描裝置(4)，最后通過場鏡(5)射入成型區域(10)。

2.根據權利要求1所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置，其特征在于，所述的大光斑激光束入射裝置(1)和小光斑激光束入射裝置(2)均由準直元件和擴束元件構成，大光斑激光束入射裝置(1)和小光斑激光束入射裝置(2)均可調節激光束光斑大小。

3.根據權利要求1所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置，其特征在于，所述的激光束合光組件(3)設有大光斑激光束入射接口、小光斑激光束入射接口以及組合激光束出光口，大光斑激光束經過大光斑激光束入射接口后經由大光斑反射鏡(6)反射并透射經過小光斑透射鏡(7)且與小光斑透射鏡(7)反射的小光斑激光束合成組合激光束到達組合激光束出光口。

4.根據權利要求1所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置，其特征在于，所述的X-Y振鏡掃描裝置(4)由X軸向振鏡(8)和Y軸向振鏡(9) 構成，X-Y振鏡掃描裝置(4)設有入射接口和出光口，入射接口與激光束合光組件(3)的組合激光束出光口相接，出光口處安裝場鏡(5)，X軸向振鏡(8)和Y軸向振鏡(9)分別由X軸向電機和Y軸向電機控制旋轉，從而控制組合激光束的掃描過程。

5.根據權利要求1所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置，其特征在于，所述場鏡(5)安裝于X-Y振鏡掃描裝置(4)的出光口處，場鏡(5)與成型區域(10)的成型平面的距離等于小光斑激光束的焦距長度，可將小光斑激光束聚焦到成型平面上，同時保證大光斑激光束在成型平面處于離焦狀態。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置的光路合成方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)大光斑激光器和小光斑激光器激發出的兩條激光束分別經過大光斑激光束入射裝置(1)和小光斑激光束入射裝置(2)處理后通過大光斑激光束入射接口和小光斑激光束入射接口進入激光束合光組件(3)內部；

2)大光斑激光束和小光斑激光束分別經過大光斑反射鏡(6)和小光斑透射鏡(7)的反射，其中大光斑激光束經過小光斑透射鏡(7)透射后與小光斑透射鏡(7)反射的小光斑激光束合成為一束組合激光束；

3)組合激光束經由激光束合光組件(3)的組合激光束出光口進入X-Y振鏡掃描裝置(4)，并經過X軸向振鏡(8)和Y軸向振鏡(9)的反射到達X-Y振鏡掃描裝置(4)出光口處的場鏡(5)；

4)組合激光束經過場鏡(5)透射后到達成型平面的預定位置，過程中場鏡(5)將小光斑激光束聚焦與成型平面而大光斑激光束在成型平面處于離焦狀態；

5)X-Y振鏡掃描裝置(4)內的電機控制X軸向振鏡(8)和Y軸向振鏡(9)產生偏轉，使處于(4)狀態的組合光斑在成型平面上按照預定的掃描路徑運動；

6)重復步驟1)至5)，直至零件加工完畢。

7.根據權利要求6所述的非均值雙光束同步掃描激光選區熔化裝置的光路合成方法，其特征在于，處理后的大光斑激光束為能量均勻分布的平頂光束，處理后的小光斑激光束為能量相對集中的高斯光束，前者可使區域內的金屬粉末均勻受熱，后者可使區域內的金屬粉末快速受熱熔化。