[發明專利]一種自變焦激光熔覆成形裝置及方法

在審

• 申請號: 202011617506.9
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112853343A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 姜波;孫福臻;袁俊偉
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司煙臺分公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;G02B27/09
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 李萍

1.一種自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，包括筒體(1)，所述筒體(1)上端設有入光口(1-1)，筒體(1)的下端設有出光口(1-6)，所述入光口(1-1)與出光口(1-6)之間的筒體(1)內設有光斑整形單元、光束整形單元、光束聚焦單元和送料單元；

所述光斑整形單元用于將激光束整形為能量均勻分布的均勻光斑光束(2-2)并將其傳輸至光束整形單元；

所述光束整形單元用于將光束變換為圓環激光束(2-4)，并將該圓環激光束(2-4)傳輸至光束聚焦單元；

所述光束聚焦單元用于將圓環激光束(2-4)轉換為發散光束(2-5)，然后將發散光束(2-5)轉換為會聚光束(2-6)，通過調整發散光束(2-5)的光距實現激光束焦點的變換；

所述送料單元位于光束整形單元的下方，用于提供涂覆粉料，通過改變送粉距離使粉束焦點與激光束焦點重合。

2.根據權利要求1所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述光斑整形單元包括圓形積分反射鏡(1-2-1)和準直擴束透鏡(1-2-2)，入射激光束(2-1)從入光口(1-1)以45°入射角入射到所述圓形積分反射鏡(1-2-1)，所述圓形積分反射鏡(1-2-1)將光束以45°出射角反射到所述準直擴束透鏡(1-2-2)，所述準直擴束透鏡(1-2-2)將光束傳輸至光束整形單元。

3.根據權利要求1所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述光束整形單元包括圓錐形反射鏡(1-3-1)和內圓錐面反射鏡(1-3-2)，所述圓錐形反射鏡(1-3-1)和內圓錐面反射鏡(1-3-2)錐度相等、鏡面相對且同軸放置，光束正入射至圓錐形反射鏡(1-3-1)的錐角，所述圓錐形反射鏡(1-3-1)將光束反射至內圓錐面反射鏡(1-3-2)，所述內圓錐面反射鏡(1-3-2)將光束反射形成圓環激光束(2-4)并將該圓環激光束(2-4)反射至光束聚焦單元。

4.根據權利要求3所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述光束整形單元還包括反射鏡支架(1-3-3)，所述反射鏡支架(1-3-3)將所述圓錐形反射鏡(1-3-1)固定在筒體(1)的中軸線上，所述反射鏡支架(1-3-3)表面涂有吸光膜。

5.根據權利要求4所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述反射鏡支架(1-3-3)內設有液路通道、粉管通道和水路通道。

6.根據權利要求4所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述送料單元位于反射鏡支架(1-3-3)下方。

7.根據權利要求1所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述光束聚焦單元包括凹面聚焦透鏡(1-4-1)、凸面聚焦透鏡(1-4-2)和保護鏡(1-4-5)，所述圓環激光束(2-4)入射至凹面聚焦透鏡(1-4-1)后形成發散光束(2-5)，所述發散光束(2-5)入射至凸面聚焦透鏡(1-4-2)形成會聚光束(2-6)，所述會聚光束(2-6)從出光口(1-6)處的保護鏡(1-4-5)出射，所述會聚光束(2-6)在工件表面形成激光束焦點，所述凹面聚焦透鏡(1-4-1)在筒體(1)內可移動設置實現激光束焦點的變焦。

8.根據權利要求7所述的自變焦激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述筒體(1)內壁兩側設有絲杠(1-4-3)和微型直線導軌(1-4-4)，所述凹面聚焦透鏡(1-4-1)分別與絲杠(1-4-3)和微型直線導軌(1-4-4)連接，所述絲杠(1-4-3)與微型電機連接，所述絲杠(1-4-3)在微型電機的驅動下帶動凹面聚焦透鏡(1-4-1)沿微型直線導軌(1-4-4)移動。