[發明專利]基于高斯光束、光束整形復合光束的金屬SLM打印系統

有效

• 申請號: 202110945012.1
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113634769B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 龍雨;紀昌豪;郭興;張晶;周莉麗;謝文明;勞善源
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: B22F12/41
• 分類號: B22F12/41;B22F12/45;B22F10/36;B22F10/28;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司 45104
• 代理人: 藍文苑

本發明基于高斯光束、光束整形的復合光束金屬SLM打印系統提供的雙光源復合光束金屬SLM打印系統包括光束整形器、光束耦合器和高斯光束金屬SLM打印系統，光束整形器和光束耦合器分別依次設置在第一可變倍擴速鏡和第五全反射鏡之間，在光束耦合器的垂直方向上設有第二高斯光發射單元，第二高斯光發射單元包括第二激光器和沿著第二激光器射出高斯光束的傳播方向上依次設置的第二準直器、第二半波片、第二偏振器和第二可變倍擴束鏡。本發明還提供了單光源的復合光束金屬SLM打印系統，該系統能使用單、雙光源對高斯光、環形光和平頂光進行自由復合，在光束整形技術的基礎上發揮自由切換不同的光路，提高零件打印速度效率和質量，推動SLM技術推廣應用。

技術領域

本發明涉及光纖激光光束整形領域，特別是涉及一種基于高斯光束、光束整形的復合光束金屬SLM打印系統。

背景技術

作為3D打印的主要技術之一的激光選區熔化(SLM)在受到廣泛關注和應用的同時也面臨許多實際應用和推廣過程中的難題，例如打印過程中的孔隙、裂紋、未完全熔融顆粒等缺陷機理分析欠缺、變形及組織性能的各向異性、打印后熱處理工藝復雜等問題依然制約鋪粉式SLM技術的應用，使得該技術無法完全替代傳統的制造方法。目前用于金屬SLM打印的光源基本為高斯分布的激光，其中心區域需要較大的激光能量密度才能對金屬粉末造成超過其層厚的熔融深度，而在邊緣區域需要略小的激光能量密度對金屬粉末進行燒結和熔覆搭接。但為了保證燒結區域的熔覆搭接效果，必須保證該光路邊緣區域能量密度不會太小，由于這種激光的光路區域從中心到邊緣能量密度下降很快，故限制了可使用的光路尺寸大小，不能形成大的熔寬，還限制了金屬粉末的打印效率。而平頂激光是一種在圓形區域內有幾乎一致通量的激光光束，具有均勻的能量密度分布；若它只達到適合粉末燒結的能量密度，中心區域的能量密度就不夠大，導致它對金屬粉末的熔深有限，在中心區域也不能形成熔穿，金屬粉末不能完全熔化，會嚴重影響成形質量。反高斯光(環形光)由于其中間低和四周高的能量分布特點，在生產制造時會獲得跟平頂光相似的寬而淺的熔池形狀，并且不會出現高斯光生產時出現的過熱重熔等問題，從而保證了產品的機械性能。但目前反高斯光(環形光)都具有很多的缺陷(飛濺和孔隙)出現，這限制了反高斯光制品的產品性能。

因此有必要開發一種將高斯光、高斯光與平頂光、高斯光與環形光進行結合的打印系統，可以實現光路能量分布和形狀快速切換的整形光束金屬SLM打印集成加工系統，開展對光束形狀及能量分布對SLM打印質量影響機理的系統研究，減少打印的時長，提高效率。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供一種基于高斯光束、光束整形的復合光束金屬SLM打印系統，具體方案如下：

高斯光束金屬SLM打印系統，包括第一高斯光發射單元、打印單元和工作平臺，所述第一高斯光發射單元包括第一激光器和沿著第一激光器射出高斯光束的傳播方向上依次設置的第一準直器、第一半波片、第一偏振器和第一可變倍擴束鏡，打印單元包括第五全反射鏡、振鏡系統和場鏡，第五全反射鏡設在第一高斯光發射單元射出的高斯光束傳播方向上，振鏡系統、場鏡和工作平臺分別由上至下依次設在第五全反射鏡下方。

基于雙光源光束整形的復合光束金屬SLM打印系統，包括光束整形器、光束耦合器和權利要求1所述的高斯光束金屬SLM打印系統，所述光束整形器和光束耦合器分別依次設置在第一可變倍擴速鏡和第五全反射鏡之間，在光束耦合器的垂直方向上設有第二高斯光發射單元，第二高斯光發射單元包括第二激光器和沿著第二激光器射出高斯光束的傳播方向上依次設置的第二準直器、第二半波片、第二偏振器和第二可變倍擴束鏡。