[发明专利]一种原位能量控制的激光选区熔化装置及方法

权利要求书

1.一种原位能量控制的激光选区熔化装置，其特征在于，包括激光选区熔化成型小光斑光路装置、新增平顶大光斑光路装置和激光选区熔化成型设备，所述激光选区熔化成型小光斑光路装置、新增平顶大光斑光路装置设置在激光选区熔化成型设备上；

所述激光选区熔化成型小光斑光路装置包括第一激光器、第一准直器、第一扫描振镜、激光光纤整形器和第一f-θ镜，激光束由第一激光器发出，经过第一准直器扩束进入第一扫描振镜，最终在第一f-θ镜作用下聚焦于成型平面进行激光选区熔化粉末；

所述新增平顶大光斑光路装置包括第二激光器、第二准直器、第二扫描振镜和第二f-θ镜，激光束由第二激光器发出，经过第二准直器扩束后进入激光光束整形器整形，然后经过第二扫描振镜并在第二f-θ镜作用下在成型平面正/负离焦为大光斑，按照预定成型路径进行预热/退火处理。

2.根据权利要求1所述一种原位能量控制的激光选区熔化装置，其特征在于，所述激光选区熔化成型设备包括铺粉刷、第一粉料回收缸、成形缸、升降伺服电机、粉料缸和第二粉料回收缸；所述第一粉料回收缸和第二粉料回收缸设置在激光选区熔化成型设备底部的左右两侧，所述铺粉刷设置在成型缸上方；所述粉料缸设置在激光选区熔化成型设备的底部；所述升降伺服电机设置在成型缸底部；

所述第一激光器为1064nm光纤激光器；

所述第二激光器为1064nm光纤激光器或450nm蓝光激光器。

3.一种原位能量控制的激光选区熔化装置的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

基于原位能量控制的激光选区熔化成型系统提供了激光选区熔化成型小光斑激光束与新增平顶大光斑激光束，两路激光束的扫描路径数据以及激光扫描速度保持一致，同时通过调节两路激光束的激光延时参数保证同时出光并使两路激光束的聚焦扫描中心位置相同，使小光斑激光束和平顶大光斑激光束在SLM成型过程中扫描轨迹保持同步，且两大小光斑在成型加工平面保持同轴嵌套；

激光选区熔化成型小光斑激光束熔化粉末过程中，激光由第一激光器发射，经过第一准直器，由第一f-θ镜作用在成型加工平面聚焦成小光斑，受第一扫描振镜的控制按照预定成型路径在成型加工表面进行移动，使粉末材料熔化；

新增平顶大光斑激光束进行预热/退火过程中，激光由第二激光器发射，经过第二准直器，由激光光束整形器进行激光整形，由第二f-θ镜作用在成型加工平面为正/负离焦状态，提供低于材料熔点阈值的能量，并由第二扫描振镜控制跟随成型光束，在成型加工表面按照预定成型路径进行预热/退火处理；

由激光选区熔化成型小光斑激光束与新增平顶大光斑激光束在成型加工表面组合而成的同轴光斑对粉末床进行同步扫描，共同完成整个零件的成型过程。

4.根据权利要求1所述一种原位能量控制的激光选区熔化装置的实现方法，其特征在于，所述的基于原位能量控制的激光选区熔化成型系统中，一方面要求平顶大光斑激光束具有足够高的能量密度，另一方面要保证出光、闭光的时序准确、可控，出光过程能量稳定，以实现两激光束的嵌套合成与同步扫描。

5.根据权利要求1所述一种原位能量控制的激光选区熔化装置的实现方法，其特征在于，所述的新增平顶大光斑通过调节准直器的放大倍数来改变正/负离焦的距离改变其在粉床上作用区域的大小，同时通过调节激光功率大小来改变光斑能量密度。

6.根据权利要求1所述一种原位能量控制的激光选区熔化装置的实现方法，其特征在于，所述第二激光器为1064nm光纤激光器或450nm短波长蓝光激光器，当第二激光器为光纤激光器时，激光通过激光光束整形器转换为能量均匀分布的平顶大光斑激光束，进行预热/退火处理。

7.根据权利要求1所述一种原位能量控制的激光选区熔化装置的实现方法，其特征在于，所述平顶大光斑采用大功率光纤激光器或采用半导体蓝光激光器，当第二激光器为蓝光激光器时，除了可实现上述与光纤激光器相同的过程，还可通过两组不同波长的激光束原位协同控制能量输入，增加能量输入调控手段。