[发明专利]一种环形中空偏焦激光熔覆装置

说明书

本发明公开一种环形中空偏焦激光熔覆装置，涉及激光加工技术领域，包括外壳、圆锥反射镜、环形离轴抛物聚焦镜、喷嘴和喷粉管，外壳的顶部设置有入光口，圆锥反射镜设置于外壳内，圆锥反射镜面对入光口设置；环形离轴抛物聚焦镜与圆锥反射镜相对并同轴设置；圆锥反射镜的下方安装有喷嘴，喷嘴下端连接有喷粉管，喷粉管与经环形离轴抛物聚焦镜反射后形成的环形中空偏焦光同轴，喷粉管外围设置有准直保护气套；环形离轴抛物聚焦镜用于使母抛物线聚焦焦点水平偏移。本发明实现环形光斑能量密度的均匀化，提高激光束与粉末耦合作用、提高金属粉末利用率并改善熔覆质量和形貌。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种环形中空偏焦激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆技术是一种激光技术与加增材制造技术相结合的先进制造技术，近几年来发展迅速。作为一项先进的加工成型技术，其广泛应用金属3D打印、材料的表面改性和失效零部件的修复等，解决了工程实践中的很多难题，在工程应用中创造了巨大的经济效益。激光熔覆设备主要包括激光器、熔覆喷头、加工平台和送料装置。而激光熔覆喷头是激光熔覆系统的关键核心部件，可实现激光束传输、变换、聚焦和熔覆材料的同步输送，在基材表面实现激光束、熔覆材料、熔池之间的精确耦合并连续形成熔覆层。其中激光束的整形变换聚焦、材料的传输喷射汇聚、光料的耦合方式是熔覆喷头的关键技术。目前激光熔覆喷头从结构上大体可以分成两类送粉技术：

一种是采用多粉管包围实心光同轴倾斜送粉方法(光外送粉)，在其现有技术中，金属材料同步送粉激光熔覆成形制造出专门的激光熔覆喷头完成，其方法和结构可参照欧洲专利W02005028151、日本专利JP2005219060等，其基本原理为光束居中，金属粉末包围输送的方案，将激光器发出的圆柱形激光束聚焦成实心圆锥形激光束，加工表面置于焦点附近，在实心的圆锥形激光束外围布置多个相对光束轴线倾斜的粉末喷嘴或环状送粉嘴，由多个喷嘴中喷射出的多根粉束的汇聚点正好也置于焦点附近。聚焦光斑和粉束都相对工件作二维或三维的扫描运动，金属粉末被不断实时添加到聚焦光斑中实现熔覆并凝固形成熔道，最终逐步堆积成形。

另一种是中空环形光包围单粉管中心垂直送粉方法(光内送粉)，光内同轴送粉喷头是采用“光包粉”的光粉耦合模式，圆形实心光束转换为圆环锥形光束或多光束，中空无光区域垂直放置送粉管，实现光束中空，粉管居中，光内送粉。

申请号为201020022781.1的一种用于激光熔覆成形的光、粉、气同轴输送装置，包括一送粉喷头筒体，所述筒体上方开设有入光口，其下方开设有出光口，所述筒体内面对入光口设有圆锥反射镜，与所述圆锥反射镜相对并同轴设有圆环形反射聚焦镜，所述圆锥反射镜下方固定设有送粉管，所述送粉管下端连接有一喷嘴，所述喷嘴与射入的激光束同轴，其特征在于：所述喷嘴外围、位于所述圆锥反射镜与所述喷嘴出口处之间设有准直保护气套。本发明通过在喷嘴外围设置准直保护气套，实现了光、粉、气同轴输送，解决了现有技术中保护气使用存在的不足。

申请号为201811548923.5的一种三维空间任意方向激光熔覆装置，包括支撑架和位于支撑架上方的熔覆喷头，支撑架中设置有分光镜和聚焦镜，分光镜接收入射光束并将入射光束反射形成反射光束，聚焦镜接收反射光束并将反射光束转化为聚焦光束，支撑架中设置有以通过聚焦光束的光束通道，熔覆喷头包括喷头主体和形成在喷头主体端部上的喷嘴口，喷头主体内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道，熔覆通道与喷嘴口连通以通过喷嘴口将熔覆材料送出，三维空间任意方向激光熔覆装置还包括设置在喷嘴口和支撑架之间的以在支撑架的上方形成防护气帘并通过防护气帘将位于光束通道上方的熔覆材料吹散/隔离的防护气帘形成组件。该三维空间任意方向激光熔覆装置在大角度倾斜和立仰面熔覆或空间连续变换方位时，熔覆材料飞溅滴落不会损坏聚焦镜，实现了立体空间全方位熔覆。