一种原位能量控制的激光选区熔化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位能量控制的激光选区熔化装置及方法，本发明专利技术新增一路同步扫描的平顶大光斑，提供粉末熔点阈值以下能量，进行粉末预热/凝固速率调控，并对成形的金属进行退火处理，降低温度梯度，减少成形内应力，从而减少应力导致的变形、开裂等行为；同时因提供了低于材料熔点阈值的能量输入，原SLM小光斑仅需提供较低能量输入即可完成材料的熔化，有利于改善熔池飞溅及微气孔产生等不良情况。另外，本发明专利技术基于原位能量控制的方式，实现了激光能量的时间与空间分布。因此，本发明专利技术在有效降低成型零件过程中产生缺陷的同时，还实现凝固速率的控制进而调控组织演变，对于稳定、高效地成型高性能零件，推动增材制造技术的广泛应用有重大作用。

【技术实现步骤摘要】
一种原位能量控制的激光选区熔化装置及方法
本专利技术属于増材制造的
，具体涉及一种原位能量控制的激光选区熔化装置及方法。
技术介绍
激光选区熔化技术(SLM)是一种通过高能激光使受辐照粉末快速熔化快速凝固而实现成型零件层层成型的增材制造技术。在激光选区熔化成型过程中，粉末床在高斯分布的激光光斑照射下形成的微熔池内部由于热量分布不均匀(传热过程不均匀)及其导致的传质过程不平衡，容易使冷却凝固后的组织结构内部产生极大的热应力，从而使成型零件出现应力变形、开裂等问题，甚至导致成型过程失败。另外，粉末在高能激光的作用下形成的熔池容易产生飞溅等问题，现有的调控手段如加装预热系统、粉末改性、调节工艺参数(激光参数、扫描参数等)、后续热处理等无法从根本上解决这些问题。随着激光光束整形技术的发展，将其与激光选区熔化技术结合，有效解决激光选区熔化成型过程的高应力、高飞溅问题成为可能。基于衍射光学原理的激光光束整形技术，能够通过波前变换，将原始激光束整形为按特定空间强度分布的光束。该技术可以把高斯能量分布的激光束转化为能量均匀分布的平顶大光斑。基于原本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋长辉，刘林青，胡泽华，杨永强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44