一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头技术

本公开提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，由第一束和第二束经过准直的激光得到第一并合环形光束和第二并合环形光束；第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，粉末喷嘴喷出的粉末束流与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴；同等质量条件下，沉积材料总体吸收的热量大大减小，加工头可以相对基体进行高速的移动，沉积效率大为提高，因热沉积过程产生的残余应力和变形减小，故而显著提高了成形精度和涂层质量。

【技术实现步骤摘要】
一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头
本公开涉及激光沉积增材制造
，特别涉及一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。激光熔化沉积(LMD，或称激光熔覆)是基于微区液相焊接思想而发展起来的金属增材制造技术的杰出代表，在3D打印产业中发挥越来越重要的作用，已经深度应用到了航空航天、生物医疗、工业模具等领域。然而，该技术仍有许多技术问题与挑战需要解决，激光将材料加热至熔化状态并在待沉积表面形成熔池，导致了热输入高、残余应力大、材料组织粗化、加工头相对零件的移动速度低、增材成形效率低等结果发生。除了基于液相焊接原理的金属增材制造技术之外，基于热喷涂原理的增材制造技术也提供了可供选用的解决思路，其中激光喷涂增材制造就是代表技术之一。激光喷涂是利用激光将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，同时通过压缩气体高速输送粉末粒子，激光的部分能量还可用来加热基体表面，进而实现喷涂粒子在基体表面的可靠沉积成形。在激光喷涂工艺过程中，激光的作用不会使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一束经过准直的激光穿过第一折向平面镜的第一通孔后到达第一W形锥面反射镜，反射光射向第一折向平面反射镜的反射面发生90度转向，形成中空第一环形光束；/n第二束经过准直的激光穿过第二折向平面镜的第二通孔后到达第二W形锥面反射镜，反射光射向第二折向平面反射镜的反射面发生90度转向，穿过第一折向平面镜的第三通孔后形成中空第二环形光束；/n中空第一环形光束和中空第二环形光束经光束分裂模块后生成同轴且中间有缝隙的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束，第一分裂环形光束和第二分裂环形光束经第五折向平面镜转向90度后经光束并合模块生成同...

【技术特征摘要】
1.一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一束经过准直的激光穿过第一折向平面镜的第一通孔后到达第一W形锥面反射镜，反射光射向第一折向平面反射镜的反射面发生90度转向，形成中空第一环形光束；
第二束经过准直的激光穿过第二折向平面镜的第二通孔后到达第二W形锥面反射镜，反射光射向第二折向平面反射镜的反射面发生90度转向，穿过第一折向平面镜的第三通孔后形成中空第二环形光束；
中空第一环形光束和中空第二环形光束经光束分裂模块后生成同轴且中间有缝隙的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束，第一分裂环形光束和第二分裂环形光束经第五折向平面镜转向90度后经光束并合模块生成同轴的且向中间并合的第一并合环形光束和第二并合环形光束；
第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；
送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，通过压缩气体输送的粉末依次通过送粉管和粉末喷嘴后形成一束与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴的粉末束流向基体表面喷射。


2.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：
第二聚焦环形光束将聚焦斑点区的基体表面材料加热至熔化或半熔化状态，粉末束流与第一聚焦环形光束交汇后被加热，而后与第二聚焦环形光束交汇发生二次加热而达到熔化或半熔化状态。


3.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：
形成的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束在到达第五折向平面反射镜前，送粉管无挡光的从第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的中间缝隙区穿过；
或者，
聚焦透镜为沿光线透射方向在中央开有通孔的平凸形结构，凸形表面由具有不同焦距的内圈和外圈组成的复合面形构成，内圈为球面或非球面，外圈为非球面；
或者，
第一并合环形光束通过聚焦透镜外圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为2mm～20mm，第二并合环形光束通过聚焦透镜内圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为0.2mm～2mm；
或者，
第一并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距小于第二并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距，且两者的焦平面间距为1mm～50mm；
或者，
第一束激光和第二束激光为从同一个光纤激光器通过分束器分成两束激光后通过光纤接入至激光输入接口；
或者，
第一束激光和第二束激光各自从两个彼此独立的光纤激光器通过光纤接入至激光输入接口；
或者，
中空的第一环形光束的内径大于或等于中空的第二环形光束的外径，中空的第二环形光束的内径大于送粉管的外径；
或者，
与激光交汇的粉末束流直径范围为0.1mm～5mm，第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径范围为0.1mm～8mm，且粉末束流直径小于或等于第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径；
或者，
光束分裂模块包括分光菱形反射镜、第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜，分光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与中空第一环形光束和中空第二环形光束的入射方向相反，且分光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜的反射面平行；
或者，
光束并合模块包括合光菱形反射镜、第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜，合光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的入射方向相同，且合光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜的反射面平行。


4.一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：
至少包括：第一W形锥面反射镜、第一折向平面反射镜、第二W形锥面反射镜、第二折向平面反射镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永雄，王荣，孔令超，梁秀兵，胡振峰，王浩旭，陈珂玮，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11