用于激光金属粉末沉积的系统和方法技术方案

一种用于使用光束摆动进行激光金属粉末沉积的方法和系统。该系统可包括光纤激光器和激光器头，所述光纤激光器被配置为产生激光束，所述激光器头被配置为从所述光纤激光器接收所述激光束，并且所述激光器头包括：准直器，所述准直器被配置为准直所述激光束；摆动器模块，所述摆动器模块具有第一可移动反射镜和第二可移动反射镜；和聚焦透镜，所述聚焦透镜被配置为聚焦所述准直的激光束通过粉末喷嘴装置，使得聚焦的准直的激光束的焦点位置定位于工件表面下方。所述粉末喷嘴装置将金属粉末输送到所述工件表面上的被所述聚焦的准直的激光束加热的区域。光束加热的区域。光束加热的区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光金属粉末沉积的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求于2020年1月21日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR METAL POWDER DEPOSITION USING LASER BEAM WOBBLING(用于使用激光束摆动进行金属粉末沉积的系统和方法)”的美国临时申请序列No.62/963,600的优先权，该美国临时申请以其全部内容通过引用并入本文。
[0003]背景


[0004]本
总体上涉及金属粉末沉积，并且更具体地涉及使用激光束摆动将金属粉末沉积到工件表面上的光纤激光器系统和方法。

技术介绍

[0005]激光金属沉积(LMD)是一种增材技术，其涉及使用激光束在金属衬底的表面上形成熔化金属池(熔池)，金属粉末通过气体流撞击到该熔化金属池中。金属粉末被吸收到熔池中(即，熔化并与基底材料结合)，并且在衬底的表面上产生沉积物。这些沉积物可以被用于构建或修复用于许多不同应用的金属零部件。例如，LMD适用于多个工业应用领域，包括表面熔覆、修复焊接和尤其是在模具中生成制造工具和零部件类型的应用中。涂层材料可以包括金属合金(例如，Co、Ni、Cu基、Ti和钢)、硬金属(例如，硬质合金)和陶瓷。基底金属材料可以包括钢、铸铁、青铜和金属合金。
[0006]与使用喷焊或电镀技术形成的机械结合相反，LMD具有使用冶金结合来涂覆较软的金属以得到坚硬、高质量的表面的能力。具有所期望的绝热性能的基底材料可以涂有导电层或抵抗环境影响(例如，高(或低)温度、盐、水和/或化学品)的其他层。LMD处理方法提供许多益处，包括低的、受控的热输入(即，与许多传统技术相比，LMD将较少的热传导到衬底材料中)和快速冷却速率，并且能够形成具有最小稀释和热影响区(HAZ)的精细的微结构。这些属性使得由应力和变形所引起的缺陷最小化。LMD还提供经济益处，例如更快的生产时间和更低的成本。然而，即使具有这些优点，仍然存在许多应用需要甚至更快的沉积速率和增强的过程控制和稳定性、工具灵活性和稀释控制。

技术实现思路

[0007]各个方面和实施例涉及一种用于使用激光束摆动进行金属粉末沉积的系统和方法。根据一个实施例，提供了一种用于激光金属粉末沉积的系统。所述系统包括：光纤激光器，所述光纤激光器被配置为产生激光束；和激光器头，所述激光器头被配置为从所述光纤激光器接收所述激光束，并且所述激光器头包括：准直器，所述准直器被配置为准直所述激光束；摆动器模块，所述摆动器模块具有第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜是近似相同尺寸的，并且所述摆动器模块被配置为从所述准直器接收准直的激光束，并且使所述准直的激光束沿第一轴线和第二轴线在约
0.1
°
至2
°
的扫描角度内摆动；和聚焦透镜，所述聚焦透镜不是扫描透镜并且被配置为聚焦所述准直的激光束，聚焦的准直的激光束被引导通过粉末喷嘴装置，使得所述聚焦的准直的激光束的焦点位置定位于工件表面下方，所述粉末喷嘴装置被配置为将金属粉末输送到所述工件表面上的被所述聚焦的准直的激光束加热的区域。
[0008]在具体实施例中，所述系统被配置为使得金属粉末沉积速率是至少1kg/hr。
[0009]根据至少一个实施例，所述聚焦的准直的激光束的所述焦点位置在所述工件表面下方的1mm至30mm的范围内。根据又一实施例，所述焦点位置在所述工件表面下方的5mm至20mm的范围内。
[0010]在一些实施例中，所述金属粉末是镍基高温合金。在另一实施例中，所述工件是玻璃模具。
[0011]根据某些实施例，由所述光纤激光器产生的所述激光束具有至少0.3kW的功率。
[0012]根据另一实施例，所述摆动器模块被配置为与所述工件和所述激光器头中的至少一者的移动相协调地使所述准直的激光束在所述工件的表面上以重复的摆动图案摆动。在一些实施例中，所述摆动图案具有约6mm的最大值的直径。
[0013]根据本专利技术的另一方面，提供了一种金属粉末沉积方法。根据一个实施例，所述方法包括：提供被配置为产生激光束的光纤激光器；通过使所述激光束行进通过准直器来准直所述激光束；提供摆动器模块，所述摆动器模块包括近似相同尺寸的第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，并且所述摆动器模块被配置为接收准直的激光束并且使所述准直的激光束沿第一轴线和第二轴线在约0.1
°
至2
°
的扫描角度内摆动；引导所述激光束通过聚焦透镜，所述聚焦透镜不是扫描透镜并且被配置为聚焦所述准直的激光束并且引导所述准直的激光束通过粉末喷嘴装置，使得聚焦的准直的激光束具有在工件表面下方的焦点位置；以及使用所述聚焦的准直的光束来加热所述工件表面上的被所述粉末喷嘴装置输送的金属粉末撞击的区域。
[0014]根据一些实施例，所述方法还包括移动所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜以使所述准直的激光束在所述粉末喷嘴装置的孔口内以重复的摆动图案摆动。根据一个实施例，所述摆动图案具有6mm的最大值的直径。
[0015]在具体的实施例中，所述方法还包括提供包括所述准直器、所述摆动器模块和所述聚焦透镜的激光器头。
[0016]在一些实施例中，所述光纤激光器被配置为具有至少0.3kW的功率。在一些实施例中，所述方法包括提供所述光纤激光器。
[0017]根据某些实施例，所述方法还包括调节所述激光器头的至少一个部件，使得所述焦点位置在所述工件表面下方的约1mm至30mm的范围内。在另一实施例中，将所述焦点位置调节在所述工件表面下方的约5mm至20mm的范围内。
[0018]根据至少一个实施例，所述方法包括与所述工件和所述激光器头中的至少一者的移动相协调地摆动所述准直的激光束。
[0019]根据一个实施例，所述方法包括控制所述光纤激光器和所述摆动器模块使得所述金属粉末的沉积速率为至少1kg/hr。
[0020]在一些实施例中，所述工件是玻璃模具，以及所述金属粉末是镍基高温合金。
[0021]下面将详细论述这些示例性方面和实施例的其他方面、实施例以及优点。此外，应
当理解，前述信息和以下详细描述都仅仅是各个方面和实施例的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施例的性质和特征的概述或框架。本文公开的实施例可以与其他实施例组合，并且引用“实施例”、“示例”、“一些实施例”、“一些示例”、“替代性的实施例”、“各种不同的实施例”、“一个实施例”、“至少一个实施例”、“该实施例和其他实施例”、“某些实施例”等等不一定相互排斥，并且旨在指示所描述的具体特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施例中。本文中出现的这些术语不一定都指的是同一实施例。
附图说明
[0022]下面参考所附附图论述至少一个实施例的各个不同的方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个不同方面和实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于激光金属粉末沉积的系统，包括：光纤激光器，所述光纤激光器被配置为产生激光束；和激光器头，所述激光器头被配置为从所述光纤激光器接收所述激光束，并且所述激光器头包括：准直器，所述准直器被配置为准直所述激光束；摆动器模块，所述摆动器模块具有第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，所述第一可移动反射镜和所述第二可移动反射镜是近似相同尺寸的，并且所述摆动器模块被配置为从所述准直器接收准直的激光束，并且使所述准直的激光束沿着第一轴线和第二轴线在约0.1
°
至2
°
的扫描角度内摆动；和聚焦透镜，所述聚焦透镜不是扫描透镜并且被配置为聚焦所述准直的激光束，聚焦的准直的激光束被引导通过粉末喷嘴装置，使得所述聚焦的准直的激光束的焦点位置定位于工件表面下方，所述粉末喷嘴装置被配置为将金属粉末输送到所述工件表面上的被所述聚焦的准直的激光束加热的区域。2.根据权利要求1所述的系统，所述系统被配置为使得金属粉末沉积速率是至少1kg/hr。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述聚焦的准直的激光束的所述焦点位置在所述工件表面下方的1mm至30mm的范围内。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述焦点位置在所述工件表面下方的5mm至20mm的范围内。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述金属粉末是镍基高温合金。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述工件是玻璃模具。7.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述光纤激光器产生的所述激光束具有至少0.3kW的功率。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述摆动器模块被配置为与所述工件和所述激光器头中的至少一者的移动相协调地使所述准直的激光束在所述工件的表面上以重复的摆动图案摆动。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述摆动图案具有约6mm的最大值的直径。10.一种激光金属粉末沉积方法，包括：提供被配置为产生激光束的光纤激光器；通过使所述激光束行进通过准直器来...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：