[发明专利]与激光的使用相关的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种与激光的使用相关的方法，其中由一个或多个激 光源发射的一条或多条激光射束借助于射束导引元件被聚焦在熔合位 点(fusing spot)上，在所述熔合位点处，被输送至该熔合位点的填 料被熔化，从而尤其用来实施焊接、涂覆、零件制造和/或类似工艺。 所采用的填料包括大体上固态的细长填料材料，如焊丝或类似材料， 所述填料材料通过输送系统以相对于聚焦在所述熔合位点上的所述一 条或多条激光射束位于中心的方式被供给至所述熔合位点。

背景技术

例如，LENS(激光净成形Laser Engineered Net Shaping)快速 制造技术(RP，快速原型法)，例如图1所示，利用的是单条激光射束， 所述单条激光射束以光学上位于中心的方式被聚焦在焦点上，从而在基 底材料上产生熔合的位点，由此使被添加到所述熔合位点上的粉末从激 光射束的相对侧部被喷射且同时受到该激光射束的加热。因此，喷射的 粉末产生熔化且与熔合在基底材料中的位点相结合。然而，传输以粉末 形式存在的填料材料就能量而言是浪费的，效率通常为约70％，且即使 在喷射的粉末可全部被供给至激光射束内部的情况下，效率仍然只有这 么高。因此，正常情况下的效率是低得多的，原因在于大体上多达大部 分的粉末都被吹走而到达环境中。效率进一步对激光工艺的速度以及由 所讨论的工艺制造出的制品价格产生了直接影响。

另一方面，当激光被用于例如焊接或涂覆过程中时，在目前的技术 中，通常通过在移动的燃烧位点前面连续地供给填料焊丝(filler wire) 来实施填料的供给，所述填料是以固态进行供应的，正如例如在敷料焊 条金属电弧焊或者药芯焊丝电弧焊中的情况那样，这种技术实际实施起 来是非常不便的，尤其就加工方向的不稳定性而言更是如此。在实践中， 在这种背景下，需要在燃烧装置与被用作基底的x-y平面进行相对移位 的过程中提供非常先进的自动装置和复杂的基本设备。

从专利公开文献JP 2003311456、EP 1179382和US 6,269,540中 进一步已公知的现有技术是利用与激光源相关联的大体上固态的填料， 所述填料以相对于聚焦在熔合位点上的一条或多条激光射束位于中心 的方式被输送至该熔合位点。

上面引用的解决方案中的第一解决方案所基于的是：为装置提供在 径向方向上沿圆周被设置的激光源，由所述激光源发射的激光射束围绕 所供应的填料通过光学导引元件被聚焦在熔合位点上。这种解决方案实 际实施起来是困难的，原因在于激光源的尺寸固有地限制了沿圆周设置 的激光源的数量或者过度地增加了所述装置的总直径。另一方面，与最 后提到的解决方案一致的实施方式中提出的技术性解决方案从本质上 是不适用的，特别地不适用于二氧化碳激光器的使用，至少从本领域技 术人员的角度来看是这样的，这就是该特定解决方案的实用性实际上非 常有限的原因。

进一步地，专利公开文献EP 1179382中披露的解决方案的目的在 于解决在激光射束中出现的“阴影问题”，所述激光射束的强度分布与 所谓高斯曲线是一致的，这意味着实际上，当通过大体上如图5示出的 技术进行实施时，在中心供应的填料焊丝导致被施加到熔合位点上的强 度分布中出现了阴影。因此，该特定解决方案的目的是，在出现由填料 焊丝导致产生的阴影时，从激光射束中切下最大强度分布的中间部分并 使其返回熔合位点。

这种类型的实施方式打破了激光射束的原始强度分布，从而使得部 分的熔合位点接收到了本质上均匀的强度分布，而部分的熔合位点则呈 现出更强的强度分布，原因在于后者已经从激光射束的最大强度范围中 被切去。因此，所讨论的技术方案实际上并未实现足够的功能，原因在 于就加工质量方面而言的最终结果例如取决于加工方向(均匀/不均匀 的强度分布)。因此，所讨论的解决方案并未成功地提供就消除“阴影” 问题方面而言的决定性改进，原因在于该解决方案仅仅改变了问题的性 质而已。

发明内容

根据本发明的方法的目的在于提供一种就前述缺点而言的决定性 改进且由此明显改进现有的技术。为了实现该目的，本发明的方法原则 上的特征在于，通过多部段反射镜使一条或多条激光射束产生发散，从 而尤其用来保持所述激光射束的强度分布的对称性，由此使得沿大体上 发散的方向从该反射镜的各个部段元件反射的射束或者分射束借助于 射束导引元件中所包括的聚光器系统而被会聚在熔合位点上。