[发明专利]一种用于激光金属打印的同轴送丝熔敷头

说明书

本发明提供了一种用于激光金属打印的同轴送丝熔敷头，包括激光器接口、用于将实心激光束转换为环形中空光束的环形光束发生装置、送丝管、聚焦镜和密封箱体；所述密封箱体内设有相互连通的传输通道和输出通道，所述传输通道和输出通道不在同一轴线上，且在所述传输通道和输出通道的连接处设有反射镜，所述反射镜将所述环形中空光束引入输出通道，所述聚焦镜设置在输出通道中；所述送丝管沿直线设置在输出通道中，并与所述环形中空光束同轴。本发明的有益效果在于，金属丝由与激光束同轴的位置传输至熔敷位置，提高了金属丝与环形激光束的同轴度；减小了再聚焦时激光束的汇聚角，提升了成形过程中金属丝的稳定性。

技术领域

本发明涉及激光金属打印领域，具体涉及一种用于激光金属打印的同轴送丝熔敷头。

背景技术

随着航空航天、核工业等领域对大型高性能零部件要求的不断提高和需求的持续增长，兼顾精确成形和高性能成性的金属增材制造受到了国内外的广泛关注。激光送丝金属打印具有高材料利用率、高成形效率、高力学性能及环境友好等优点，在高性能零件的制造与修复上具有十分巨大的潜在应用价值。近年来关于激光送丝金属打印的研究明显增多，并取得了显著的成果。但是，当前激光送丝金属打印的研究仍然停留在成形工艺参数对构件组织性能的影响上，其成形构件大多是简单零件(如单道薄壁件)，对于较复杂零件的成形极少涉及。导致这种情况的因素有很多，其中送丝方式是最主要的因素之一。旁轴送丝大大增加了激光送丝金属打印在机械、电气以及控制上的难度，限制了复杂零件的成形复杂度，严重阻碍了激光送丝金属打印的实际应用。

为了避免旁轴送丝的问题，苏州大学的石世宏教授课题组进行了光内同轴送丝激光熔敷设备的开发与工艺研究。专利CN 202367348U提出了一种环形激光光内同轴送丝熔敷成形方案，通过锥形镜将实心激光束转换为环形激光束，再利用环形聚焦镜使环形激光束重新聚焦，并通过送丝管将金属丝送入到环形激光束的中心进行熔化沉积。但是，这种同轴送丝熔敷头存在两点不足：1)激光转变为环形光束之后，再聚焦时光束的汇聚角过大，因此，成形过程中金属丝的热效应变化较大，导致成形过程不稳定；2)由于金属丝是从熔敷头的侧面送入，经过弯折后从喷嘴送出，弯折过程易导致金属丝在离开喷嘴时发生弯曲，从而影响金属丝与环形激光的同轴度，对零件成形造成不良影响。

由于现有的同轴送丝方案尤其是熔敷头对激光的转换方式仍存在不足，因此，进一步研发同轴送丝熔敷头对实际工程应用具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型的同轴送丝熔敷头，使得金属丝由与激光束同轴的位置传输至熔敷位置，保证金属丝在离开喷嘴时不发生弯曲，从而提高构件的成形质量。

本发明提供了一种用于激光金属打印的同轴送丝熔敷头，包括激光器接口、用于将实心激光束转换为环形中空光束的环形光束发生装置、送丝管、聚焦镜和密封箱体；所述密封箱体内设有相互连通的传输通道和输出通道，所述传输通道和输出通道不在同一轴线上，且在所述传输通道和输出通道的连接处设有反射镜，所述反射镜将所述环形中空光束引入输出通道，所述聚焦镜设置在输出通道中；所述送丝管沿直线设置在输出通道中，并与所述环形中空光束同轴。

优选地，所述环形光束发生装置包括两个锥形镜，所述两个锥形镜的尖部相对。

优选地，所述环形光束发生装置和所述反射镜之间还设有环形光束分裂镜。

优选地，所述密封箱体中还设有输入通道，输入通道的一端与激光器接口相连接，另一端与传输通道相连通，所述输入通道中还设有扩束镜和准直镜。

优选地，所述传输通道和输出通道的夹角为90度。

优选地，所述聚焦镜为凸透镜。

优选地，所述送丝管的外部还套有送气管，送丝管和送气管的端部分别连接有送丝管接口与送气管接口。