[发明专利]一种多光束同光轴加工光路系统及其方法

说明书

本发明实施例提供了一种多光束同光轴加工光路系统，其特征在于，包括：激光发射单元，包括至少一个激光器，至少一个合束器，合束器用于将激光器发射的激光光束合并成同一个光轴光束并进行传输至一个激光扫描单元；激光扫描单元，用于接收激光发射单元的激光光束，并且通过激光扫描单元中的振镜组件，将激光光束反射至加工平面对工件进行扫描加工；振镜组件包括多组XY扫描振镜，多组XY扫描振镜采用独立扫描或协作扫描，用于增大扫描幅面，实现大幅面激光加工工艺；在激光光束传输的过程中，合束器与振镜组件间还设置有聚焦镜；控制单元，包括IPC工控机、激光器的控制卡以及振镜组件的控制卡；用于控制振镜和/或激光器的分时、分工工作。

技术领域

本发明涉及激光加工制造领域，具体涉及不同模式多激光束同轴大幅面加工系统及方法。

背景技术

在激光快速成型加工制造领域，通常成型的金属工件中残余应力大且物理、力学性能不好。目前在该领域中通常采用多光路系统或者基板加热的方法实现，多光路系统较多采用区域重合控制或者在加工轨迹上实现光斑前后作用实现处理，存在过程复杂而且时空跨度大、作用效果不佳、系统架构复杂等不足；而采用基板预热，耦合因素多，热影响区域大，过高温度限制激光精密系统加工的优势，难于进一步应用。

因此，本发明设计在加工过程中可以利用不同波段的激光器进行同轴加工如Nd:YAG激光器和CO2激光器等，继而通过分时控制这两束激光分别进行熔化和预热，最终可以实现工件的残余应力减小，此外，还可以采用不同工作模式的激光器进行熔池搅拌使得液态金属材料的晶粒细化、组织均匀，从而金属工件强度、硬度高，塑性和韧性愈好。

另一方面，3D打印的表面较粗糙，表面光洁度Ra大于12.5，因此可以在工件完成之后对其表面进行一定的热处理，使得金属工件的表面质量更好。此外，还可以利用紫外激光器进行光整加工，使得工件表面粗糙度等性能更好。

在目前3D打印设备中，幅面小于300mm×300mm的设备相对较多，因此本发明提供的一种多光束同轴多功能大幅面3D打印装置，可以解决在快速成型加工中分频分时同轴完成预热、熔化、搅拌、强化及光整，使得工件性能更好，打印幅面更大，同时可以集成紫外的激光束对材料表面进行清洗等后处理操作。

发明内容

本发明实施例提供了一种多光束同光轴大幅面3D打印系统，在同轴光路中实现多功能加工，并提出在单光路系统中实现大幅面的打印。该系统中包括：

激光发射单元，包括至少一个激光器，至少一个合束器，所述合束器用于将所述激光器发射的激光光束合并成同一个光轴光束并进行传输至一个激光扫描单元；

所述激光扫描单元，用于接收所述激光发射单元的激光光束，并且通过所述激光扫描单元中的振镜组件，将激光光束反射至加工平面对工件进行扫描加工；

所述振镜组件包括多组XY扫描振镜，所述多组XY扫描振镜采用独立扫描或协作扫描，用于增大扫描幅面，实现大幅面激光加工工艺；

在激光光束传输的过程中，所述合束器与所述振镜组件间还设置有聚焦镜；

控制单元，包括IPC工控机、所述激光器的控制卡以及所述振镜组件的控制卡；用于控制所述振镜和/或所述激光器的分时、分工工作。

优选地，所述分时、分工工作包括至少一个所述激光器同时或单独工作，用于分时控制多个不同类型的激光器，完成不同功能的激光加工。

优选地，所述同时工作包括不同波长的激光器分频控制后一起工作。

优选地，所述激光发射单元还包括一个准直器，用于将所述合束器处理的光束变为平行光束。

优选地，所述合束器通过采用不同镀膜实现激光光束的反射和/或透射。

优选地，所述激光器个数为一个时，所述合束器不工作，用于实现材料的成型、打标激光加工工艺。