[发明专利]一种激光增材制造送丝用的光内送丝装置

说明书

本发明涉及激光增材制造送丝用的光内送丝装置，其包括送丝管路和光路单元，光路单元包括激光器连接头、准直模块、分光模块、及具有能够将光路向下反射镜面的光路转向模块，其中分光模块包括分光镜、与分光镜的镜面一一对应且能够将光束反射至反射镜面的反射镜，反射镜面倾斜设置，且位于光路转向模块底面，送丝管路自上而下自光路转向模块内部穿出，且送丝管路的出丝口位于反射镜面的下方。本发明在丝材输送过程中，保持丝材垂直送入，且整个过程保持垂直角度进入熔池，同时激光束通过汇聚、分路、再汇聚的形式形成与送丝管路中心共线的激光焦点，保证进入熔池时光束和丝材同轴，避免了送丝过程中角度变化，提高了成形精度。

技术领域

本发明属于激光增材制造设备领域，具体涉及一种激光增材制造送丝用的光内送丝装置。

背景技术

激光增材制造技术是一种以粉末或丝材为原料，通过高功率激光熔化/快速凝固逐层累加，能直接制造出全致密且力学性能优异金属零件的先进制造技术，在航空航天、汽车船舶及武器装备等领域具有广阔的应用前景。基于送丝的同步增材制造技术，由于金属丝材为刚性输送，无发散性，材料利用率几乎为100%、节能环保，熔覆表面粗燥度低，可避免送粉带来的问题。另外，丝材成本相对较低且易获得，同时具有容易实现精确控制、送料速度快等优点，送丝熔覆被认为具有极大发展空间。

目前，送丝方式大多采用的是侧向“光外”送丝法，即是将丝材经过激光束外侧送入激光所产生的熔池中，这种方法存在扫描方向性限制及不能保证光、丝准确耦合等问题，这些都限制了“光外”送丝熔覆技术的广泛应用。为解决“光外”送丝的问题，石世宏等提出了“光内”同轴送丝熔覆新方法。该方法利用光束易变换的特点，将入射的实心圆形激光束在喷头装置中进行变换，使投射至成形表面上的聚焦激光束内部形成一中空锥形的无光区，单根送丝喷嘴即可布置在此无光区中并与聚焦激光束同轴。可消除“光外”送丝法扫描方向性的影响，同时可实现光、丝准确耦合。

但是，在现有光内送丝增材制造过程中，由于丝材是弯曲过渡垂直进入熔池，在丝材输送过程中送丝角度逐渐变化，造成在丝材脱离送丝管后由于应力释放，导致丝材发生一定的偏摆，这就造成了熔池的不稳定，进而送丝成形质量较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的激光增材制造送丝用的光内送丝装置。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种激光增材制造送丝用的光内送丝装置，其包括送丝管路和光路单元，光路单元包括激光器连接头、准直模块、分光模块、及具有能够将光路向下反射镜面的光路转向模块，其中分光模块包括分光镜、与分光镜的镜面一一对应且能够将光束反射至反射镜面的反射镜，反射镜面倾斜设置，且位于光路转向模块底面，送丝管路自上而下自光路转向模块内部穿出，且送丝管路的出丝口位于反射镜面的下方；自激光器发出的光束在准直模块的校直下形成平行光束，平行光束在分光镜下分成了至少两条光路，每条光路向对应的反射镜反射，并由反射镜将光路反射至反射镜面，再由反射镜面将两条或多条光路向下反射形成汇聚焦点，其中汇聚焦点位于送丝管路出丝口的下方，且汇聚焦点的中心与送丝管路的中心共线。

优选地，平行光束水平设置，送丝管路垂直向下延伸，反射镜面将多条光路垂直向下反射。

根据本发明的一个具体实施和优选方面，激光器连接头内部形成光束通道，准直模块与激光器连接头对接且能够将光束校直形成平行光束，光内送丝装置还包括光罩、连接在光罩一端部的环形座、可拆卸连接在环形座上的环形盖，其中在环形盖上设有光束通孔，准直模块与环形盖对接，平行光束自光束通孔射入环形盖内，分光镜通过支杆设置在环形座所形成的环形腔内，反射镜设置在环形盖内壁，且与分光镜的镜面对应设置，光路转向模块连接在光罩的另一端部。

优选地，环形座包括与环形盖螺纹配合的环形本体、设置在环形本体内部的环形定位条，支杆沿着环形定位条的径向延伸且固定在环形定位条上，分光镜自底座设置在支杆的一侧，且分光镜面朝向环形本体的内壁。