[发明专利]用于激光增材制造系统的宽带激光熔覆头

说明书

本发明涉及激光增材制造技术领域，提供一种用于激光增材制造系统的宽带激光熔覆头，包括：QBH接口、准直模块、光学匀化模块、聚焦模块以及保护镜模块。光学匀化模块配置包括：准直镜，匀化镜，聚焦镜，保护镜；准直镜由三个透镜组成；匀化镜由多条柱面透镜拼接而成；聚焦镜为单个透镜聚焦；并由保护镜模块的双镜面透镜保护。本发明的宽带激光熔覆头及矩形光斑光学系统在激光熔覆中使用，其熔宽、熔深较大，可提升效率，提高粉末激光利用率，形成熔覆层质量好，形成组织均匀。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，具体而言涉及一种用于激光增材制造系统的宽带激光熔覆头。

背景技术

激光熔覆技术以其高精度、高适用性、熔覆层与基体呈冶金结合等优点，已成为表面改性领域的点，并且在汽车工业、航空航天、海洋及石油化工等工业领域中得到了推广与应用。

激光加工设备是激光熔覆技术的应用基础条件，其不断进步和发展推动了激光熔覆技术的不断革新。市场需求的增加和激光熔覆技术的进步，对激光熔覆设备系统提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于激光增材制造系统的宽带激光熔覆头，可以提高熔覆宽度、提升熔覆效率，使用高功率激光器实现高质量的粉末与激光束结合的熔覆层。

本发明的第一方面提出一种用于激光增材制造系统的宽带激光熔覆头，包括：

QBH接口，用于与激光器光纤连接，接收激光光束的射入；

准直镜模块，用于准直经由QBH接口射入的激光光束；

匀化镜模块，所述匀化镜模块包括多个柱面镜单元，组成阵列镜组，用于将准直后的激光光束分为多束聚焦的激光光束；

聚焦镜模块，所述聚焦镜模块包括至少一个聚焦透镜，对多束聚焦的激光光束进行聚焦形成矩形光斑；以及

保护镜模块，设置在聚焦镜模块下方，用于对激光增材制造过程中形成对聚焦镜模块、匀化镜模块和/或准直镜模块的防护。

其中作为优选的实施例，经由QBH接口射入的激光光束经过准直后，通过匀化镜模块将准直的激光光束分割为多束子光束，每一束子光束通过聚焦镜模块会聚后，叠加在匀化平面，即聚焦镜模块焦面的同一区域内，则由此获得的Y方向矩形光斑长度S'为：

在匀化平面上，X轴方向矩形光斑宽度d'为：

其中，f'表示柱面镜模块的焦距；F_F'表示聚焦镜模组的焦距；P'表示Y方向单个柱面镜单元的宽度，即Y方向单束子光束的宽度；F_C'表示准直镜模块的准直焦距；d_f'表示入射激光光纤的芯径。

其中，所述矩形光斑的功率密度呈内高外低的趋势分布。

结合以上本发明提出的技术方案，本发明提出的宽带激光熔覆头通过QBH接口连接激光器光纤接口，具有发散角的高斯光束进入熔覆头，经过准直镜组得到激光光束中的光线发散角几乎为0，并且平行于熔覆头中心轴线，竖直向下传播；匀化镜组包含n个柱面镜，接收准直后的激光光束，光束在柱面镜下方聚焦形成n束聚焦光线；聚焦透镜接收由匀化镜形成的多束聚焦光束，在聚焦镜下面的匀化平面形成矩形光斑，实现高功率密度的宽带熔覆用的矩形光斑，提高单次熔覆形成的熔覆层的熔覆宽度、提升熔覆效率，提高熔覆层平整度和质量。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。