CN111906306A - 一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统适用于金属增材制造领域，该光路系统装置包括该装置中包括激光器(6)、光学镜片(5)、准直器(4)、可移动式变频装置(3)、聚焦镜(2)和扫描振镜(1)。本发明提供的通过控制系统控制可移动式变频装置的位置和角度，从而实现不同波长间的切换加工光路系统。该加工装置能够对不同粉末烧结成形，同时，有效提高不同粉末对能量吸收率，从而提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属增材制造领域，尤其涉及用于选区熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统。
背景技术
在金属增材制造领域中，通常采用的激光器中心波长是1064nm，而铜合金、高温合金等粉末烧结成形过程中对该波段的吸收率远小于532nm，从而打印过程中，需要降低速度进行加工，使得加工效率明显降低。同时，能量有效利用率也大大降低，而未被吸收的光有部分反射光影响光路系统，以此长期使用反射光对降低光路系统的使用寿命。
为了在同一个光路系统有效地提高不同粉末的对能量的吸收率，在本发明中提出用于选区熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，通过频率为的激光束与非线性晶体的作用。其中，非线性晶体是利用光波通过介质时极化的非线性响应对光波反作用，产生二次非线性效应，继而获得频率为2的倍频光束，以此来实现波长变化，继而解决在烧结成形铜合金、高温合金等粉末时能量吸收率较低的问题。
发明内容
本发明实施例中提供了用于熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，通过非线性晶体在强激光束下产生的非线性作用，实现加工光路系统不同中心波长间的切换。该系统中包括激光器(6)、光学镜片(5)、准直器(4)、可移动式变频装置(3)、聚焦镜(2)和扫描振镜(1)；所述激光器(6)提供系统激光光束；所述准直器(4)用于将所述激光器(6)输出光源变成平行光；所述可移动式变频装置(3)通过调节位置和角度，实现不同波长光束间的切换；所述光学镜片(5)用于改变激光光束的路径，也可以将不同波段的光束分开/合并；所述聚焦镜(2)用于将所述可移动式变频装置(3)的光束聚焦为微小光斑，提高光斑能量密度和加工精度；所述扫描振镜(1)可将经所述可移动式变频装置(3)变频前后的波段光束通过所述光学镜片(5)和所述聚焦镜(2)后，将光束能量传递到金属烧结形成区域。
优选的，所述可移动式变频装置(3)包含变频晶体(3-1)、角度旋转装置(3-2)和微型位移平台(3-3)；所述变频晶体(3-1)用于改变光束的频率；所述角度旋转装置(3-2)可以进行360°旋转，以匹配满足所述变频晶体(3-1)与激光束相互作用的角度；所述微型位移平台(3-3)用于调节所述变频晶体(3-1)的位置在设备的光束系统中工作。
优选的，所述变频晶体(3-1)为KTP、BBO、CLBO、KTA、LBO等。其中，晶体BBO可以将中心波长为1060nm激光转换为532nm；采用晶体CLBO可以将中心波长为532nm转换为266nm；同时，采用LBO晶体1064nm剩余部分光和倍频光532nm和频产生355nm激光束，即三倍频。变频晶体不局限于以上应用方式，可根据权利要求2中选用激光器决定。
优选的，所述激光器(6)位光纤激光器。
优选的，所述聚焦镜(2)为消色差聚焦镜或动态聚焦镜。选择消色差聚焦镜可以同时满足不同波长在同一平面聚焦，而选择动态聚焦镜时则需要多个才能实现该功能。
优选的，控制系统(7)控制整体光路系统的正常运行。可以实现同一光路系统两个波段的激光束分别工作，也可以实现一台激光器两种波段的光束同时加工，该功能主要用于特殊合金的增材制造加工。
本发明的目的在于加工铜合金、高温合金等吸收率低的金属粉末时，在同一加工光路系统中提高金属烧结成形过程中的能量吸收率，从而提高增材制造加工效率。
附图说明
图1为用于熔化增材制造设备的多波长激光加工光路装置实施例一结构示意图；
图2为用于熔化增材制造设备的多波长激光加工光路装置实施例二结构示意图；
图3为用于熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统原理图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
实施方式一：
如图1所示，为本发明实施例的用于选区熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统及装置，该装置中包含扫描振镜1、动态聚焦镜2、可移动式变频装置3、准直器4、光学镜片5、激光器6、控制系统7。
在本发明实施例中，所述扫描振镜1能够同时满足变频前和变频后的波段，保证在金属烧结成形过程中能量均能够到达成形区域内。所述激光器6在增材制造设备中通常选用光纤激光器，中心波长为1064nm，用于提供金属粉末熔化的能量。
在本发明实施例中，所述动态聚焦镜2数量为两个，分别用于变频前和变频后的光束聚焦，确保两束光在同一个工作平面聚焦。所述准直器4用于将激光器6的点光源整形为平行光。
在本发明实施例中，所述可移动式变频装置3中包含变频晶体3-1、角度旋转装置3-2和微型位移装置3-3。其中，变频晶体3-1用于将1064nm波段的光束变成532nm波段，该晶体可以是BBO、KTP等变频晶体；角度旋转装置3-2用于改变光束进入变频晶体的角度；微型位移装置3-3用于控制变频晶体的位置。
在本发明实施例中，所述光学镜片5可以用于改变激光光束的路径，也可以将不同波段的光束分开/合并。其中，全反镜5-1和5-2用于改变532nm波段光束的传输路径；分束镜5-3用于将532nm和1064nm的光束分为两束，该镜片对1064nm光全部透射，而对532nm光全部反射，；合束镜5-4用于将532nm的光束耦合进入扫描振镜中，同样的，该镜片对1064nm光全部透射，而对532nm光全部反射；分光镜5-5用于将1064nm的激光按对应分光比例分成两束。
在本发明实施例中，所述控制系统7用于控制扫描振镜1、动态聚焦镜2和激光器6的正常工作；同时，控制系统7还控制可移动式变频装置3，当可移动式变频装置3移动到光路系统时，此时532nm光束传输依次经过分束镜5-3、全反镜5-2、动态聚焦镜2-1、全反镜5-1、合束镜5-4和扫描振镜1到达工作平面，可以用于加工铜合金粉末、高温合金粉末等对532nm波段吸收系数较高的材料。当可移动式变频装置3移动到远离光路系统时，此时只有1064nm的激光光束依次通过分束镜5-3、动态聚焦镜2-2和扫描振镜1到达工作平面，可以用于加工不锈钢粉末、铝合金粉末等。
在本发明实施例中，该加工装置能够运用于1064nm波段的激光进行金属粉末的烧结成形。同时，也可以将其变频切换为532nm波段的激光进行加工，以此在满足不同粉末加工的基础上，提高能量的利用率。
在本发明实施例中，将可移动式变频装置3和分束镜5-3位置替换，并将分束镜5-3替换为分光比为1：1的分光镜5-5，1064nm波段的激光从激光器6传播经过准直器4后到达分光镜5-5，将光分为功率相等的两束光。其中一束经过可移动式变频装置3后为532nm波段的激光进行加工；而另一束不改变波长在光路中传输到达待加工的平面，因此，该方法可以可实现一台激光器两种波段的光束同时加工。该功能主要用于特殊合金材料的增材制造。
实施方式二：
如图2所示，为本发明实施例的用于选区熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统及装置，该装置中包含扫描振镜1、消色差聚焦镜2、可移动式变频装置3、准直器4、激光器5、控制系统6。
在本发明实施例中，所述消色差聚焦镜2也需要同时满足变频前和变频后的波段在同一工作平面上聚焦，使得两个波段在成形区域内的不同位置光束均匀。
在本发明实施例中，所述控制系统6用于控制扫描振镜1和激光器5的正常工作；同时，控制系统6还控制可移动式变频装置3，当可移动式变频装置3移动到光路系统时，此时532nm光束传输通过扫描振镜1到达工作平面。当可移动式变频装置3移动到远离光路系统时，此时只有1064nm的激光光束通过扫描振镜1到达工作平面。
以上通过特定的实例说明本发明的具体实施方式，本技术领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施和应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同的应用场合和需求，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰和改变。
Claims (6)
1.一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于：所述变频加工光路系统包括激光器(6)、光学镜片(5)、准直器(4)、可移动式变频装置(3)、聚焦镜(2)和扫描振镜(1)；
所述激光器(6)提供系统激光光束；
所述准直器(4)用于将所述激光器(6)输出光源变成平行光；
所述可移动式变频装置(3)通过调节位置和角度，实现不同波长光束间的切换；
所述光学镜片(5)用于改变激光光束的路径；
所述聚焦镜(2)用于将所述可移动式变频装置(3)的光束聚焦为微小光斑；
所述扫描振镜(1)可将经所述可移动式变频装置(3)变频前后的波段光束通过所述光学镜片(5)和所述聚焦镜(2)后，将光束能量传递到金属烧结形成区域。
2.如权利要求1所述的一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于：所述可移动式变频装置(3)包含变频晶体(3-1)、角度旋转装置(3-2)和微型位移平台(3-3)；
所述变频晶体(3-1)用于改变光束的频率；
所述角度旋转装置(3-2)可以进行360°旋转，以匹配满足所述变频晶体(3-1)与激光束相互作用的角度；
所述微型位移平台(3-3)用于调节所述变频晶体(3-1)的位置在设备的光束系统中工作。
3.如权利要求2所述的一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于：所述变频晶体(3-1)为KTP、BBO、CLBO、KTA、LBO。
4.如权利要求1所述的一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于，所述激光器(6)位光纤激光器。
5.如权利要求1所述的一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于，所述聚焦镜(2)为消色差聚焦镜或动态聚焦镜。
6.如权利要求1所述的一种熔化增材制造设备的多波长激光加工光路系统，其特征在于：控制系统(7)控制整体光路系统的正常运行。
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|---|---|
| CN (1) | CN111906306A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113477948A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-08 | 华南理工大学 | 一种激光选区熔化的控制系统、方法及装置 |
| CN113681030A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-23 | 华南理工大学 | 一种激光选区熔化的控制系统、方法及装置 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000272016A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-10-03 | Three D Syst Inc | 径の異なる複数のビームを使用して三次元物体をステレオリソグラフィーで形成する方法および装置 |
| US6301276B1 (en) * | 1995-01-18 | 2001-10-09 | Sony Corporation | Laser light generating apparatus |
| CN104882775A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-02 | 温州大学 | 多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统 |
| CN104923786A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-23 | 广东奥基德信机电有限公司 | 一种双激光选区烧结及熔化非金属、金属的3d打印系统 |
| CN105549295A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-05-04 | 山东大学 | 一种兼具非临界相位匹配倍频、三倍频性能的紫外激光变频器及其工作方法 |
| CN105911793A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-08-31 | 山东大学 | 一种基于单块磷酸盐晶体的级联光学变频器及其应用 |
| CN108994452A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-12-14 | 上海航天设备制造总厂有限公司 | 一种多光束同光轴加工光路系统及其方法 |
| CN109798849A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-05-24 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 倍频晶体定轴误差测量装置及测量方法 |
| CN110289545A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-27 | 天津大学 | 一种双频输出的小型化双光梳制备方法 |
| CN110523988A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-03 | 华南理工大学 | 一种四激光四振镜激光选区熔化增减材成型装置与方法 |
| CN111198161A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-05-26 | 南京理工大学 | 一种粉末对激光吸收率的测量装置和测量方法 |
-
2020
- 2020-06-10 CN CN202010521004.XA patent/CN111906306A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6301276B1 (en) * | 1995-01-18 | 2001-10-09 | Sony Corporation | Laser light generating apparatus |
| JP2000272016A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-10-03 | Three D Syst Inc | 径の異なる複数のビームを使用して三次元物体をステレオリソグラフィーで形成する方法および装置 |
| CN104882775A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-02 | 温州大学 | 多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统 |
| CN104923786A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-23 | 广东奥基德信机电有限公司 | 一种双激光选区烧结及熔化非金属、金属的3d打印系统 |
| CN105549295A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-05-04 | 山东大学 | 一种兼具非临界相位匹配倍频、三倍频性能的紫外激光变频器及其工作方法 |
| CN105911793A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-08-31 | 山东大学 | 一种基于单块磷酸盐晶体的级联光学变频器及其应用 |
| CN108994452A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-12-14 | 上海航天设备制造总厂有限公司 | 一种多光束同光轴加工光路系统及其方法 |
| CN109798849A (zh) * | 2019-02-14 | 2019-05-24 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 倍频晶体定轴误差测量装置及测量方法 |
| CN110289545A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-27 | 天津大学 | 一种双频输出的小型化双光梳制备方法 |
| CN110523988A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-03 | 华南理工大学 | 一种四激光四振镜激光选区熔化增减材成型装置与方法 |
| CN111198161A (zh) * | 2020-02-21 | 2020-05-26 | 南京理工大学 | 一种粉末对激光吸收率的测量装置和测量方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113477948A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-08 | 华南理工大学 | 一种激光选区熔化的控制系统、方法及装置 |
| CN113681030A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-23 | 华南理工大学 | 一种激光选区熔化的控制系统、方法及装置 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201110 |