CN112828304B - 一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，由第一束和第二束经过准直的激光得到第一并合环形光束和第二并合环形光束；第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，粉末喷嘴喷出的粉末束流与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴；同等质量条件下，沉积材料总体吸收的热量大大减小，加工头可以相对基体进行高速的移动，沉积效率大为提高，因热沉积过程产生的残余应力和变形减小，故而显著提高了成形精度和涂层质量。

Description

一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头

技术领域

本公开涉及激光沉积增材制造技术领域，特别涉及一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

激光熔化沉积(LMD，或称激光熔覆)是基于微区液相焊接思想而发展起来的金属增材制造技术的杰出代表，在3D打印产业中发挥越来越重要的作用，已经深度应用到了航空航天、生物医疗、工业模具等领域。然而，该技术仍有许多技术问题与挑战需要解决，激光将材料加热至熔化状态并在待沉积表面形成熔池，导致了热输入高、残余应力大、材料组织粗化、加工头相对零件的移动速度低、增材成形效率低等结果发生。

除了基于液相焊接原理的金属增材制造技术之外，基于热喷涂原理的增材制造技术也提供了可供选用的解决思路，其中激光喷涂增材制造就是代表技术之一。激光喷涂是利用激光将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，同时通过压缩气体高速输送粉末粒子，激光的部分能量还可用来加热基体表面，进而实现喷涂粒子在基体表面的可靠沉积成形。在激光喷涂工艺过程中，激光的作用不会使待沉积表面产生熔池，其没有明显的搭接区而变得平整。与激光熔覆等基于液相焊接原理的激光金属沉积增材制造技术相比，激光喷涂可以使其沉积效率得到几十甚至上百倍的提高，还可有效避免液相焊接给材料带来的氧化、烧蚀、晶粒长大等现象。但是，纵观其发展现状，以下几点不足严重制约了该技术的进步：(1)激光喷涂工艺的激光束相对喷涂射流大多都是侧向布置，这样严重限制了加工头(或称喷枪)移动的方向，并且激光光斑和粉末沉积斑点很难完全重合，喷涂粉末的加速协同效果不理想，粉末飞溅严重，工艺均匀性差；(2)粉末沉积斑点大，不利于增材制造领域的应用，激光喷涂使用的激光聚焦光斑直径大都在4mm以上，甚至有使用矩形光斑，光束质量普遍不高，粉末喷管出口直径大都在2～12mm，难以实现高精度的增材成形；(3)成形冗余热量多，不利于加工效率和质量的提高。

激光熔化沉积和激光喷涂(后文统称激光沉积)增材制造工艺的同轴送粉可分为光外侧向同轴送粉以及光内中心同轴送粉两种方式。有研究人员尝试采用光外侧向同轴送粉激光喷涂方案，其方案存在高压气体射流对粉末的加速作用距离有限，导致粉末加速不充分、沉积斑点大、材料飞溅严重等风险，一定程度上限制了激光喷涂技术优势的发挥。对于光内中心同轴送粉，有采用周向均匀布置多束激光向中心汇聚的中心送粉/送丝激光熔覆技术方案，也有通过光路变换设计形成中空的环形汇聚光束的激光熔覆方案。但是，汇聚的激光大都是形成一个聚焦焦斑，且焦深很小，该焦斑主要是用来加热基体以形成熔池，粉末则主要靠熔池的对流传热使其熔化，进而实现沉积，这势必要求熔池具有足够多的盈余热量，以使材料发生冶金结合。因此，将激光能量汇聚在单个焦斑上的聚焦光学设计已不能适应高精度和高质量激光喷涂或激光熔覆增材制造加工的发展需求，难以实现沉积微区材料所需激光能量的精细化调节。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，能够产生长焦深或常规短焦深的第一环形聚焦激光束，以使从光内中心同轴送入的粉末束流与第一环形聚焦激光束高度匹配并充分吸收激光能量，达到半熔化或全熔化状态；同时产生更长焦距、常规短焦深并与第一环形聚焦激光束同轴的第二束环形聚焦激光束，以使其聚焦于基体表面待沉积区从而实现加热，两束激光的能量应可以在大范围区间内彼此相对独立、互不干扰的精细化调节。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法。

一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，包括以下步骤：

第一束经过准直的激光穿过第一折向平面反射镜的第一通孔后到达第一W形锥面反射镜，反射光射向第一折向平面反射镜的反射面发生90度转向，形成中空第一环形光束；

第二束经过准直的激光穿过第二折向平面反射镜的第二通孔后到达第二W形锥面反射镜，反射光射向第二折向平面反射镜的反射面发生90度转向，穿过第一折向平面反射镜的第三通孔后形成中空第二环形光束；

中空第一环形光束和中空第二环形光束经光束分裂模块后生成同轴且中间有缝隙的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束，第一分裂环形光束和第二分裂环形光束经第五折向平面反射镜转向90度后经光束并合模块生成同轴的且向中间并合的第一并合环形光束和第二并合环形光束；

第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；

送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，通过压缩气体输送的粉末依次通过送粉管和粉末喷嘴后形成一束与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴的粉末束流向基体表面喷射。

本公开第二方面提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头。

一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，至少包括：第一W形锥面反射镜、第一折向平面反射镜、第二W形锥面反射镜、第二折向平面反射镜、第五折向平面反射镜、聚焦透镜、光束分裂模块和光束并合模块；

第一折向平面反射镜开有第一通孔和第三通孔，第二折向平面反射镜开有第二通孔，第一通孔的轴线与第一W形锥面反射镜中心轴重合，第二通孔轴线与第二W形锥面反射镜中心轴重合；

第一束经过准直的激光穿过第一折向平面反射镜的第一通孔后依次经第一W形锥面反射镜、第一折向平面反射镜、光束分裂模块、第五折向平面反射镜和光束并合模块后，得到第一并合环形光束；

第二束经过准直的激光穿过第二折向平面反射镜的第二通孔后依次经第二W形锥面反射镜、第二折向平面反射镜、光束分裂模块、第五折向平面反射镜和光束并合模块后，得到第二并合环形光束；

第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；

送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，粉末喷嘴喷出的粉末束流与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开提供的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，沉积材料吸收的盈余热量小、加工头移动速度高，成形过程导致的残余应力和变形小，成形效率高。第一聚焦光斑加热粉末材料至熔化或半熔化态的同时，第二聚焦光斑主要用来加热基体表面的沉积斑点区域至半熔化(软化)或熔化态，且激光照射基体的加热深度很浅，使激光能量得到精准利用，所需冗余能量少；经过上述综合作用的效果就是，同等质量条件下，沉积材料总体吸收的热量大大减小，加工头可以相对基体进行高速的移动，沉积效率大为提高，因热沉积过程产生的残余应力和变形减小，故而显著提高了成形精度和涂层质量。

2、本公开提供的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，激光束和粒子射流匹配性好，粒子射流调整灵活度大。通过采用同轴送粉的方式，聚焦光斑与粒子射流可做到绝对同轴，这使得沉积材料受热均匀、充分、飞溅少，沉积角度和移动方向不受限制；更进一步，通过调节环形聚焦光斑的外圆直径和粉末喷嘴的口径大小，粒子射流的沉积斑点直径可以低至百微米量级，也可以高至几毫米量级，极大提高了工艺调整灵活度和应用范围。

3、本公开提供的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法及加工头，可以根据需要实现高速激光熔覆或激光喷涂的效果，工艺适应性宽泛。通过调节激光器的功率，使粉末粒子和基体表面的受热温度在大范围内变化，同时调节粉末粒子的飞行速度等参数，就可实现高质量的激光熔覆或激光喷涂，工艺灵活性好，参数调节窗口范围宽。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例提供的双束环形激光沉积加工头结构及光路传输示意图。

图2为本公开实施例提供的双束环形激光沉积加工头光学镜片布置及聚焦光斑示意图。

图3为本公开实施例提供的聚焦透镜外形示意图。

图4为本公开实施例提供的聚焦透镜外圈长焦深结构示意图。

1、第一束激光；2、第一准直镜；3、第一折向平面反射镜；4、第一W形锥面反射镜；5、中空第一环形光束；

6、第二束激光；7、第二准直镜；8、第二折向平面反射镜；9、第二W形锥面反射镜；10、中空第二环形光束；

100、分光棱形反射镜；101、第三折向平面反射镜；102、第四折向平面反射镜；

11、第一分裂环形光束；12、第二分裂环形光束；13、第五折向平面反射镜；

200、合光棱形反射镜；201、第六折向平面反射镜；202、第七折向平面反射镜；

14、第一并合环形光束；15、第二并合环形光束；16、聚焦透镜；17、第一聚焦环形光束；18、第二聚焦环形光束；

19、送粉管；20、粉末喷嘴；

300、中心孔；301、内圈；302、外圈。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，它包括：第一准直镜2、第一W形锥面反射镜4、第一折向平面反射镜3、第二准直镜7、第二W形锥面反射镜9、第二折向平面反射镜8、分光棱形反射镜100、第三折向平面反射镜101、第四折向平面反射镜102、第五折向平面反射镜13、合光棱形反射镜200、第六折向平面反射镜201、第七折向平面反射镜202、聚焦透镜16；

其中第一束激光1通过第一准直镜2形成准直光束后，无遮挡地穿过第一折向平面反射镜3上设置的第一通孔后射至第一W形锥面反射镜4，而后又射向第一折向平面反射镜3的反射平面上而发生90度转向，形成中空第一环形光束5；

第二束激光6通过第二准直镜7形成准直光束后，无遮挡地穿过第二折向平面反射镜8上设置的第二通孔后射至第二W形锥面反射镜9，然后又射向第二折向平面反射镜8的反射平面上而发生90度转向，继而无遮挡地穿过第一折向平面反射镜3上设置的第三通孔后形成与第一中空环形光束5同轴的中空第二环形光束10；

中空第一环形光束5和中空第二环形光束10各自射向分光棱形反射镜100、第三折向平面反射镜101及第四折向平面反射镜102后形成同轴的、中间有缝隙的第一分裂环形光束11和第二分裂环形光束12；而后又射向第五折向平面反射镜13而发生90度转向后各自射向合光棱形反射镜200、第六折向平面反射镜201及第七折向平面反射镜202，然后形成同轴的、向中间并合的第一并合环形光束14和第二并合环形光束15；第一并合环形光束14和第二并合环形光束15通过聚焦透镜16后形成同轴的但在深度方向上彼此分离的、向中央汇聚的第一聚焦环形光束17和第二聚焦环形光束18；

送粉管19依次穿过第五折向平面反射镜13的第四通孔、合光棱形反射镜200的第五通孔和聚焦透镜16的中心孔300后与粉末喷嘴20连接，通过压缩气体输送的粉末依次通过送粉管和粉末喷嘴后形成一束与第一聚焦环形光束17和第二聚焦环形光束18都同轴的粉末束流向基体表面喷射。

本实施例中，分光菱形反射镜100、第三折向平面反射镜101和第四折向平面反射镜组102成光束分裂模块，分光菱形反射镜100的屋脊棱的朝向与中空第一环形光束5和中空第二环形光束10的入射方向相反，且分光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜的反射面平行；

本实施例中，合光菱形反射镜200、第六折向平面反射镜201和第七折向平面反射镜202组成光束并合模块，合光菱形反射镜200的屋脊棱的朝向与第一分裂环形光束11和第二分裂环形光束12的入射方向相同，且合光菱形反射镜200的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜的反射面平行。

本实施例中，聚焦透镜16为沿光线透射方向在中央开有通孔的平凸形结构，其中凸形表面由具有不同焦距的内圈301和外圈302组成的复合面形构成，内圈301为球面或非球面，外圈302为非球面。

具体的，聚焦透镜为沿光线透射方向在中央开有通孔的平凸形结构，如附图3示，其中凸形表面由具有不同焦距的内圈301和外圈302组成的复合面形构成。

第一并合环形光束14和第二并合环形光束15分别通过聚焦透镜16的外圈302和内圈301。聚焦透镜的外圈通常采用非球面，这是由于当粉末粒子流从环形激光中心轴处向基体表面飞行时，将首先与第一并合环形光束通过聚焦透镜外圈后形成的聚焦光斑交汇，粒子被加热。当具有相对较长焦深(通常要求2～20mm)的聚焦光斑与粒子流交互时，且在焦深范围内光斑直径波动不大时，粒子受热更充分和均匀，更有利于粉末粒子的高质量沉积。因此，需要根据此要求设计非球面的面形参数。

作为典型方法，非球面面形上任意点P(r_p,z_p)的参数可根据下式得到(参见附图4)：

式中，R₀为第一并合环形光束内径，R₁为第一并合环形光束外径，r为柱坐标系横轴(半径)坐标值，z为柱坐标系纵轴坐标值，n为透镜折射率，δ_f为焦深，f₀为光束内径R₀处光线焦点至坐标原点的距离(焦距)。

聚焦透镜的内圈通常采用常规球面即可，由于第二并合环形光束15通过聚焦透镜16后将在基体表面附近形成聚焦光斑，主要用来加热该区域的基体材料，通常汇聚成的聚焦光斑焦深长度为0.2mm～2mm即可满足需要，这利用常规的球面透镜聚焦手段就可实现，且实现的成本更低。当然，或采用常规短焦深非球面作为内圈面形也可以，不受限制。显然，聚焦透镜外圈的焦距要小于内圈焦距，二者焦平面间距(即第一并合环形光束内径R₀处光线的焦点与第二并合环形光束通过透镜内圈球面形成焦点的距离)范围为1mm～50mm。这是因为，粒子与第一聚焦环形光束交汇时，粒子吸收光子能量至温度上升所经历的时间虽然非常短，但对于飞行状态下的粒子而言，尤其是高速飞行的粒子，这一时间差不能忽视，将第一聚焦光斑和第二聚焦光斑拉开间隔，目的是使粒子束流先和第一聚焦光斑交汇再到达基体表面，粉末粒子经光照射吸收光子能量至其发热需要一定时间，可保证飞行的粒子到达基体表面时已完成加热达到所需的温度。而且，粒子飞行速度越高时，通常要求第一聚集环形光束的焦深越大。

本实施例中，形成中空的第一环形光束的光束内径不小于中空的第二环形光束的外径，使得两束光分别通过聚焦透镜的外圈和内圈，之后要形成两个不同焦距的焦斑；与激光交汇的粉末束流直径范围为0.1mm～5mm，第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径范围为0.1mm～8mm，且粉末束流直径不大于第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径。

本实施例中，形成的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束在到达第五折向平面反射镜前，送粉管无挡光的从第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的中间缝隙区穿过。

具体的，送粉管按附图1所示位置插入到环形激光的中心时没有任何挡光，为了实现这一点，就先将中空第一环形光束和第二环表光束通过镜子100、101、102后变成了分裂环形光，其形成的缝隙就是为了插入送粉管时光不会照到其管子表面上；当送粉管插到环形光中心之后和光就同轴了，这时就需要镜子200、201、202将分裂环形光变成并合环形光(即将环形光中间的缝隙去掉)，然后再对光进行透镜聚焦。

本实施例中，第五折向平面反射镜13、合光棱形反射镜200及聚焦透镜200中间的开孔尺寸皆小于第二并合环形光束15的内径，即孔不能开的太大，以防止环形光从孔中漏出。显然，形成中空的第二环形光束的内径要大于送粉管的外径，使得之后要形成的第二并合环形光束不会照射到送粉管外表面上。

本实施例中，第一并合环形光束14通过聚焦透镜16的外圈302后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为2mm～20mm，优选的可以是10mm，本领域技术人员可以根据具体工况在2mm～20mm的范围内进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，第二并合环形光束15通过聚焦透镜16的内圈301后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为0.2mm～2mm，优选的可以是0.5mm，本领域技术人员可以根据具体工况在0.2mm～2mm的范围内进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，所述第一并合环形光束14所对应的聚焦光斑的焦距小于第二并合环形光束15所对应的聚焦光斑的焦距，二者焦平面间距1mm～50mm，优选的可以是25mm，本领域技术人员可以根据具体工况在1mm～50mm的范围内进行选择，这里不再赘述。

在这里，第一聚焦光斑与第二聚焦光斑需要有一定的间隔距离，目的是使粒子束流要先和第一聚焦光斑交汇再到达基体表面，粉末粒子经光照射吸收光子能量至其发热需要一定时间，第二聚焦光斑主要是用来加热基体表面，粒子束流和它交汇只是附带的，沉积工艺要求粒子在到达基体表面时就要完成加热过程并达到所需的温度。

所述第一束激光1和第二束激光6是从同一个光纤激光器通过分束器分成两束激光后通过光纤接入至加工头激光输入接口，或者各自从两个彼此独立的光纤激光器通过光纤接入至加工头激光输入接口。

具体的，当采用一个光纤激光器的激光输入方案时，通常通过分束器输出两束激光的激光功率比率相对固定，设备复杂度和成本相对低一些，但形成的第一聚焦环形光束17和第二聚焦环形光束18的能量也通常只能以固定的比例同时增大或减小，这对于大多数材料的增材制造通常也能满足要；当采用两个光纤激光器的激光输入方案时，由于两束激光彼此独立，进而使得形成的第一聚焦环形光束17和第二环形聚焦光束18的能量分布也是彼此独立的，可以互不影响的、互相独立的调节激光功率，因而这种方法的工艺调节更灵活，由此产生的材料和工艺适应性将更广泛。

第二聚焦环形光束18将聚焦斑点区的基体表面材料加热至熔化或半熔化状态；粉末束流与第一聚焦环形光束17交汇后被加热，而后与第二聚焦环形光束18交汇发生二次加热而达到熔化或半熔化状态，进而可靠沉积在受热的基体表面、不断叠加增厚而实现增材制造。

具体的，粉末束流受第一聚焦环形光束17作用是主要的加热方式，与第二聚焦环形光束18的作用是次要的、附带的加热方式。当激光将基体表面材料加热至熔化状态时，会在基体表面形成熔池或微熔池，实质上实现了激光熔覆的工艺过程。但它不同于常规的激光熔覆，由于粉末粒子在到达熔池前已充分被加热，因此激光加工头相对基体可以高速的移动就可实现高质量的熔覆沉积，移动速度通常比传统激光熔覆提高几十甚至上百倍。当激光将基体表面材料加热至半熔化状态(即沉积区基体表面材料温度未到达其熔点温度但已发生软化的状态)时，此时通常要求粒子具有较高的飞行速度，实质上可实现激光喷涂的增材制造工艺过程。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一束经过准直的激光穿过第一折向平面反射镜的第一通孔后到达第一W形锥面反射镜，反射光射向第一折向平面反射镜的反射面发生90度转向，形成中空第一环形光束；

第二束经过准直的激光穿过第二折向平面反射镜的第二通孔后到达第二W形锥面反射镜，反射光射向第二折向平面反射镜的反射面发生90度转向，穿过第一折向平面反射镜的第三通孔后形成中空第二环形光束；

中空第一环形光束和中空第二环形光束经光束分裂模块后生成同轴且中间有缝隙的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束，第一分裂环形光束和第二分裂环形光束经第五折向平面反射镜转向90度后经光束并合模块生成同轴的且向中间并合的第一并合环形光束和第二并合环形光束；

第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；

送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，通过压缩气体输送的粉末依次通过送粉管和粉末喷嘴后形成一束与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴的粉末束流向基体表面喷射；

第二聚焦环形光束将聚焦斑点区的基体表面材料加热至熔化或半熔化状态，粉末束流与第一聚焦环形光束交汇后被加热，而后与第二聚焦环形光束交汇发生二次加热而达到熔化或半熔化状态；

聚焦透镜为沿光线透射方向在中央开有通孔的平凸形结构，凸形表面由具有不同焦距的内圈和外圈组成的复合面形构成，内圈为球面或非球面，外圈为非球面；

第一并合环形光束通过聚焦透镜外圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为2mm～20mm，第二并合环形光束通过聚焦透镜内圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为0.2mm～2mm；

第一并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距小于第二并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距，且两者的焦平面间距为1mm～50mm。

2.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：形成的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束在到达第五折向平面反射镜前，送粉管无挡光的从第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的中间缝隙区穿过。

3.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：第一束激光和第二束激光为从同一个光纤激光器通过分束器分成两束激光后通过光纤接入至激光输入接口。

4.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：第一束激光和第二束激光各自从两个彼此独立的光纤激光器通过光纤接入至激光输入接口。

5.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：中空的第一环形光束的内径大于或等于中空的第二环形光束的外径，中空的第二环形光束的内径大于送粉管的外径。

6.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：与激光交汇的粉末束流直径范围为0.1mm～5mm，第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径范围为0.1mm～8mm，且粉末束流直径小于或等于第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径。

7.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：光束分裂模块包括分光菱形反射镜、第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜，分光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与中空第一环形光束和中空第二环形光束的入射方向相反，且分光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜的反射面平行。

8.如权利要求1所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工方法，其特征在于：光束并合模块包括合光菱形反射镜、第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜，合光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的入射方向相同，且合光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜的反射面平行。

9.一种光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：

至少包括：第一W形锥面反射镜、第一折向平面反射镜、第二W形锥面反射镜、第二折向平面反射镜、第五折向平面反射镜、聚焦透镜、光束分裂模块和光束并合模块；

第一折向平面反射镜开有第一通孔和第三通孔，第二折向平面反射镜开有第二通孔，第一通孔的轴线与第一W形锥面反射镜中心轴重合，第二通孔轴线与第二W形锥面反射镜中心轴重合；

第一束经过准直的激光穿过第一折向平面反射镜的第一通孔后依次经第一W形锥面反射镜、第一折向平面反射镜、光束分裂模块、第五折向平面反射镜和光束并合模块后，得到第一并合环形光束；

第二束经过准直的激光穿过第二折向平面反射镜的第二通孔后依次经第二W形锥面反射镜、第二折向平面反射镜、光束分裂模块、第五折向平面反射镜和光束并合模块后，得到第二并合环形光束；

第一并合环形光束和第二并合环形光束通过聚焦透镜后形成同轴、在深度方向上彼此分离且向中央汇聚的第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束；

送粉管依次穿过第五折向平面反射镜的第四通孔、光束并合模块的第五通孔、聚焦透镜的中心孔后与粉末喷嘴连接，粉末喷嘴喷出的粉末束流与第一聚焦环形光束和第二聚焦环形光束都同轴；

聚焦透镜为沿光线透射方向在中央开有通孔的平凸形结构，凸形表面由具有不同焦距的内圈和外圈组成的复合面形构成，内圈为球面或非球面，外圈为非球面；

第一并合环形光束通过聚焦透镜外圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为2mm～20mm，第二并合环形光束通过聚焦透镜内圈后汇聚成的聚焦光斑焦深长度为0.2mm～2mm；

第一并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距小于第二并合环形光束所对应的聚焦光斑的焦距，且两者的焦平面间距为1mm～50mm；

第二聚焦环形光束将聚焦斑点区的基体表面材料加热至熔化或半熔化状态，粉末束流与第一聚焦环形光束交汇后被加热，而后与第二聚焦环形光束交汇发生二次加热而达到熔化或半熔化状态。

10.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：第一束激光和第二束激光为从同一个光纤激光器通过分束器分成两束激光后通过光纤接入至激光输入接口。

11.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于第一束激光和第二束激光各自从两个彼此独立的光纤激光器通过光纤接入至激光输入接口。

12.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：中空的第一环形光束的内径大于或等于中空的第二环形光束的外径，中空的第二环形光束的内径大于送粉管的外径。

13.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：与激光交汇的粉末束流直径范围为0.1mm～5mm，第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径范围为0.1mm～8mm，且粉末束流直径小于或等于第一聚焦光斑和第二聚焦光斑的外径。

14.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：

光束分裂模块包括分光菱形反射镜、第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜，分光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与中空第一环形光束和中空第二环形光束的入射方向相反，且分光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第三折向平面反射镜和第四折向平面反射镜的反射面平行。

15.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：光束并合模块包括合光菱形反射镜、第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜，合光菱形反射镜的屋脊棱的朝向与第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的入射方向相同，且合光菱形反射镜的屋脊棱相邻的两个侧面分别与第六折向平面反射镜和第七折向平面反射镜的反射面平行。

16.如权利要求9所述的光内同轴送粉双束环形激光沉积加工头，其特征在于：形成的第一分裂环形光束和第二分裂环形光束在到达第五折向平面反射镜前，送粉管无挡光的从第一分裂环形光束和第二分裂环形光束的中间缝隙区穿过。

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