CN115178755B - 一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器：包括激光器本体，激光器本体内沿轴线设有安装仓，外部设有喷粉工艺数控盒、激光器数控盒以及三个红外摄像机；喷粉工艺数控盒与激光器数控盒位于激光器本体后部的两对侧；喷粉工艺数控盒设有若干喷粉管，三个红外摄像机分别位于激光器本体的三个侧面，且通过爪形臂与激光器本体连接；安装仓从前至后依次设有分光型凸透镜、聚焦型凸透镜以及矩阵式激光集成器，矩阵式激光集成器与激光器数控盒电性连接。激光器本体后部为圆角正方形管，前部为向外收缩的二级圆锥台；若干喷粉管前部嵌于激光器本体的前端圆台，且均匀分布。两个正对的红外摄像机位于激光器本体端口两侧。
Description
技术领域
本发明涉及基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器技术领域，具体是指一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器。
背景技术
激光增材制造技术已成为21世纪高新工艺技术产业中最为重要的一种热成形技术，可对具有复杂构型的机械构件进行高效率、低耗材的冶金成形。
现有的半导体激光、CO2激光虽然具有能量密度高、纵向穿透力强等优点，但单一的激光器形式限制了冶金过程中对于激光能量分布规律的调控。现有技术中，激光增材制造设备仅配有一个单一激光头，激光热能在被加工构件上的激光光斑中心处达到峰值，在光斑边缘处趋近于0，整体符合高斯分布或双椭球分布。在对具有复杂构型的构件进行激光增材制造时，这种具有稳定分布规律的激光热源则无法对激光光斑照射范围内的结构特征作出有效的、敏感的响应。不仅对激光热能产生浪费，而且易因局部温度的不进行性，造成复杂结构特征处的温度梯度增大，诱发局部热裂纹。
如何通过技术研发，解决激光热源对于光斑内结构复杂构形的敏感性响应问题，提升激光增材制造技术对于具有复杂结构特征构件的制备能力，仍未得到广泛的研究，相关制备设备的研发也处于起步阶段。
本发明是基于以上现状而得出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器：包括激光器本体，所述激光器本体内沿轴线设有安装仓，外部设有喷粉工艺数控盒、激光器数控盒以及三个红外摄像机；所述喷粉工艺数控盒与激光器数控盒位于激光器本体后部的两对侧；所述喷粉工艺数控盒设有若干喷粉管，三个所述红外摄像机分别位于激光器本体的三个侧面，且通过爪形臂与激光器本体连接；
所述安装仓从前至后依次设有分光型凸透镜、聚焦型凸透镜以及矩阵式激光集成器，所述矩阵式激光集成器与激光器数控盒电性连接。
作为改进，所述激光器本体后部为圆角正方形管，前部为向外收缩的二级圆锥台；若干所述喷粉管前部嵌于激光器本体的前端圆台，且均匀分布。
作为改进，两个正对的红外摄像机位于激光器本体端口两侧，另一个红外摄像机向前斜对激光器本体的端口。
作为改进，所述安装仓包括三段，分别对应圆角正方形管与两个圆锥台，中段为圆锥台形，其余两段为圆柱形；所述分光型凸透镜与聚焦型凸透镜分别位于安装仓的仓段连接处。
作为改进，所述分光型凸透镜、聚焦型凸透镜均通过凸透镜安装盘固定连接于激光器本体。
作为改进，所述矩阵式激光集成器包括矩阵排列的若干单元激光器，所述矩阵式激光集成器通过集成盘固定连接于激光器本体。
作为改进，所述激光器数控盒设有若干按钮以及显示屏。
作为改进，所述红外摄像机设有数据线连接头。
作为改进，所述喷粉工艺数控盒、红外摄像机均与激光器数控盒通过电性连接。
本发明与现有技术相比的优点在于：具有模块化控制功能，通过光学器件将各激光汇聚，形成矩阵式的集成激光束。通过对激光器功率、波长的控制，可对集成激光束的能量分布进行多自由度调控，打破激光增材制造热源固有的高斯分布、双椭球分布规律，获得具有任意光斑形状、任意能量分布规律的整体激光热源，提高激光增材制造过程中热源对于光斑内结构复杂构形的敏感性响应能力，具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
图1是本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器的结构示意图一。
图2是本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器的结构示意图二。
图3是本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器的结构示意图三。
图4是本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器的激光器本体的剖视图。
图5是本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器的矩阵式激光集成器的结构示意图。
如图所示：1、激光器本体，2、安装仓，3、喷粉工艺数控盒，4、激光器数控盒，5、红外摄像机，6、喷粉管，7、爪形臂，8、分光型凸透镜，9、聚焦型凸透镜，10、矩阵式激光集成器，11、按钮，12、显示屏，13、数据线连接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器做进一步的详细说明。
结合附图1至图5，一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，包括激光器本体1，所述激光器本体1内沿轴线设有安装仓2，外部设有喷粉工艺数控盒3、激光器数控盒4以及三个红外摄像机5；所述喷粉工艺数控盒3与激光器数控盒4位于激光器本体1后部的两对侧；所述喷粉工艺数控盒3设有若干喷粉管6，三个所述红外摄像机5分别位于激光器本体1的三个侧面，且通过爪形臂7与激光器本体1连接；
所述安装仓2从前至后依次设有分光型凸透镜8、聚焦型凸透镜9以及矩阵式激光集成器10，所述矩阵式激光集成器10与激光器数控盒4电性连接。
所述激光器本体1后部为圆角正方形管，前部为向外收缩的二级圆锥台；若干所述喷粉管6前部嵌于激光器本体1的前端圆台，且均匀分布。
两个正对的红外摄像机5位于激光器本体1端口两侧，另一个红外摄像机5向前斜对激光器本体1的端口。
所述安装仓2包括三段，分别对应圆角正方形管与两个圆锥台，中段为圆锥台形，其余两段为圆柱形；所述分光型凸透镜8与聚焦型凸透镜9分别位于安装仓2的仓段连接处。
所述分光型凸透镜8、聚焦型凸透镜9均通过凸透镜安装盘固定连接于激光器本体1。
所述矩阵式激光集成器10包括矩阵排列的若干单元激光器，所述矩阵式激光集成器10通过集成盘固定连接于激光器本体1。
所述激光器数控盒4设有若干按钮11以及显示屏12。
所述红外摄像机5设有数据线连接头13。
所述喷粉工艺数控盒3、红外摄像机5均与激光器数控盒4通过电性连接。
本发明在具体实施时，激光器本体1在增材制造时，激光器数控盒4对所有单元激光器进行独立控制，产生不同的单元激光，这些激光在分光型凸透镜8与聚焦型凸透镜9的作用下，消除了因为激光器排布间距引起的单元激光间隙，形成了一束完整的激光，这个激光光源由于是多个具有不同激光工艺参数的单元激光集成的，所以可以通过调整单元激光工艺来获得具有任意能量分布规律的集成激光。
喷粉管6将金属粉末颗粒输送至激光光斑处，熔化后沉积于制定位置，以实现增材制造原材料的连续输入；红外摄像机5对增材制造构建的熔池不同区域温度以及金属粉末的沉积位置进行实时监测；喷粉工艺数控盒3依据监测的熔池温度数据，实时调控喷粉工艺参数；激光器数控盒4依据监测的熔池温度数据，实时调控矩阵式激光集成器10中单元激光器的工艺参数。
本基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，具有模块化控制功能，通过光学器件将各激光汇聚，形成矩阵式的集成激光束。通过对激光器功率、波长的控制，可对集成激光束的能量分布进行多自由度调控，打破激光增材制造热源固有的高斯分布、双椭球分布规律，获得具有任意光斑形状、任意能量分布规律的整体激光热源，提高激光增材制造过程中热源对于光斑内结构复杂构形的敏感性响应能力，具有很高的实用价值和推广价值。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：包括激光器本体(1)，所述激光器本体(1)内沿轴线设有安装仓(2)，外部设有喷粉工艺数控盒(3)、激光器数控盒(4)以及三个红外摄像机(5)；所述喷粉工艺数控盒(3)与激光器数控盒(4)位于激光器本体(1)后部的两对侧；所述喷粉工艺数控盒(3)设有若干喷粉管(6)，三个所述红外摄像机(5)分别位于激光器本体(1)的三个侧面，且通过爪形臂(7)与激光器本体(1)连接；
所述安装仓(2)从前至后依次设有分光型凸透镜(8)、聚焦型凸透镜(9)以及矩阵式激光集成器(10)，所述矩阵式激光集成器(10)与激光器数控盒(4)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述激光器本体(1)后部为圆角正方形管，前部为向外收缩的二级圆锥台；若干所述喷粉管(6)前部嵌于激光器本体(1)的前端圆台，且均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：两个正对的红外摄像机(5)位于激光器本体(1)端口两侧，另一个红外摄像机(5)向前斜对激光器本体(1)的端口。
4.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述安装仓(2)包括三段，分别对应圆角正方形管与两个圆锥台，中段为圆锥台形，其余两段为圆柱形；所述分光型凸透镜(8)与聚焦型凸透镜(9)分别位于安装仓(2)的仓段连接处。
5.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述分光型凸透镜(8)、聚焦型凸透镜(9)均通过凸透镜安装盘固定连接于激光器本体(1)。
6.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述矩阵式激光集成器(10)包括矩阵排列的若干单元激光器，所述矩阵式激光集成器(10)通过集成盘固定连接于激光器本体(1)。
7.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述激光器数控盒(4)设有若干按钮(11)以及显示屏(12)。
8.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述红外摄像机(5)设有数据线连接头(13)。
9.根据权利要求1所述的一种基于模块化控制技术的激光增材制造用矩阵式激光器，其特征在于：所述喷粉工艺数控盒(3)、红外摄像机(5)均与激光器数控盒(4)通过电性连接。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |