CN203541526U - 一种可内置送粉器式中空环形激光头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可内置送粉器式中空环形激光头，该激光头上端设置有入光口，底端设置有出光口；内部中心位置处有圆锥镜，镜面朝向入光口；内壁上设有圆环形反射镜，镜面与圆锥镜镜面相对；同时其内壁上还设有锥环形反射聚焦镜，其镜面与圆环形反射镜镜面相对；激光头内部还设置有送粉器，送粉器、支撑件、圆锥镜、圆环形反射镜及锥环形反射聚焦镜与激光头筒体同轴安装。采用本实用新型的激光头，几何光路由两次反射改为三次反射，高斯光中心高能区域被置于外侧，削弱了快整成形件的内应力，更益于堆积成形。同时光路中的中心无光区由圆锥形变为圆柱形，可在其中内置小型重力送粉器，结构更为紧凑。

Description

一种可内置送粉器式中空环形激光头

技术领域

本实用新型涉及激光加工装置，尤其是涉及了一种可内置送粉器式中空环形激光头。

背景技术

激光加工成型制造技术是先进制造技术的重要组成部分，是近几年才发展起来的一种快速成型技术，目前，激光成型技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑家电、医学、考古等领域都得到了广泛应用。在激光成型制造技术中的一个关键技术是将激光束和粉末材料同步传输至加工成型位置，并使经书材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹做扫描运动的聚焦光斑内，实现光束和粉料的精确耦合。材料在聚焦光斑内进行光能与热能的转换，完成材料的快速冶金过程。

目前，现有技术中的同步送粉激光头采用两次镜面反射、内置小型同轴送粉管的结构方案。该方案的基本原理为激光其发射出的激光束反射在激光头内部中心位置处的圆锥镜的镜面上后再反射扩束到安装在激光头筒体内壁的锥环形反射聚焦镜上成为环锥形光束，在环锥形光束中形成以锥形中空无光区，送粉管置于该无光区内并与环锥形光束同轴。在实际运用过程中，该技术方案存在以下不足：

（1）所形成的中空无光区为圆锥形，且区域较小，使得送粉管的结构尺寸受到限制，送粉管的刚度不足，使用寿命降低，适应性较差。

（2）从激光器发射出的激光束的能量未扩散完全，对于快速成型的加工件内部易产生应力集中，降低产品质量。

实用新型内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种结构简单紧凑、粉末入光分布均匀、光束与粉束精确耦合以及光束中心中空区域为圆柱形可安装送粉器、实现同轴送粉的激光头。

为达到上述目的，一种可内置送粉器式中空环形激光头，包括从上到下同轴设置的上段筒体、中段筒体、下段筒体及锥套，锥套与下段筒体之间通过螺栓连接；

上段筒体的上端设置有入光口，锥套的底端设置有出光口；

中段筒体的内部中心位置处经支撑件固定有圆锥镜，圆锥镜的镜面朝向入光口，中段筒体的内壁上设有圆环形反射镜，圆环形反射镜的镜面与圆锥镜的镜面相对，并朝向出光口；

下段筒体的内壁上设有锥环形反射聚焦镜，锥环形反射聚焦镜的镜面为弧形面且与圆环形反射镜的镜面相对；

支撑件的下方设有送粉器，送粉器的下端安装有喷嘴，所述的喷嘴、支撑件、圆锥镜、圆环形反射镜和锥环形反射聚焦镜与中段筒体同轴；

锥套的内侧面为弧形面。

优选的，所述支撑件包括内环和外环，内环和外环之间通过筋条连接，外环固定于中段筒体的内壁，所述的内环上固定圆锥镜。

本实用新型的有益效果在于：

（1）光路转换后为同轴光路，因为喷嘴、圆锥镜、圆环形反射镜和锥环形反射聚焦镜同轴，故入射光、出射聚焦光及料粉的中心线为同轴线，聚焦效果好，光粉耦合精度高。

（2）光路转换路径中增加了锥环形反射聚焦镜，使得几何光路由两次反射改为三次反射，高斯光中心高能区域被置于外侧，进一步削弱了快整成形件的内应力，更益于堆积成形。

（3）光路转换路径中增加了锥环形反射聚焦镜，通过圆锥镜—圆环形反射镜—锥环形反射聚焦镜获得环形光束，使得光路中的中心无光区域由圆锥形变为圆柱形，使得可以在所述的中心无光区域内设置内置小型重力送粉器或安装刚性好的粗大送粉管，结构更为紧凑的同时便于喷嘴的对中调节及更换不同型号的喷嘴。

（4）锥套的内侧面为弧形面，弧形面使激光束加热的空气形成喷射气流，气流吹动粉料向出光口集中，防止了粉料沉积在锥套的内侧壁的同时使粉料束更加集中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所公开的一种可内置送粉器式中空环形激光头的结构示意图；

图2为本实用新型所公开的光束转换路径示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.上段筒体  11.入光口  2.中段筒体  21.支撑件  22.圆锥镜23.圆环形反射镜  3.下段筒体  31.锥环形反射聚焦镜  4.锥套41.出光口  5.送粉器  6.喷嘴  7.激光束  8.圆柱形中空无光区

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合示意图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种可内置送粉器式中空环形激光头，包括从上到下同轴设置的上段筒体1、中段筒体2、下段筒体3及锥套4，锥套4与下段筒体3之间通过螺栓连接；

所述的上段筒体1的上端设置有入光口11，锥套4的底端设置有出光口41；

中段筒体2的内部中心位置处经支撑件21固定有圆锥镜22，圆锥镜22的镜面朝向入光口11，所述的中段筒体2的内壁上设有圆环形反射镜23，圆环形反射镜23的镜面与圆锥镜22的镜面相对，并朝向出光口41；

下段筒体3的内壁上设有锥环形反射聚焦镜31，锥环形反射聚焦镜31的镜面为弧形面且与圆环形反射镜23的镜面相对；

所述的支撑件21的下方设有送粉器5，送粉器5的下端安装有处在锥套4内部的喷嘴6，所述的喷嘴6、支撑件21、圆锥镜22、圆环形反射镜23和锥环形反射聚焦镜31与中段筒体2同轴，且可根据输出不同大小粉束的需求来确定喷嘴6的规格。

锥套4的内侧面为弧形面。

支撑件21包括内环和外环，内环和外环之间通过筋条连接，外环固定于中段筒体2的内壁，所述的内环上固定圆锥镜31，方便了固定安装和反射激光。

如图2所示，该可内置送粉器式中空环形激光头的工作原理为：由激光器发射出圆截面的激光束7沿上段筒体1上的入光口11的轴线进入中段筒体2，投射在安装在支撑件21上的圆锥镜22的镜面上，再通过圆锥镜22镜面反射并扩束，扩束后的激光束7入射至圆环形反射镜23的镜面上，将光束变换为中空区域为圆柱形的圆环光束，再将此光束反射至锥环形反射聚焦镜31的镜面上，将圆环光束聚焦后成为圆环锥形聚焦光束，投射至熔覆加工表面后形成一圆环形聚焦光斑。

通过上述圆锥镜22—圆环反射镜23—锥环形反射聚焦镜31光路变换，在聚焦光束中产生了一圆柱形中空无光区8，送粉器5由光束外伸入圆柱形中空无光区8内并与聚焦光束同轴线，送粉器5中的粉末在重力作用下送入成型加工面上的圆环形聚焦光斑中。粉末在下落的过程中，始终位于聚焦光束内部的圆柱形中空区8内，直至焦点附近进入光斑，粉束外径落在聚焦光斑中间，实现光粉精确耦合，在瞬间进行光能与热能的转换，完成材料的熔覆过程。在此过程中，由激光器发射出圆截面的激光束7经三次反射后，其高斯光中心高能区域被置于光束的外侧，从而进一步削弱了快整成形件的内应力，更益于堆积成形，并且锥套4的内侧面为弧形面，弧形面使激光束7加热的空气形成喷射气流，气流吹动粉料向出光口41集中，防止了粉料沉积在锥套4的内侧壁的同时使粉料束更加集中。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种可内置送粉器式中空环形激光头，其特征在于，包括从上到下同轴设置的上段筒体（1）、中段筒体（2）、下段筒体（3）及锥套（4），锥套（4）与下段筒体（3）之间通过螺栓连接；

上段筒体（1）的上端设置有入光口（11），锥套（4）的底端设置有出光口（41）；

所述的中段筒体（2）的内部中心位置处经支撑件（21）固定有圆锥镜（22），圆锥镜（22）的镜面朝向入光口（11），所述的中段筒体（2）的内壁上设有圆环形反射镜（23），圆环形反射镜（23）的镜面与圆锥镜（22）的镜面相对，并朝向出光口（41）；

下段筒体（3）的内壁上设有锥环形反射聚焦镜（31），锥环形反射聚焦镜（31）的镜面为弧形面且与圆环形反射镜（23）的镜面相对；

支撑件（21）的下方设有送粉器（5），送粉器（5）的下端安装有处在锥套（4）内部的喷嘴（6），所述的喷嘴（6）、支撑件（21）、圆锥镜（22）、圆环形反射镜（23）和锥环形反射聚焦镜（31）与中段筒体（2）同轴；

锥套（4）的内侧面为弧形面。

2.根据权利要求1所述的一种可内置送粉器式中空环形激光头，其特征在于：所述的支撑件（21）包括内环和外环，内环和外环之间通过筋条连接，外环固定于中段筒体（2）的内壁，所述的内环上固定圆锥镜（31）。

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