RU2696991C2 - Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки - Google Patents

Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки Download PDF

Info

Publication number
RU2696991C2
RU2696991C2 RU2017134684A RU2017134684A RU2696991C2 RU 2696991 C2 RU2696991 C2 RU 2696991C2 RU 2017134684 A RU2017134684 A RU 2017134684A RU 2017134684 A RU2017134684 A RU 2017134684A RU 2696991 C2 RU2696991 C2 RU 2696991C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filler
wire
feed wire
laser radiation
laser
Prior art date
Application number
RU2017134684A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017134684A3 (ru
RU2017134684A (ru
Inventor
Джералд Дж. БРУК
Ахмед КАМЕЛ
Original Assignee
Сименс Энерджи, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Энерджи, Инк. filed Critical Сименс Энерджи, Инк.
Publication of RU2017134684A3 publication Critical patent/RU2017134684A3/ru
Publication of RU2017134684A publication Critical patent/RU2017134684A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2696991C2 publication Critical patent/RU2696991C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0734—Shaping the laser spot into an annular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0272—Rods, electrodes, wires with more than one layer of coating or sheathing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B23K35/0277—Rods, electrodes, wires of non-circular cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/365—Selection of non-metallic compositions of coating materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/368—Selection of non-metallic compositions of core materials either alone or conjoint with selection of soldering or welding materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Removal Of Insulation Or Armoring From Wires Or Cables (AREA)

Abstract

Изобретение относится к присадочной подаваемой проволоке для аддитивного производства, устройству для аддитивного производства и способу аддитивного производства. Присадочная подаваемая проволока (20) включает в себя элемент (26), подводящий лазерное излучение, и присадочный материал (22), проходящий вдоль длины проволоки. Энергия (30) лазерного излучения направляется в проксимальный конец (32) элемента, подводящего лазерное излучение, для расплавления дистального конца (34) подаваемой проволоки для образования ванны (24) расплава для аддитивного производства или ремонта. Элемент, подводящий лазерное излучение, может служить в качестве флюса. Таким образом энергия лазерного излучения подводится точно к дистальному концу подаваемой проволоки, что устраняет необходимость в отдельной координации перемещения лазерного пучка с перемещением подаваемой проволоки. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к устройству и способам аддитивного производства и ремонта и, в частности, относится к подводу энергии лазерного излучения для расплавления присадочной подаваемой проволоки в подобных способах.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Координация подвода энергии лазерного излучения с подачей присадочного материала во время лазерной сварки и наплавки представляет собой сложную задачу. Порошкообразный присадочный материал может быть предварительно размещен, но данная операция является трудоемкой, ограничена местом, в котором порошкообразный материал может удерживаться под действием силы тяжести, и материал подвержен рассеиванию во время обработки. Присадочная подаваемая проволока может быть подана в любое место, но ее перемещение должно быть согласовано с перемещением лазерного пучка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение разъясняется в нижеприведенном описании с учетом чертежей, которые показывают:
Фиг.1 представляет собой боковое сечение присадочной подаваемой проволоки с центральными оптическими волокнами, подводящими лазерное излучение.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение присадочной подаваемой проволоки по фиг.1, выполненное по линии 2-2.
Фиг.3 представляет собой боковое сечение присадочной подаваемой проволоки с наружными оптическими волокнами, подводящими лазерное излучение.
Фиг.4 представляет собой поперечное сечение присадочной подаваемой проволоки по фиг.1, выполненное по линии 4-4.
Фиг.5 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления присадочной подаваемой проволоки по фиг.1, показывающее изготовление.
Фиг.6 представляет собой поперечное сечение другого варианта осуществления присадочной подаваемой проволоки, показывающее изготовление.
Фиг.7 представляет собой боковое сечение катушки с присадочной подаваемой проволокой с вводом лазерного излучения.
Фиг.8 показывает геометрию концептуальной поверхности преломляющих линз, которые придают лазерному пучку форму трубчатого цилиндрического пучка.
Фиг.9 показывает геометрию альтернативной поверхности преломляющих линз, которые придают лазерному пучку форму трубчатого цилиндрического пучка.
Фиг.10 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления с расположением бок о бок.
Фиг.11 представляет собой сечение световода с оболочкой из связующего, содержащего концентрированный порошок из компонентов присадочного материала и флюса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения осознали, что при дуговой сварке под флюсом (SAW), дуговой сварке плавящимся электродом (GMAW) и дуговой сварке порошковой проволокой (FCAW) присадочная проволока имеет две функции подачи присадочного материала и подвода электроэнергии для осуществления процесса дуговой сварки, и, таким образом, энергия всегда подводится точно к концу присадочной проволоки. В данном документе авторы настоящего изобретения описывают присадочную подаваемую проволоку для использования при лазерной обработке, которая обеспечивает такое же преимущество.
Фиг.1 представляет собой боковое сечение присадочной подаваемой проволоки 20 с оболочкой 22 из присадочного материала, такого как металл, подлежащий добавлению в ванну 24 расплава для сварки, наплавки или аддитивного производства. Подаваемая проволока имеет элемент, подводящий лазерное излучение, такой как оптические волокна 26, в сердечнике 27 проволоки. Лазерный излучатель 28 излучает лазерный пучок 30 в элемент, подводящий лазерное излучение, на проксимальном конце 32 подаваемой проволоки. Флюс 29 и/или добавки-компоненты присадочного материала могут быть размещены в сердечнике, например, в виде порошка.
Например, оболочка 22 из присадочного материала может быть изготовлена из экструдируемого подмножества компонентов желательного сверхпрочного сплава, такого как NiCoCrAlY, вытягивание или экструзия которого в виде проволоки могут быть затруднены. Однако никелевая проволока может быть изготовлена с полым сердечником 27, содержащим порошки Co, Cr, Al и Y, которые соединяются с никелем в ванне 24 расплава. Данные порошки могут быть образованы из частиц в виде сплавов и/или в виде элементов или соединений.
Сам элемент 26, подводящий лазерное излучение, может служить в качестве флюса. Например, диоксид кремния (SiO2) образует оптические волокна, которые хорошо пропускают лазерное излучение 1,06 микрона, а также служит в качестве флюса для лазерной обработки сверхпрочных сплавов. Флюс образует защитный слой шлака 36 над ванной 24 расплава. Преимущество данной системы состоит в том, что энергия лазерного излучения подводится точно к дистальному концу 34 подаваемой проволоки 20, что устраняет необходимость в отдельном согласовании перемещения лазерного пучка с перемещением подаваемой проволоки. Мощность лазера можно регулировать пропорционально скорости подачи подаваемой проволоки.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение присадочной подаваемой проволоки по фиг.1, выполненное вдоль линии 2-2. Пропорции могут быть скорректированы, например, для увеличения сердечника 27 и/или оптических волокон 26 в нем относительно оболочки 22 из присадочного материала. Оболочка 22 из присадочного материала может быть экструдирована вокруг сердечника 27 при быстром охлаждении для избежания перегрева оптических волокон.
Фиг.3 представляет собой боковое сечение варианта 40 осуществления присадочной подаваемой проволоки с сердечником 47, содержащим присадочный материал 42 и, если требуется, дополнительно содержащим флюс 29 и/или дополнительные компоненты присадочного материала. Элемент, подводящий лазерное излучение, такой как оптические волокна 46, окружает сердечник. Лазерный излучатель 48 обеспечивает ввод лазерного пуска 50 в элемент, подводящий лазерное излучение, на проксимальном конце подаваемой проволоки через линзы 60, 62 и 64, которые придают пучку 50 форму трубчатого цилиндрического пучка 66 для ввода в элемент 46, подводящий лазерное излучение. Флюс 29 и элементарные добавки к присадочному материалу могут быть размещены в сердечнике.
Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что он может быть легко изготовлен посредством нанесения покрытия из флюса 29 на проволоку 42 из присадочного материала в связующем, таком как полимер, и последующего наложения размещаемых по кольцу, оптических волокон 46 в связующем подобно оболочке на сердечнике 47. Оптические волокна 46 могут быть параллельными. В альтернативном варианте они могут быть намотаны вокруг сердечника 47 посредством оплеточной машины с последующей пропиткой связующим материалом, таким как полимер. Тепло от экструзии или вытягивания присадочного материала, такого как никель, для образования проволоки 42 из присадочного материала не вызывает повреждения добавляемых позднее, оптических волокон. В еще одном альтернативном варианте присадочный металл может представлять собой проволоку с сердечником, имеющую флюс и/или металлический порошок внутри ее сердечника.
Фиг.4 представляет собой поперечное сечение присадочной подаваемой проволоки по фиг.4, выполненное вдоль линии 4-4. Пропорции могут быть скорректированы. Дополнительное преимущество данного варианта осуществления состоит в большом сечении элемента, подводящего лазерное излучение, которое обеспечивает большую способность к передаче энергии и которое может полностью окружать присадочный материал 42 для равномерного нагрева ванны расплава. Однако полное окружение, подобное показанному, не является требованием по изобретению.
Фиг.5 представляет собой поперечное сечение варианта 20В осуществления присадочной подаваемой проволоки, образованной с оболочкой из присадочного материала в виде двух половин 22А, 22В, соединенных сварными швами 70 с неглубоким проваром или другими средствами соединения, таким как связующее с переходной жидкой фазой, которое защищает оптические волокна от чрезмерного нагрева.
Фиг.6 представляет собой поперечное сечение варианта 40В осуществления присадочной подаваемой проволоки, показывающее изготовление посредством формирования оптической оболочки 46В с полукруглым или С-образным поперечным сечением и вставки сердечника 47 из присадочного материала 42 и флюса 29. Сердечник может быть вставлен по посадке с натягом и/или посредством скрепления, например, полимером. Два противоположных шкива 72, 74 могут обеспечить вталкивание готового сердечника 47 в С-образную оптическую оболочку 46В. Другие варианты осуществления могут иметь полукруглую или С-образную оболочку из присадочного материала вокруг сердечника из материала, пропускающего лазерное излучение.
Фиг.7 показывает присадочную подаваемую проволоку на катушке 80 с осью 81. Проксимальный конец 32 присадочной подаваемой проволоки вставлен внутрь в соединитель 82 с отражателем 84, который принимает лазерный пучок 30 вдоль оси 81 катушки и отражает пучок в проксимальный конец присадочной подаваемой проволоки. Это позволяет лазерному излучателю 28 оставаться неподвижным во время вращения катушки на ступице для подачи проволоки 20 во время аддитивного производства или ремонта или посредством свободного хода, или путем размотки присадочной подаваемой проволоки, управляемой посредством электродвигателя.
Фиг.8 показывает геометрию 62А, 64А концептуальной поверхности двух преломляющих линз 62 и 64, показанных на фиг.3, для придания лазерному пучку 50 формы трубчатого пучка 66. Поверхность 62А может быть веретенообразной тороидальной, включающей в себя первую вогнутую часть относительно главной оси 90, которая образует расходящийся пучок с полым центром. Она также может иметь вторую выпуклую часть, которая обеспечивает утонение стенок пучка при увеличении расстояния, как показано на фиг.3. Вторая поверхность линзы 62 может быть конической, сферической или тороидальной в зависимости от требуемой степени утонения стенок пучка. Поверхность 64А может быть веретенообразной или кольцевой тороидальной, включающей в себя первую выпуклую часть относительно главной оси 90 и вторую вогнутую часть, которые вместе коллимируют расходящийся полый пучок, образуя цилиндрическую трубку, которая соединяется с оптической оболочкой (фиг.3). Могут быть использованы другие формы линз в зависимости от ширины излучаемого пучка относительно конечной ширины трубчатого пучка. Например, как показано на фиг.9, поверхность 62В может быть вогнутой конической и поверхность 64В может быть выпуклой конической, если не требуется никакого утонения стенок пучка. Могут быть использованы эквивалентные линзы Френеля. В альтернативном варианте могут быть использованы отражающие линзы. В альтернативном варианте лазерный излучатель 28 может создавать трубчатый пучок посредством лазерного резонатора с отражателем для обратной связи, имеющим полностью отражающую центральную часть, окруженную кольцевой, частично отражающей частью.
Могут быть предусмотрены другие геометрические характеристики имеющих одинаковую протяженность материала, подводящего лазерное излучение, и присадочного материала, например, оба материала, проходящие вдоль длины присадочной проволоки рядом друг с другом и удерживаемые вместе связующим материалом, который соединяет или окружает компоненты, расположенные рядом друг с другом. Связующий материал может включать в себя порошок из других составляющих материалов, такие как флюсы или легирующие материалы. К приводимым в качестве примера, связующим материалам относятся целлюлоза, керамическое волокно (например, из диоксида кремния, оксида алюминия, Nextel и т.д.) и керамическая ткань.
Фиг.10 представляет собой сечение варианта 90 осуществления, имеющего присадочный материал 92 и световод 26, расположенные рядом друг с другом и соединенные посредством связующего 94, такого как полимер.
Фиг.11 представляет собой сечение варианта 100 осуществления, имеющего световод 26 с оболочкой из порошкообразного присадочного материала в связующем 102, таком как полимер, содержащий концентрированный порошок из компонентов присадочного материала и флюса.
Несмотря на то, что различные варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны в данном документе, будет очевидно, что подобные варианты осуществления приведены только в качестве примера. Многочисленные варианты, изменения и замены могут быть выполнены без отхода от изобретения, представленного в данном документе. Соответственно, предусмотрено, что изобретение должно быть ограничено только сущностью и объемом приложенной формулы изобретения.

Claims (27)

1. Присадочная подаваемая проволока для аддитивного производства, содержащая:
элемент, подводящий лазерное излучение, проходящий от первого конца ко второму концу для образования длины присадочной подаваемой проволоки и выполненный с возможностью проведения энергии лазерного излучения от первого конца ко второму концу присадочной подаваемой проволоки, и
присадочный материал, проходящий вдоль длины присадочной подаваемой проволоки и имеющий конец, который добавляется в ванну расплава для аддитивного производства,
причем элемент, подводящий лазерное излучение, содержит по меньшей мере одно оптическое волокно в присадочной подаваемой проволоке, расположенное так, что часть элемента, подводящего лазерное излучение, и присадочный материал расходуются во время процесса аддитивного производства.
2. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что она образована в виде трубчатой оболочки из присадочного материала, окружающей сердечник, содержащий элемент, подводящий лазерное излучение.
3. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что она образована в виде трубчатой оболочки из элемента, подводящего лазерное излучение, которая окружает сердечник, содержащий присадочный материал.
4. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что элемент, подводящий лазерное излучение, содержит по меньшей мере одно оптическое волокно в оболочке или сердечнике присадочной подаваемой проволоки.
5. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что элемент, подводящий лазерное излучение, содержит расположенные в виде кольца оптические волокна, образующие оболочку, которая окружает сердечник, содержащий присадочный материал.
6. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что один из лазерного элемента, подводящего лазерное излучение, и присадочного материала имеет полукруглый или С-образный профиль в поперечном сечении, а другой из элемента, подводящего лазерное излучение, и присадочного материала образует сердечник, размещенный внутри полукруглого или С-образного профиля.
7. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что элемент, подводящий лазерное излучение, содержит оптические волокна, намотанные вокруг сердечника, содержащего присадочный материал.
8. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит флюс, размещенный в присадочной подаваемой проволоке вдоль длины присадочной подаваемой проволоки.
9. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что присадочный материал представляет собой никель, при этом она дополнительно содержит порошкообразные компоненты в присадочной подаваемой проволоке, которые соединяются с никелем в ванне расплава для аддитивного производства для образования сверхпрочного сплава на никелевой основе.
10. Присадочная подаваемая проволока по п.1, отличающаяся тем, что присадочный материал и элемент, подводящий лазерное излучение, проходят рядом друг с другом вдоль длины присадочной подаваемой проволоки и соединены связующим материалом.
11. Присадочная подаваемая проволока по п.10, отличающаяся тем, что связующий материал содержит порошкообразный или волокнистый материал.
12. Устройство для аддитивного производства, содержащее:
элемент, содержащийся в присадочной подаваемой проволоке с присадочным материалом вдоль длины присадочной подаваемой проволоки, подводящий лазерное излучение вдоль длины присадочной подаваемой проволоки и подводящий энергию лазерного излучения от проксимального конца к дистальному концу присадочной подаваемой проволоки, и
лазерный излучатель, который вводит лазерный пучок в элемент, подводящий лазерное излучение, на проксимальном конце присадочной подаваемой проволоки во время подачи присадочной подаваемой проволоки в ванну расплава.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит катушку, которая удерживает витки присадочной подаваемой проволоки и обеспечивает подачу присадочной подаваемой проволоки во время аддитивного производства.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что лазерный излучатель излучает лазерный пучок вдоль оси вращения катушки в отражатель на катушке, который вращается вместе с катушкой и отражает лазерный пучок в проксимальный конец присадочной подаваемой проволоки на катушке во время аддитивного производства.
15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что элемент, подводящий лазерное излучение, содержит цилиндрическую оболочку из оптических волокон на сердечнике, содержащем присадочный материал, при этом оно дополнительно содержит комплект оптических линз, которые придают лазерному пучку форму трубчатого цилиндрического лазерного пучка, который входит в оптические волокна по всей цилиндрической оболочке.
16. Способ аддитивного производства, включающий:
обеспечение присадочной подаваемой проволоки, содержащей присадочный материал вдоль длины присадочной подаваемой проволоки и элемент, подводящий лазерное излучение, вдоль длины присадочной подаваемой проволоки, который подводит энергию лазерного излучения от проксимального конца к дистальному концу присадочной подаваемой проволоки, и
ввод лазерного пучка в элемент, подводящий лазерное излучение, на проксимальном конце присадочной подаваемой проволоки при одновременной подаче присадочной подаваемой проволоки в ванну расплава, образованную посредством лазерного пучка, постепенно расплавляющего присадочную подаваемую проволоку на дистальном конце присадочной подаваемой проволоки.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно включает
размещение присадочной подаваемой проволоки на катушке и
направление лазерного пучка к катушке для его падения на проксимальный конец присадочной подаваемой проволоки при одновременном вращении катушки для подачи присадочной подаваемой проволоки.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что он дополнительно включает направление лазерного пучка вдоль оси вращения катушки для его падения на отражатель, который направляет лазерный пучок к проксимальному концу присадочной подаваемой проволоки.
RU2017134684A 2015-04-09 2016-03-09 Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки RU2696991C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/682,315 2015-04-09
US14/682,315 US11344975B2 (en) 2015-04-09 2015-04-09 Optically conductive filler for laser processing
PCT/US2016/021433 WO2016164128A1 (en) 2015-04-09 2016-03-09 Optically conductive filler for laser processing

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017134684A3 RU2017134684A3 (ru) 2019-04-04
RU2017134684A RU2017134684A (ru) 2019-04-04
RU2696991C2 true RU2696991C2 (ru) 2019-08-08

Family

ID=57072413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017134684A RU2696991C2 (ru) 2015-04-09 2016-03-09 Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11344975B2 (ru)
EP (1) EP3280562B1 (ru)
JP (1) JP6516868B2 (ru)
CN (1) CN107427963B (ru)
RU (1) RU2696991C2 (ru)
SA (1) SA517390091B1 (ru)
WO (1) WO2016164128A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019005011A1 (en) 2017-06-27 2019-01-03 Siemens Energy, Inc. METHODS AND APPARATUS FOR WELDING USING ELECTRODES WITH COAXIAL POWER SUPPLY
CN108326463B (zh) * 2018-01-31 2020-07-10 华中科技大学 一种利用缆式焊丝制备金属间化合物零件的方法
CN109648203B (zh) * 2019-02-16 2020-12-08 明光天赋智能科技有限公司 一种板材激光堆焊工艺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07251293A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法
JPH09182983A (ja) * 1995-12-30 1997-07-15 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ溶接用照射器
RU2139159C1 (ru) * 1994-09-24 1999-10-10 Алькатель Кабель АГ унд Ко. Способ изготовления металлической трубки со сварным продольным швом
RU2181497C2 (ru) * 1998-06-06 2002-04-20 Нексан Устройство для изготовления оптического кабеля
US7759601B2 (en) * 2000-09-28 2010-07-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method
RU2478029C2 (ru) * 2011-06-21 2013-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки
US20140020957A1 (en) * 2009-12-01 2014-01-23 Northbasin Energy Services Inc. PDC Drill Bit With Flute Design For Better Bit Cleaning
RU151262U1 (ru) * 2014-11-12 2015-03-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб "Булат" Устройство импульсной подачи проволоки для лазерной сварки

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2121770A (en) * 1934-08-01 1938-06-21 Union Carbide & Carbon Corp Welding flux
US4658109A (en) 1986-05-15 1987-04-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Cylindrical laser welder
US5430816A (en) * 1992-10-27 1995-07-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Multiple split-beam laser processing apparatus generating an array of focused beams
US5838860A (en) * 1993-05-21 1998-11-17 Super Vision International, Inc. Fiber optic light source apparatus and method
US5574817A (en) * 1995-06-01 1996-11-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Fiber optic ribbon cable assembly and method of manufacturing same
JP3621753B2 (ja) * 1995-06-27 2005-02-16 石川島播磨重工業株式会社 水中レーザ溶接装置
US6404961B1 (en) * 1998-07-23 2002-06-11 Weatherford/Lamb, Inc. Optical fiber cable having fiber in metal tube core with outer protective layer
US6591046B2 (en) * 2001-06-06 2003-07-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for protecting optical fibers embedded in the armor of a tow cable
JP2003048087A (ja) 2001-07-31 2003-02-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd フィラワイヤ送給方法及び装置並びにレーザ溶接装置
BRPI0303672B1 (pt) * 2002-03-28 2015-05-12 Prysmian Cables & Systems Ltd Método para revestir uma unidade de fibras ópticas
JP4561314B2 (ja) * 2004-10-28 2010-10-13 日立電線株式会社 ファイバレーザ用光ファイバ、ファイバレーザ及びレーザ発振方法
CN101386111A (zh) 2007-09-14 2009-03-18 苏州大学 激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置
US9402643B2 (en) * 2008-01-15 2016-08-02 Novartis Ag Targeted illumination for surgical instrument
US8186960B2 (en) * 2008-04-15 2012-05-29 Frontier Pro Services, Llc Repair of rotor blade roots
US7927077B2 (en) * 2009-07-09 2011-04-19 General Electric Company Wind blade spar cap laminate repair
US9352413B2 (en) 2011-01-13 2016-05-31 Siemens Energy, Inc. Deposition of superalloys using powdered flux and metal
US9283593B2 (en) 2011-01-13 2016-03-15 Siemens Energy, Inc. Selective laser melting / sintering using powdered flux
US20140021188A1 (en) * 2012-07-19 2014-01-23 Lincoln Global, Inc. Hot-wire consumable to provide weld with increased wear resistance
US20140088575A1 (en) * 2012-09-27 2014-03-27 Trimedyne, Inc. Devices for effective and uniform denervation of nerves and unique methods of use thereof
US9272363B2 (en) 2013-01-31 2016-03-01 Siemens Energy, Inc. Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys
US20140263193A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Lincoln Global, Inc. Consumable and method and system to utilize consumable in a hot-wire system
JP6126434B2 (ja) * 2013-03-29 2017-05-10 日本碍子株式会社 ハニカム構造体

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07251293A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法
RU2139159C1 (ru) * 1994-09-24 1999-10-10 Алькатель Кабель АГ унд Ко. Способ изготовления металлической трубки со сварным продольным швом
JPH09182983A (ja) * 1995-12-30 1997-07-15 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザ溶接用照射器
RU2181497C2 (ru) * 1998-06-06 2002-04-20 Нексан Устройство для изготовления оптического кабеля
US7759601B2 (en) * 2000-09-28 2010-07-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Underwater laser processing apparatus and underwater laser processing method
US20140020957A1 (en) * 2009-12-01 2014-01-23 Northbasin Energy Services Inc. PDC Drill Bit With Flute Design For Better Bit Cleaning
RU2478029C2 (ru) * 2011-06-21 2013-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки
RU151262U1 (ru) * 2014-11-12 2015-03-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб "Булат" Устройство импульсной подачи проволоки для лазерной сварки

Also Published As

Publication number Publication date
US20160297034A1 (en) 2016-10-13
US11344975B2 (en) 2022-05-31
WO2016164128A1 (en) 2016-10-13
RU2017134684A3 (ru) 2019-04-04
EP3280562A1 (en) 2018-02-14
CN107427963A (zh) 2017-12-01
SA517390091B1 (ar) 2021-12-13
JP6516868B2 (ja) 2019-05-22
EP3280562A4 (en) 2018-10-17
JP2018510785A (ja) 2018-04-19
CN107427963B (zh) 2019-11-15
EP3280562B1 (en) 2019-12-04
RU2017134684A (ru) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107848069B (zh) 激光处理装置和方法
RU2696991C2 (ru) Присадочный материал с оптической проводимостью для лазерной обработки
US9597749B2 (en) Laser waveguide with coaxial filler wire feed
KR102251657B1 (ko) 다중빔 섬유 레이저 시스템
JP7280377B2 (ja) ヘアピン溶接法およびヘアピン溶接装置
CN107408789A (zh) 用于用于增材制造的设备的照射系统
CN110587139A (zh) 一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置
JP2021514841A (ja) レーザ処理装置及び方法
JP2005219060A (ja) 粉末金属肉盛ノズル
JP2017532607A (ja) 光学アセンブリ及び光学アセンブリの製造方法
JP2002069507A (ja) 金属物品の製造方法及びその装置並びにレーザ光集光装置
CN105562951A (zh) 一种用于激光熔覆的激光光内送丝装置
CN111683784A (zh) 用于激光加工材料的装置和方法
JP5127480B2 (ja) 金属製容器製造方法および溶接装置
CN108655568B (zh) 一种磁场辅助激光电弧复合焊接小直径薄壁管的设备及方法
CN104968467A (zh) 使管道端部具有激光热焊丝层的方法和系统
US20140012232A1 (en) Production method of medical wire and medical wire
CN205614211U (zh) 一种用于激光熔覆的激光光内送丝装置
CN112828471B (zh) 激光熔覆缆式焊丝增材制造难熔高熵合金的方法及装置
JP2004322183A (ja) レーザ肉盛装置
CN215238570U (zh) 复合激光熔覆头以及熔覆装置
CN114888303A (zh) 一种蓝色激光增材制造装置
JP2022548628A (ja) 材料供給装置
US20230278139A1 (en) Welding method and laser device
CN103785917A (zh) 一种汽车钎焊方法及钎焊装置