RU2771495C1 - Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления - Google Patents
Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771495C1 RU2771495C1 RU2021119648A RU2021119648A RU2771495C1 RU 2771495 C1 RU2771495 C1 RU 2771495C1 RU 2021119648 A RU2021119648 A RU 2021119648A RU 2021119648 A RU2021119648 A RU 2021119648A RU 2771495 C1 RU2771495 C1 RU 2771495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser radiation
- laser
- lens
- focusing
- radiation
- Prior art date
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
- B23K26/02—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
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
-
- 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
-
- 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
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройству многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлической детали методом селективного лазерного плавления. Устройство содержит лазер, две коллиматорные линзы и фокусирующую линзу, отклоняющую лазерное излучение систему зеркал и объектив для фокусирования лазерного излучения в плоскости построения металлической детали. Формирователь энергии лазерного излучения устройства выполнен с возможностью преобразования гауссовского пучка лазерного излучения в пучок с П-образной равномерной интенсивностью. Одна из коллиматорных линз размещена на выходе лазерного излучения лазера. Формирователь энергии лазерного излучения и фокусирующая линза расположены между коллиматорными линзами. Фокусирующая линза закреплена с возможностью перемещения вдоль распространения лазерного излучения, а отклоняющая лазерное излучение система зеркал расположена между второй коллиматорной линзой и упомянутым объективом для фокусирования лазерного излучения. Техническим результатом изобретения является повышение производительности лазерного технологического комплекса при высоком качестве изделий и снижение эксплуатационных и энергозатрат. 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для формирования лазерного излучения с линейным распределением интенсивности.
Известно устройство для формирования лазерного излучения с линейным распределением интенсивности [п. 2656429, МПК B23K 26/06, G02B 27/09, опубл. 05.06.2018, Бюл. №16]. Устройство содержит несколько источников лазерного света для формирования лазерного излучения и оптические средства для преобразования идущих от источников лазерного света лазерных излучений в лазерное излучение, которое имеет в рабочей плоскости линейное распределение интенсивности. Источники лазерного света выполнены в виде лазеров на основной моде. В устройстве каждое из идущих от источников лазерного света лазерных излучений не перекрывается само с собой. Изобретение позволяет обеспечить однородное линейное распределение интенсивности в рабочей плоскости.
Недостаток в том, что несмотря на использование лазеров на основной моде, устройство не позволяет обеспечить сравнительно однородное линейное распределение интенсивности в рабочей плоскости.
Известна оптика для лазерного излучения с изменяемым масштабом проекции [DE 102011117607 А1, МПК B23K/26/06, опубл. 02.05.2013] в которой предусмотрен коллимационный объектив и фокусирующая оптика. При этом коллимационный объектив состоит из первой подвижной группы собирательных линз, второй подвижной группы собирательных линз и третьей неподвижной или подвижной в осевом направлении группы собирательных линз. За счет сдвига первых обеих линзовых групп относительно друг друга можно устанавливать диаметр фокуса. Если третья линзовая группа также подвижна в осевом направлении, то можно также переставлять положение фокуса.
Здесь также подвижные оптические элементы лежат в коллимационной зоне, однако за счет применяемого здесь количества оптических элементов, особенно критическими являются термические проблемы при лазерной обработке материалов, такие как, например, термический сдвиг фокуса.
Известна проекционная оптика для лазерного излучения с регулируемым положением фокуса [п. 2711287, МПК B23K 26/046, B23K 26/06, опубл. 16.01.2020, бюл. №20 (прототип)], а также с регулируемым диаметром фокуса. При этом система с переменным фокусным расстоянием содержит коллиматорную оптику из первой подвижной линзы или линзовой группы с положительным фокусным расстоянием и вторую подвижную линзу или линзовую группу с отрицательным фокусным расстоянием, а также фокусирующий элемент. Первая подвижная линза или линзовая группа с положительным фокусным расстоянием служит для проекции источника рабочего лазерного луча в виртуальный промежуточный фокус и вторая подвижная линза или линзовая группа с отрицательным фокусным расстоянием служит для проекции виртуального промежуточного фокуса в бесконечность, так что фокусирующая оптика проецирует источник рабочего лазерного луча в свой главный фокус.
Недостатки изобретения состоят в том, что разработанная проекционной оптика для обработки материалов с помощью лазерного излучения, не обеспечивает быстроту и точность построения изделий и снижения эксплуатационных и энергозатрат.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности лазерного технологического комплекса, при высоком качестве изделий и снижении эксплуатационных и энергозатрат.
Технический результат достигается тем, что в устройстве многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлической детали методом селективного лазерного плавления, содержащем лазер, две коллиматорные линзы и фокусирующую линзу, новым является то, что оно содержит формирователь энергии лазерного излучения, выполненный с возможностью преобразования гауссовского пучка лазерного излучения в пучок с П-образной равномерной интенсивностью, отклоняющую лазерное излучение систему зеркал и объектив для фокусирования лазерного излучения в плоскости построения металлической детали, при этом одна из коллиматорных линз размещена на выходе лазерного излучения лазера, а формирователь энергии лазерного излучения и фокусирующая линза расположены между коллиматорными линзами, причем фокусирующая линза закреплена с возможностью перемещения вдоль распространения лазерного излучения, а отклоняющая лазерное излучение система зеркал расположена между второй коллиматорной линзой и упомянутым объективом для фокусирования лазерного излучения.
Отличия заявляемого устройства от наиболее близкого аналога заключаются в том, что оно содержит формирователь энергии лазерного излучения, выполненный с возможностью преобразования гауссовского пучка лазерного излучения в пучок с П-образной равномерной интенсивностью, отклоняющую лазерное излучение систему зеркал и объектив для фокусирования лазерного излучения в плоскости построения металлической детали, при этом одна из коллиматорных линз размещена на выходе лазерного излучения лазера, а формирователь энергии лазерного излучения и фокусирующая линза расположены между коллиматорными линзами, причем фокусирующая линза закреплена с возможностью перемещения вдоль распространения лазерного излучения, а отклоняющая лазерное излучение система зеркал расположена между второй коллиматорной линзой и упомянутым объективом для фокусирования лазерного излучения.
Перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено устройство многопозиционной фокусировки лазерного излучения.
На фиг. 2 представлена схема преобразования интенсивности лазерного излучения.
Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления (3D печать методом SLM) (фиг. 1) состоит из лазера 1, коллиматорной линзы 2, формирователя луча 3, фокусирующей линзы 4, привода фокусирующей линзы 5, коллиматорной линзы 6, гальванометра (отклоняющая система зеркал) 7 и F-Theta объектива 8.
Устройство работает следующим образом.
Коллиматорная линза 2 монтируется на выходе оптоволоконного лазерного излучателя 1 на расстоянии, которое равно фокусному. Выходящее лазерное излучение преобразуется в направленный параллельный пучок, минимизируя его расходимость. Далее пучок попадает в формирователь 3 для преобразования распределения интенсивности лазерного луча. Преобразование гауссового пучка в пучок с П-образной равномерной интенсивностью является основной функцией системы преобразования излучения, что позволяет эффективно использовать энергию лазера и улучшить технологию изготовления деталей методом селективного лазерного плавления (SLM). Концепция работы преобразователя показана на фиг. 2. Гауссовое распределение интенсивности коллимированного пучка лазера преобразуется в плоское распределение на вершине. Выходной пучок также коллимирован и имеет приблизительно те же размеры, что и входной пучок. Затем излучение попадает в фокусирующую линзу 4, закрепленную на подвижном приводе 5, что позволяет ей перемещаться вдоль распространения лазерного луча, тем самым уменьшая или увеличивая диаметр пучка лазера.
Колиматорная линза 6 преобразует лазерное излучение в направленный параллельный пучок, падающий на отклоняющую систему зеркал гальванометра 7. На зеркала гальванометра поступает сигнал, отклоняющий луч лазера в плоскости, перпендикулярной распространению излучения. F-Theta объектив 8 фокусирует полученное излучение в плоскости построения детали в камере SLM принтера.
Таким образом, устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения с оптическим формирователем обеспечивает быстроту и точность построения изделий, многократное повышение производительности лазерного технологического комплекса, снижение эксплуатационных и энергозатрат при высоком качестве изделия.
Claims (1)
- Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлической детали методом селективного лазерного плавления, содержащее лазер, две коллиматорные линзы и фокусирующую линзу, отличающееся тем, что оно содержит формирователь энергии лазерного излучения, выполненный с возможностью преобразования гауссовского пучка лазерного излучения в пучок с П-образной равномерной интенсивностью, отклоняющую лазерное излучение систему зеркал и объектив для фокусирования лазерного излучения в плоскости построения металлической детали, при этом одна из коллиматорных линз размещена на выходе лазерного излучения лазера, а формирователь энергии лазерного излучения и фокусирующая линза расположены между коллиматорными линзами, причем фокусирующая линза закреплена с возможностью перемещения вдоль распространения лазерного излучения, а отклоняющая лазерное излучение система зеркал расположена между второй коллиматорной линзой и упомянутым объективом для фокусирования лазерного излучения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119648A RU2771495C1 (ru) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119648A RU2771495C1 (ru) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771495C1 true RU2771495C1 (ru) | 2022-05-05 |
Family
ID=81458816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021119648A RU2771495C1 (ru) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2771495C1 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2317183C2 (ru) * | 2002-02-08 | 2008-02-20 | Хонейвелл Интернэшнл Инк. | Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением |
RU159233U1 (ru) * | 2015-09-29 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерной обработки материалов |
US20190009369A1 (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | MV Innovative Technologies, LLC | Additive manufacturing in metals with a fiber array laser source and adaptive multi-beam shaping |
CN109689279A (zh) * | 2016-04-29 | 2019-04-26 | 努布鲁有限公司 | 可见光激光增材制造 |
CN107107264B (zh) * | 2015-01-30 | 2019-09-20 | 株式会社牧野铣床制作所 | 激光加工机以及激光加工方法 |
RU2711287C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2020-01-16 | Прецитек Гмбх Унд Ко. Кг | Проекционная оптика для обработки металла с помощью лазерного излучения и содержащая ее лазерная обрабатывающая головка |
RU2711996C2 (ru) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Лазерная сварочная головка с двумя подвижными зеркалами, направляющими лазерный пучок, и система и способы лазерной сварки, в которых она используется |
US20200086388A1 (en) * | 2015-07-15 | 2020-03-19 | Nuburu, Inc. | Additive Manufacturing System with Addressable Array of Lasers and Real Time Feedback Control of each Source |
US10875094B2 (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-29 | Vulcanforms Inc. | Additive manufacturing systems and methods |
-
2021
- 2021-07-05 RU RU2021119648A patent/RU2771495C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2317183C2 (ru) * | 2002-02-08 | 2008-02-20 | Хонейвелл Интернэшнл Инк. | Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением |
CN107107264B (zh) * | 2015-01-30 | 2019-09-20 | 株式会社牧野铣床制作所 | 激光加工机以及激光加工方法 |
RU2711996C2 (ru) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Лазерная сварочная головка с двумя подвижными зеркалами, направляющими лазерный пучок, и система и способы лазерной сварки, в которых она используется |
US20200086388A1 (en) * | 2015-07-15 | 2020-03-19 | Nuburu, Inc. | Additive Manufacturing System with Addressable Array of Lasers and Real Time Feedback Control of each Source |
RU159233U1 (ru) * | 2015-09-29 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для лазерной обработки материалов |
CN109689279A (zh) * | 2016-04-29 | 2019-04-26 | 努布鲁有限公司 | 可见光激光增材制造 |
RU2711287C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2020-01-16 | Прецитек Гмбх Унд Ко. Кг | Проекционная оптика для обработки металла с помощью лазерного излучения и содержащая ее лазерная обрабатывающая головка |
US20190009369A1 (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | MV Innovative Technologies, LLC | Additive manufacturing in metals with a fiber array laser source and adaptive multi-beam shaping |
US10875094B2 (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-29 | Vulcanforms Inc. | Additive manufacturing systems and methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102364197B1 (ko) | 레이저 방사 수단에 의해 재료를 가공하는 결상 광학계 및 이 결상 광학계를 갖는 레이저 가공 헤드 | |
JP4426516B2 (ja) | レーザビームを焦点調節するための装置 | |
KR100817825B1 (ko) | 레이저 가공장치 | |
CN213903954U (zh) | 可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置 | |
KR950028856A (ko) | 레이저 전사 기계 가공 장치 | |
KR100491558B1 (ko) | 광 조사 장치와 광 조사 방법 | |
CN112630984A (zh) | 可改变激光焦点位置光斑大小及形貌的激光扫描装置与扫描方法 | |
JP2018505568A (ja) | ラインビーム形成装置 | |
CN112904526A (zh) | 基于差动共焦探测具有抗噪能力的高精度自动对焦方法及装置 | |
KR102198779B1 (ko) | 선형 세기 분포를 갖는 레이저 방사선의 생성 장치 | |
KR20140020776A (ko) | 프레넬 영역 소자를 이용한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 기판 절단 방법 | |
CN113258415A (zh) | 一种脉冲激光光谱时序合成系统及方法 | |
RU2771495C1 (ru) | Устройство многопозиционной фокусировки равномерного лазерного излучения для построения металлических деталей методом селективного лазерного плавления | |
KR970703540A (ko) | 광학 광선 분할 소자(Optical beam-splitting element) | |
CN111715624A (zh) | 一种激光清洗装置 | |
US11112615B2 (en) | Device and method for the generation of a double or multiple spot in laser material processing | |
JP2019018233A (ja) | レーザ加工機 | |
JPS5455184A (en) | Semiconductor laser light source unit | |
JP2017013081A (ja) | レーザ加工装置、および、レーザ加工方法 | |
TWI792876B (zh) | 雷射鑽孔裝置 | |
TWI697162B (zh) | 用於產生線狀的強度分佈的雷射輻射的裝置 | |
TW202231394A (zh) | 用於在工作平面上產生雷射光線的裝置 | |
Laskin et al. | Applying of refractive spatial beam shapers with scanning optics | |
RU100938U1 (ru) | Установка для лазерной обработки материалов | |
CN1231225A (zh) | 连续激光的时间调制和空间分束装置 |