一種激光光路無遮擋同軸送粉方法及送粉裝置的制造方法
【專利說明】一種激光光路無遮擋同軸送粉方法及送粉裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及激光粉末成形制造及激光熔敷領(lǐng)域，具體為一種激光光路無遮擋同軸送粉方法及送粉裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著科技的發(fā)展，激光熔覆成形技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)過程中。激光熔覆成形是指在CAD模型直接驅(qū)動下由激光熔化輸送的金屬原料(粉末或絲材)，層層掃描熔化堆積，直接形成致密的金屬零件。該成形中最關(guān)鍵的技術(shù)之一便是如何將激光與被加工的材料同步輸送至加工區(qū)域進行光料耦合成形。
[0004]現(xiàn)有的送料方式分為兩種:光外斜軸送料和光內(nèi)同軸送料。
[0005]光外斜軸送料的原理為:不改變光的路徑，讓激光束直接沿著軸線射入，而在激光束的周圍以一定的角度均勻地傾斜布置多束送料管。該送料方式較為簡單容易實現(xiàn)，但從送料管送出的原料則會因自身的重力與空氣阻力等影響而成拋物線下落，致使原料跌落區(qū)域變大，并讓原料呈不均勻分布，影響加工精度。
[0006]光內(nèi)同軸送料的原理為:依靠一定的方式，使原本沿著軸線入射的激光反射到四周形成環(huán)形光束，該光束在噴嘴的內(nèi)部形成一個圓錐形的中空無激光區(qū)，從外部進來的送料管便可沿軸線方向?qū)⒃纤统?，這樣便與入射的激光焦點重合。該送料方式雖然與光外斜軸送料相比復雜一些，但該方式中原料直接沿著激光軸線方向送出，其所受到的自身重力與空氣阻力等都是跟運動方向共線的，所以該送料方式與光外斜軸送料方式相比更加精確。
[0007]中國發(fā)明專利CN101386111A公開了一種激光光內(nèi)送絲熔覆方法與光內(nèi)送絲裝置，此方法就是采用了光內(nèi)同軸送料原理。該裝置用圓錐光鏡將激光器發(fā)射的激光束變換為環(huán)形光束，再用環(huán)形聚焦鏡聚焦成為環(huán)錐形光束，在環(huán)錐形光束中形成一錐形中空無激光區(qū)，送絲管置于此無激光區(qū)內(nèi)并與環(huán)錐形光束同軸線，工作中絲材在環(huán)錐形光束中心被同軸垂直送入加工面上的熔池內(nèi)，實現(xiàn)光內(nèi)同軸送絲。該方法實現(xiàn)了聚焦光束與送料的完全同軸，但送絲管從環(huán)錐形光束外部到達中空區(qū)時局部需要穿越光束，當激光照射在送絲管的迎光面上會產(chǎn)生很大的熱量，而熱量過大時會燒熔送絲管，讓整個光內(nèi)送絲裝置失效，因此該方法僅適用于中小功率的激光加工，有一定的局限性。
[0008]隨著社會的發(fā)展大功率激光成形漸漸形成一種趨勢，因此有必要設(shè)計出一種光內(nèi)送料裝置，使整個裝置躲避大功率激光的直接照射，又能實現(xiàn)激光與送料完全同軸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在提供一種激光光路無遮擋同軸送粉方法及裝置，使噴粉頭可躲避大功率激光的直接照射，避免損毀，又能實現(xiàn)激光與送料完全同軸。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種激光光路無遮擋同軸送粉方法，其包括
1)、在激光束經(jīng)過環(huán)形的反射聚焦鏡聚焦至基材聚焦點的光路上形成無激光區(qū)和有激光區(qū)；
2)、將向基材聚焦點處輸送粉料的送粉管設(shè)置在所述無激光區(qū)內(nèi)避開激光照射，送料管噴頭與激光束中心同軸。
[0011]以下為本發(fā)明的進一步改進的技術(shù)方案:
激光束經(jīng)過錐光鏡反射至環(huán)形的反射聚焦鏡上，該錐光鏡的錐面上形成至少一處非反射區(qū)。
[0012]所述錐光鏡為至少兩段劣弧連接形成的圓弧錐光鏡。
[0013]所述錐光鏡的錐面上設(shè)有至少一段斜面作為非反射區(qū)。
[0014]所述反射聚焦鏡的鏡面上形成至少一處非反射區(qū)。
[0015]進一步地，本發(fā)明提供了一種激光光路無遮擋同軸送粉裝置，其包括一錐光鏡，用于反射激光束；
一環(huán)形的反射聚焦鏡，用于將經(jīng)錐光鏡反射來的激光束反射至基材上并形成焦點；其結(jié)構(gòu)特點是:
所述錐光鏡的錐面上具有至少一個非反射區(qū)，該非反射區(qū)使反射聚焦鏡反射激光至基材上時在反射聚焦鏡與基材上焦點之間形成至少一個無激光區(qū)；
一送粉管，設(shè)置在所述無激光區(qū)內(nèi)，該送粉管的噴頭位于所述焦點的正上方；所述錐光鏡、反射聚焦鏡和噴頭同軸布置。
[0016]作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述錐光鏡的錐面上具有至少一個作為非反射區(qū)的斜面，斜面之外的區(qū)域為錐弧面，這種結(jié)構(gòu)簡稱切面型錐光鏡。
[0017]優(yōu)選地，所述無激光區(qū)的水平投影呈扇形。
[0018]優(yōu)選地，所述劣弧的中心角大于60°且小于180°。
[0019]作為另一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述錐光鏡的橫截面的輪廓線由至少兩段劣弧對接形成，錐光鏡的相鄰兩段劣弧面的連接線形成非反射區(qū)。由此，兩個非反射區(qū)之間形成左圓弧錐光鏡和右圓弧錐光鏡，通過制作圓弧錐光鏡(部分錐面為反射區(qū))代替現(xiàn)有的圓錐光鏡(整個錐面都是反射區(qū))，使由激光器發(fā)射的激光通過圓弧錐光鏡的反射后離散成多束激光。這幾束光之間就有一部分的無激光區(qū)，送料管便能安置在該無激光區(qū)中避開激光直接照射，且能實現(xiàn)激光與送料完全同軸。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了光內(nèi)同軸送粉裝置只局限于小功率激光加工下的情形，并能夠使送絲管完全的避開激光的直接照射，免于燒毀失效，又能實現(xiàn)激光與送料完全同軸。
[0021]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種實施例的正視圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1虛線處平面的光路截面圖； 圖4為圖1的側(cè)視圖；
圖5為本發(fā)明所述左(右)圓弧錐光鏡的原理圖；
圖6是切邊型錐光鏡的反射原理圖；
圖7是切邊型錐光鏡的橫截面局部放大圖；
在圖中:
1-激光器發(fā)射的激光束；2_左圓弧錐光鏡；3_右圓弧錐光鏡；4_環(huán)形反射聚焦鏡；5-送粉管；6_支撐臂；7-噴頭；8-基材；9_左圓弧錐光鏡激光束；1