能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头制造技术

本发明专利技术公开了一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；喷嘴为多粉通道‑多光路喷嘴，包括两条以上的光通道以及两条以上的粉通道。本发明专利技术的特别之处在于可调节光路数量及光强比的光路整合模块及喷嘴上改装的多路送粉、光通道。本发明专利技术大大提高了激光增材成型效率同时可对激光热源进行一定的光强比例调节；本发明专利技术一定程度上突破了传统单路送粉增材工艺参数与材料性质的限制，拓宽了工艺窗口，大大提高激光设备性能的利用率。

【技术实现步骤摘要】
能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头
本专利技术属于激光增材设备，涉及一种对光路进行整合及对粉通道进行改装从而能够同时进行多路同步送粉增材的激光熔覆头。
技术介绍
激光熔覆是指在被熔覆基体表面上添加材料经激光辐照后使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体成冶金结合的表面涂层，能够显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、抗氧化及电气特性的工艺方法。在激光熔覆过程中，激光功率、光斑尺寸、熔覆速度是重要的三个工艺参数：激光功率越大，融化的熔覆金属质量越多，产生气孔的概率越大；一般为圆形的激光光斑，在小尺寸光斑下，熔覆层质量较好，随着光斑尺寸的增大，熔覆层质量会随之下降；熔覆速度过高，合金粉末不能完全融化，未起到优质熔覆的效果，熔覆速度太低，熔池存在时间太长，粉末过烧，合金元素损失，同时基体的热输入量大，会增加变形量。以上三个因素结合熔覆材料本身的性质限制了传统单路激光增材的效率，同时也限制了相关激光设备的应用。中国专利201620272078.3公开了一种用于双层梯度激光增材制造八路同轴送粉喷嘴，采用内四路、外四路的分布模式，通过内、外路同步送粉，在激光熔覆过程中将双层熔覆层一次扫描成型。然而此装置对于内、外两路送粉的处理上，依旧采用的是中心的一路激光对内、外两路送粉的粉斑进行加热，相比传统的单层熔覆，此装置的激光需要对两层厚度的粉末进行加热，加热区域的厚度上的增加易导致受热不均即熔池表面过热或者底层粉末未完全融化的现象，影响最终的熔覆质量。中国专利201911324046.8公开了一种能够同时进行预热回火的激光熔覆头及其激光熔覆方法，其采用同一入射激光束，经预热分束镜、加工分束镜及回火反射镜的分光处理后，各自得到的反射激光束均能够聚焦在工件的待加工部件。其提供的激光光路处理方法能够很好的利用激光能量，为进一步的激光利用提供参考。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其能够以一定的预设搭接率进行多路同步送粉激光增材，能够极大地提高送粉增材的成型效率，同时能够一定程度地解放激光设备的使用限制，提高激光设备的利用率。为实现上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉通道-多光路喷嘴，包括两条以上的光通道以及两条以上的粉通道；其中：所述的激光发射部，能够发射激光；所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的激光准直输入激光分光部；所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的激光，通过激光分光组件，分成数量与光通道数量一致的分光光束；所述的多粉通道-多光通道喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置；所述的激光聚焦部，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。进一步地，所述的激光分光组件，包括入射镜组件以及出射镜组件；所述的入射镜组件，包括两个以上的入射镜；各入射镜中，其中一个入射镜为全透镜a，其余的入射镜则为全反射镜；所述的出射镜组件，包括两个以上的出射镜；所述的激光聚焦部，包括两个以上的聚焦镜；各入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道一一对应设置；所述的各出射镜中，部分能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并分束形成透射分束光线、反射分束光线，余下的部分则能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并直接完全透射为透射光线；所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入对应的出射镜；所述的反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；所述的聚焦镜，能够接收并聚焦对应的出射镜透射而来的透射分束光线或者接收到对应的出射镜直接完全透射的透射光线，促使透射分束光线或者透射光线能够沿着对应的光通道射出，在喷嘴本体的前端形成对应的光斑。进一步地，所述的各出射镜中，其中一个出射镜为全透镜b，其余的出射镜则为分束镜；所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入出射镜组件中对应的分束镜；所述的分束镜，能够将自身的入射光线分成两个部分，其中一部分为透射分束光线，能够经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦后，沿着对应的光通道射出，另一部分则为反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；所述的全透镜b，能够将入射镜组件中对应的全反射镜所反射的激光光束，全部透射后，经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦，以沿着对应的光通道射出。进一步地，所述的入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道、粉通道的数量均为4个；所述的4个入射镜，分别为入射镜a、入射镜b、入射镜c、入射镜d；入射镜a为全透镜a；入射镜b、入射镜c、入射镜d均为全反射镜；所述的4个出射镜，分别为出射镜a、出射镜b、出射镜c、出射镜d；所述的4个聚焦镜，分别为聚焦镜a、聚焦镜b、聚焦镜c、聚焦镜d；所述的4条光通道，分别为A光通道、B光通道、C光通道、D光通道；所述的4条粉通道，分别为A粉通道、B粉通道、C粉通道、D粉通道；入射镜a、出射镜a、聚焦镜a、A光通道对应设置，A粉通道与A光通道对应匹配设置；入射镜b、出射镜b、聚焦镜b、B光通道对应设置，B粉通道与B光通道对应匹配设置；入射镜c、出射镜c、聚焦镜c、C光通道对应设置，C粉通道与C光通道对应匹配设置；入射镜d、出射镜d、聚焦镜d、D光通道对应设置，D粉通道与D光通道对应匹配设置。进一步地，各光通道的出口呈N字形排布在所述喷嘴本体的端部，且各光通道的出口一一对应地位于自身所排布形成的N字形的端点位置处，而各光通道的出口位置处的外侧，则一一对应地匹配设置所述的粉通道。进一步地，所述的出射镜a、出射镜b、出射镜c为分束镜，所述的出射镜d为全透镜b；全透镜a透射的激光光束，能够经出射镜a分束形成透射光线a、反射光线a；透射光线a能够经聚焦镜a聚焦后，沿着A光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑a；反射光线a能够作为入射光线射入入射镜b；入射镜b能够将反射光线a全部反射后，射入出射镜b分束形成透射光线b、反射光线b；透射光线b能够经聚焦镜b聚焦后，沿着B光通道射出，在喷嘴本体的前端形成光斑b；反射光线b能够作为入射光线射入入射镜c；入射镜c能够将反射光线b全部反射后，射入出射镜c分束形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，其特征在于，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉路-多光路喷嘴，包括两条以上的光路以及两条以上的粉路；其中：/n所述的激光发射部，能够发射激光；/n所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的激光准直输入激光分光部；/n所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的激光，通过激光分光组件，分成数量与光路数量一致的分光光束；/n所述的多粉路-多光路喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置；/n所述的激光聚焦部，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；/n每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，包括光路整合模块和喷嘴，其特征在于，所述的光路整合模块为可调节式光路整合模块，包括激光发射部、激光准直部、激光分光部及激光聚焦部；所述的喷嘴为多粉路-多光路喷嘴，包括两条以上的光路以及两条以上的粉路；其中：
所述的激光发射部，能够发射激光；
所述的激光准直部，能够将激光发射部发出的激光准直输入激光分光部；
所述的激光分光部，能够将激光准直部准直输入的激光，通过激光分光组件，分成数量与光路数量一致的分光光束；
所述的多粉路-多光路喷嘴，包括喷嘴本体以及分别设置在喷嘴本体上的2条以上的粉通道、2条以上的光通道；各光通道的出口均布置在所有粉通道的出口围成的区域内，且各光通道与各粉通道一一对应匹配设置；
所述的激光聚焦部，能够将激光分光部所分出的各分光光束聚焦后，一一沿着喷嘴本体上所设置的光通道射出，并在喷嘴本体的前端整体形成线串状多路光斑；所述线串状多路光斑中的各激光光斑均由各分光光束一一对应形成，且线串状多路光斑中的相邻两个激光光斑之间存在搭接耦合；
每一条粉通道中输出的粉末均能够在喷嘴本体的前端形成粉斑，以落在对应匹配设置的光通道在喷嘴本体前端形成的激光光斑内。


2.根据权利要求1所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的激光分光组件，包括入射镜组件以及出射镜组件；
所述的入射镜组件，包括两个以上的入射镜；各入射镜中，其中一个入射镜为全透镜a，其余的入射镜则为全反射镜；
所述的出射镜组件，包括两个以上的出射镜；
所述的激光聚焦部，包括两个以上的聚焦镜；
各入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道一一对应设置；
所述的各出射镜中，部分能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并分束形成透射分束光线、反射分束光线，余下的部分则能够接收对应的入射镜透射或者反射的光线并直接完全透射为透射光线；
所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入对应的出射镜；
所述的反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；
所述的聚焦镜，能够接收并聚焦对应的出射镜透射而来的透射分束光线或者接收到对应的出射镜直接完全透射的透射光线，促使透射分束光线或者透射光线能够沿着对应的光通道射出，在喷嘴本体的前端形成对应的光斑。


3.根据权利要求2所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的各出射镜中，其中一个出射镜为全透镜b，其余的出射镜则为分束镜；
所述的全透镜a，能够将激光准直部准直射入的激光，全部透射后射入出射镜组件中对应的分束镜；
所述的分束镜，能够将自身的入射光线分成两个部分，其中一部分为透射分束光线，能够经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦后，沿着对应的光通道射出，另一部分则为反射分束光线，能够作为入射光线射入入射镜组件中对应的全反射镜；
所述的全透镜b，能够将入射镜组件中对应的全反射镜所反射的激光光束，全部透射后，经激光聚焦部中对应的聚焦镜聚焦，以沿着对应的光通道射出。


4.根据权利要求2所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，所述的入射镜、出射镜、聚焦镜、光通道、粉通道的数量均为4个；
所述的4个入射镜，分别为入射镜a、入射镜b、入射镜c、入射镜d；入射镜a为全透镜a；入射镜b、入射镜c、入射镜d均为全反射镜；
所述的4个出射镜，分别为出射镜a、出射镜b、出射镜c、出射镜d；
所述的4个聚焦镜，分别为聚焦镜a、聚焦镜b、聚焦镜c、聚焦镜d；
所述的4条光通道，分别为A光通道、B光通道、C光通道、D光通道；
所述的4条粉通道，分别为A粉通道、B粉通道、C粉通道、D粉通道；
入射镜a、出射镜a、聚焦镜a、A光通道对应设置，A粉通道与A光通道对应匹配设置；
入射镜b、出射镜b、聚焦镜b、B光通道对应设置，B粉通道与B光通道对应匹配设置；
入射镜c、出射镜c、聚焦镜c、C光通道对应设置，C粉通道与C光通道对应匹配设置；
入射镜d、出射镜d、聚焦镜d、D光通道对应设置，D粉通道与D光通道对应匹配设置。


5.根据权利要求4所述的能够进行多路同步送粉增材的激光熔覆头，其特征在于，各光通道的出口呈N字形排布在所述喷嘴本体的端部，且各光通道的出口一一对应地位于自身所排布形成的N字形的端点位置处，而各光通道的出口位置处的外侧，则一一对应地匹配设置所述的粉通道。


6.根据权利要求5所述的能够进行多路同步送粉增材的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙桂芳，王鹏飞，倪中华，卢轶，王占栋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32