一种可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置的制作方法

1.本实用新型属于激光增材制造领域，具体涉及一种可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置。


背景技术：

2.激光送丝增材制造越来越普遍，其材料利用率高、成本低、可加工材料广泛；常见为侧向送丝激光增材制造和环形聚焦光斑丝材增材制造。
3.增材制造材质受限，对于钛合金、镁合金等材质较难成形或成形性能不佳。粉末激光增材制造材料利用率低，活性粉末具有易燃易爆风险，侧向送丝增材制造过程中，当增材方向变化时，送丝方向不能改变，导致性能不稳定，成形尺寸难以控制；若采用同轴送粉、同轴弧焊增材制造方法，增材制造材料成本高，增材制造过程热输入大，可制造材质有限，若采用环形聚焦光斑丝材增材制造，设备光路传输复杂，设备成本高，设备稳定性差。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置，结构简单，成本较低，并且具有性能稳定和成型尺寸易于控制的优点。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置，包括用于输入激光的光纤接口、设于所述光纤接口后端的激光准直模块、设于所述激光准直模块后端的激光通道、设于所述激光通道内的反射聚焦模块以及设于所述激光通道下方的基板，所述激光通道的一侧竖直向下设有用于输入焊丝的导丝模块，所述导丝模块的下端设有导丝嘴，所述激光通道输出的激光与所述导丝嘴输出的焊丝在所述基板的表面重合交汇。
6.进一步的，所述激光通道包括水平设于所述激光准直模块后端的第一通道以及倾斜设于所述第一通道末端并与所述第一通道连通的第二通道。
7.进一步的，所述反射聚焦模块设于所述第二通道的顶端，所述导丝模块设于所述第二通道的一侧。
8.进一步的，所述第二通道的末端设有激光输出口。
9.进一步的，所述激光准直模块包括设于所述光纤接口后端的安装座、设于所述安装座上的通孔以及设于所述通孔内的准直透镜组。
10.进一步的，所述准直透镜组包括前后依次设于所述通孔内的第一准直透镜和第二准直透镜。
11.进一步的，所述反射聚焦模块包括倾斜设于所述第二通道顶端的反射式积分镜以及水平设于所述反射式积分镜下端的保护镜。
12.进一步的，经所述反射式积分镜聚焦反射后的激光光束的截面为椭圆形。
13.本实用新型具有以下有益效果：
14.本实用新型中的激光准直模块不仅能将圆形输入激光转换为窄细的激光，还可以
在很长的范围内保持激光光斑的均匀性和一致性，激光经激光准直模块后传输至反射聚焦模块，然后经反射聚焦模块聚焦反射后传输至基板上，焊丝由导丝模块进入装置，并通过导丝嘴输出至基板上，激光与焊丝在基板的表面重合交汇，便能够实现成型增材制造；经反射式积分镜聚焦反射后的激光光束的截面为椭圆形，且由于激光传输方向与竖直方向形成一定的夹角，故激光光束传输至基板的表面的光斑呈圆形，便可形成圆形的增材制造熔池，圆形熔池可实现焊丝保持在运动方向竖直面，同时能够实现各个方向的增材制造的尺寸、性能一致。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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。
16.图1为本实用新型实施例提供的可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置的示意图；
17.图2为本实用新型实施例提供的可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置的横截面图；
18.图3为本实用新型实施例提供的可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置的竖界面图；
19.图4为本实用新型实施例提供的可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置另一角度的示意图；
20.图5为本实用新型实施例提供的经反射式积分镜反射聚焦后的激光的截面图；
21.图6为本实用新型实施例提供的传输至基板表面的激光的光斑；
22.图7为本实用新型实施例提供的经反射式积分镜反射聚焦后的激光与焊丝在基板表面交汇的示意图；
23.图中标识说明：
24.1－光纤接口、2－激光准直模块、3－反射聚焦模块、4－基板、5－导丝模块、6－第一通道、7－第二通道、21－安装座、22－通孔、23－第一准直透镜、24－第二准直透镜、51－导丝嘴、71－激光输出口、31－反射式积分镜、32－保护镜。
具体实施方式
25.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做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。
26.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
27.还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例
的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
28.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
29.实施例
30.请参阅图1-7所示，本实用新型实施例提供的可用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置，包括用于输入激光的光纤接口1、设于光纤接口1后端的激光准直模块2、设于激光准直模块2后端的激光通道、设于激光通道内的反射聚焦模块3以及设于激光通道下方的基板4，在激光通道的一侧竖直向下设有用于输入焊丝的导丝模块5，在导丝模块5的下端设有导丝嘴51，激光通道输出的激光与导丝嘴51输出的焊丝在基板4的表面重合交汇；激光通道包括水平设于激光准直模块2后端的第一通道6以及倾斜设于第一通道6末端并与第一通道6连通的第二通道7，反射聚焦模块2设于第二通道7的顶端，导丝模块5集成设置在第二通道7的左侧，在第二通道7的末端设有激光输出口71。
31.通过上述应用，在实际应用中，采用本实用新型的用于同轴送丝增材制造的激光传输与焊丝耦合装置，首先激光由光纤接口1进入装置，经激光准直模块2进入第一通道6，激光准直模块2不仅能将圆形输入激光转换为窄细的激光，还可以在很长的范围内保持激光光斑的均匀性和一致性，激光经激光准直模块2后进入第一通道6内并水平传输至位于第二通道7的顶端的反射聚焦模块3，然后经反射聚焦模块3聚焦反射至第二通道7内，并通过激光输出口71传输至位于激光输出口71下方的基板4上，焊丝由导丝模块5进入装置，并通过导丝嘴51输出至基板4上，从第二通道7内倾斜传输的激光与导丝嘴51输出的焊丝在基板4的表面重合交汇，便能够实现成型增材制造。
32.具体的，激光准直模块2包括设于光纤接口1后端的安装座21、设于安装座21上的通孔22以及设于通孔22内的准直透镜组，准直透镜组包括前后依次设于通孔22内的第一准直透镜23和第二准直透镜24，第一准直透镜23为凹透镜，第二准直透镜24为凸透镜；激光由光纤接口1进入装置后，进入通孔22，并依次穿过第一准直透镜23和第二准直透镜24，保持激光光斑的均匀性和一致性，最终使得激光变成一束平行的准直光柱传递至第一通道6内。
33.具体的，反射聚焦模块3包括倾斜设于第二通道7顶端的反射式积分镜31以及水平设于反射式积分镜31下端的保护镜32；反射式积分镜31能够产生平顶分布的光斑，经过反射式积分镜31反射聚焦的激光光束可以是任意形状，用以满足不同的使用场景。
34.具体的，经反射式积分镜31聚焦反射后的激光光束的截面为椭圆形，且由于激光光束在第二通道7内倾斜向下传输，激光传输方向与竖直方向形成一定的夹角，故激光光束传输至基板4的表面的光斑呈圆形，且与导丝嘴51输出的焊丝在基板4的表面重合交汇，便能够实现成型增材制造，便可形成圆形的增材制造熔池，圆形熔池可实现焊丝保持在运动方向竖直面，同时能够实现各个方向的增材制造的尺寸、性能一致。
35.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用
新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。