基于点环式激光的增材制造系统的制作方法

本技术涉及增材制造，特别是涉及一种基于点环式激光的增材制造系统。

背景技术：

1、在金属3d打印技术中，以slm工艺原理为现行业主要技术方案，其原理为通过激光扫描，快速熔化预置金属粉末，直接获得任意形状的零件，光束从激光器中发出，通过振镜系统将光束反射至平台上进行层层熔融，每完成一层熔融后，打印的零件逐层下降，直至整个零件全部被打印出来。此种3d打印方式，可制造结构复杂、冶金结合、致密组织，并可以缩短零件制作周期，无需开模具，并能降低制造成本，其所使用的激光详细为单模高斯激光，光束能量分布承高斯分布，能量密度极高，因此能对熔融区域形成很深的熔池，在宏观状态下会形成飞溅，在微观状态下飞溅的形成主要是因为高斯激光的峰值能量密度高，在熔池的中心区域温度过高对金属形成气化，气化喷出速度极高，带动融化的液态金属喷出形成飞溅的液滴。这时会使用高速风场，将气化的金属黑烟带出，同时带走小部分飞溅。因此现有的3d打印技术中存在金属气化，飞溅消耗材料，金属粉末的价格非常高，进而导致成本增加；且飞溅形成的黑烟影响激光在传输过程中的路径，形成遮光、即光幕，影响打印功率的均匀性，最终会影响所打印出的工件的质量；飞溅形成的大颗粒金属液滴掉落在附近的金属打印面上，也会造成打印时打印面粗糙度增加，影响整个工件的力学性能，进一步影响打印工件的质量。因此，抑制飞溅的产生变的极其重要。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能提高所打印出工件的质量、减少原料损耗量的基于点环式激光的增材制造系统。

2、为实现上述目的，本实用新型提供一种基于点环式激光的增材制造系统，包括第一激光器、第二激光器、合束器、包层光纤、输出头、振镜及场镜，所述合束器与包层光纤相连接；且所述合束器能将第一激光器发出的第一种激光耦合进包层光纤的纤芯，且所述合束器能将第二激光器发出的第二种激光耦合进包层光纤的包层，以形成点环式激光，所述点环式激光包括点式激光和环绕在点式激光外围的环形激光；所述输出头与包层光纤相连接。

3、进一步地，所述包层光纤包括两层所述包层，两层所述包层分别为内包层和外包层，所述内包层位于纤芯的外围，所述外包层位于内包层的外围，所述合束器能将第二激光器发出的第二种激光耦合进包层光纤的外包层。

4、进一步地，所述第一激光器通过第一光纤与合束器相连接，所述第二激光器通过第二光纤与合束器相连接。

5、进一步地，所述第一激光器采用高斯激光器。

6、进一步地，所述基于点环式激光的增材制造系统，还包括准直镜，所述准直镜位于输出头和振镜之间。

7、进一步地，所述基于点环式激光的增材制造系统，还包括扩束镜，所述扩束镜位于输出头和振镜之间。

8、进一步地，所述振镜包括反射镜及与反射镜相连接的驱动单元，所述驱动单元能带动反射镜转动。

9、进一步地，所述驱动单元包括伺服电机。

10、进一步地，所述振镜包括两个所述反射镜，所述驱动单元能带动其中一个反射镜绕x轴转动，所述驱动单元能带动另一个反射镜绕y轴转动。

11、进一步地，所述第二激光器采用脉冲激光器。

12、如上所述，本实用新型涉及的基于点环式激光的增材制造系统，具有以下有益效果：

13、本基于点环式激光的增材制造系统的工作原理为：合束器将第一激光器发出的第一种激光耦合进包层光纤的纤芯，并将第二激光器发出的第二种激光耦合进包层光纤的包层，以形成点环式激光，该点环式激光包括点式激光和环绕在点式激光外围的环形激光，点环式激光经输出头输出后，再经振镜及场镜将点环式激光照射在相应金属粉末等处，点式激光作为主熔融激光，点式激光照射到的金属粉末处会形成熔池，环形激光环绕在熔池的外围，并在熔池外围形成向下流动的流体，该向下流动且环绕在熔池外围的流体会给由熔池向外飞溅的飞溅物施加向下的作用力，从而限制飞溅物向外飞溅，达到减少飞溅目的，进而减少因飞溅形成的光幕，提高打印质量，且环形激光会对熔池外围的金属粉末进行预融化，防止由环形激光形成的向下流动的流体带动该处金属粉末向四周逸散，进而避免了逸散金属粉末对打印质量造成影响，提高了打印质量，并减少金属粉末的消耗量。

技术特征：

1.一种基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、合束器(3)、包层光纤(4)、输出头(5)、振镜(6)及场镜(7)，所述合束器(3)与包层光纤(4)相连接；且所述合束器(3)能将第一激光器(1)发出的第一种激光耦合进包层光纤(4)的纤芯，且所述合束器(3)能将第二激光器(2)发出的第二种激光耦合进包层光纤(4)的包层，以形成点环式激光，所述点环式激光包括点式激光和环绕在点式激光外围的环形激光；所述输出头(5)与包层光纤(4)相连接。

2.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述包层光纤(4)包括两层所述包层，两层所述包层分别为内包层和外包层，所述内包层位于纤芯的外围，所述外包层位于内包层的外围，所述合束器(3)能将第二激光器(2)发出的第二种激光耦合进包层光纤(4)的外包层。

3.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述第一激光器(1)通过第一光纤(81)与合束器(3)相连接，所述第二激光器(2)通过第二光纤(82)与合束器(3)相连接。

4.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述第一激光器(1)采用高斯激光器。

5.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，还包括准直镜(91)，所述准直镜(91)位于输出头(5)和振镜(6)之间。

6.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，还包括扩束镜(92)，所述扩束镜(92)位于输出头(5)和振镜(6)之间。

7.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述振镜(6)包括反射镜(61)及与反射镜(61)相连接的驱动单元，所述驱动单元能带动反射镜(61)转动。

8.根据权利要求7所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述驱动单元包括伺服电机。

9.根据权利要求7所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述振镜(6)包括两个所述反射镜(61)，所述驱动单元能带动其中一个反射镜(61)绕x轴转动，所述驱动单元能带动另一个反射镜(61)绕y轴转动。

10.根据权利要求1所述基于点环式激光的增材制造系统，其特征在于，所述第二激光器(2)采用脉冲激光器。

技术总结
本技术提供一种基于点环式激光的增材制造系统，包括第一激光器、第二激光器、合束器、包层光纤、输出头、振镜及场镜，合束器与包层光纤相连接；且合束器能将第一激光器发出的第一种激光耦合进包层光纤的纤芯，且合束器能将第二激光器发出的第二种激光耦合进包层光纤的包层，以形成点环式激光，点环式激光包括点式激光和环绕在点式激光外围的环形激光；输出头与包层光纤相连接。环形激光环绕在熔池的外围，并在熔池外围形成向下流动的流体，从而限制飞溅物向外飞溅，且环形激光会对熔池外围的金属粉末进行预融化，防止由环形激光形成的向下流动的流体带动该处金属粉末向四周逸散，减少金属粉末的消耗量，并提高打印工件的质量。

技术研发人员：刘建业,毛丽,王毅
受保护的技术使用者：上海汉邦联航激光科技有限公司
技术研发日：20230904
技术公布日：2024/5/8