[发明专利]材料激光吸收率测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种材料激光吸收率测量系统及方法，包括：激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平场聚焦镜、第一振镜、第二振镜、实验腔室、调压阀和控制系统；激光发射装置发射出的激光通过激光聚集装置使激光束聚焦，聚焦后的激光经扫描装置和平场聚焦镜实现激光在粉末台区域范围内的动态扫描；粉末台与量热装置连接，实时监测激光扫描样品所产生的温度变化。本发明实现了不同波长、不同激光功率范围内以及不同离焦量大小的激光吸收率测量；实现了不同视场的扫描；实现了激光移动平台与量热平台的集成，可以实时测量材料的激光吸收率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体地，涉及一种材料激光吸收率测量系统及方法。尤其地，涉及一种激光粉末床熔化增材制造过程中材料的激光吸收率测试系统以及测试方法。

背景技术

激光粉末床熔化增材制造通过激光束逐层选区熔化粉末层来生产金属零件。

传统的高温下直接测量吸收率的方法是通过积分球收集反射光，而积分球是否能吸收全部的反射光以及吸收的反射光要通过积分球内壁多次散射均匀化后进行探测，当激光的入射功率较强时，有可能造成积分球内壁损伤，影响设备性能，造成误差。当激光束作用于物体表面时，若激光束的作用时间短，功率密度较低，大部分入射光被吸收，材料的温度逐渐升高；若激光的功率密度升高使得激光加热金属表面的温度达到熔点，材料开始熔化，形成熔池。这时熔体表面与激光的相互作用是非平稳的，并且由于熔体运动而被调制，会对吸收率造成影响。若激光的功率密度达到更高的强度，材料表面强烈气化，形成等离子体。当蒸汽反冲压力足够大，在熔池中产生一个深的表面凹陷(匙孔)时，光与小孔喷出的蒸汽相互作用，部分激光可通过逆辐射吸收直接吸收到蒸汽流或等离子体中，增强了材料对激光的吸收。当前，由于缺乏对于增材制造过程吸收率的直接的实时测量，增材制造数值模拟面临着较大的挑战。通过合适的装置直接测量典型激光粉末床熔化增材制造过程中材料的吸收率，有助于对激光能量耦合和随后的物理过程进行精确建模。

本专利介绍了在粉末床熔化增材制造过程中可以实时测量激光吸收率的系统以及测试方法。

专利文献CN107561017A(申请号：201710806672.5)公开了一种光学材料非线性吸收率微区测量方法、装置及系统，方法以具有变化光强的激光照射待测样品的固定照射区域，获取照射待测样品前的激光的第一光强和照射待测样品后的透射激光的第二光强，通过所述第一光强和所述第二光强计算确定所述待测样品的非线性吸收率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种材料激光吸收率测量系统及方法。

根据本发明提供的材料激光吸收率测量系统，包括：

激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平场聚焦镜、第一振镜、第二振镜、实验腔室、调压阀和控制系统；

所述激光发射装置发射出的激光通过所述激光聚集装置使激光束聚焦，聚焦后的激光经所述扫描装置和所述平场聚焦镜实现激光在所述粉末台区域范围内的动态扫描；

所述粉末台与所述量热装置连接，实时监测激光扫描样品所产生的温度变化；

所述控制系统连接激光发射装置、激光聚集装置、扫描装置、量热装置、粉末台、平场聚焦镜和调压阀，控制激光发射、第一振镜和第二振镜的偏转、激光扫描速度、粉末台高度、实验腔室内气体压力以及处理温度数据。

进一步地，所述激光发射装置包括激光器和激光控制器，所述激光器与所述激光控制器相连；

所述激光发射装置通过改光源，测量不同波长、不同功率范围、不同离焦量的吸收率。

进一步地，所述激光聚集装置包括激光扩束镜，所述激光器发射的激光通过激光扩束镜将光束直径变大，减小聚焦光斑；

所述激光扩束镜的类型包括一个凹透镜和一个凸透镜组成的伽利略望远镜。