[发明专利]一种蓝光红外双波长同轴复合激光增材制造装置与方法

说明书

本发明公开了一种蓝光红外双波长同轴复合激光增材制造装置与方法；包括计算机系统、成型腔和激光器；激光器包括：红外激光器、蓝光激光器、红外光准直镜、蓝光准直器、红外光动态聚焦镜、蓝光动态聚焦镜、蓝光反射器、合束器、扫描振镜；红外激光器、红外光准直镜、红外光动态聚焦镜、合束器和扫描振镜依次光路连接；蓝光激光器、蓝光准直器、蓝光动态聚焦镜、蓝光反射器、合束器和扫描振镜依次光路连接。本发明采用两种不同波长的激光通过同轴耦合输出的方式，采用短波长蓝光可提高材料对激光的吸收率，减小激光功率损失；同时获得聚焦光斑直径更小的光束，用于金属金属零件的高精度成型工作。

技术领域

本发明涉及激光增材制造领域，尤其涉及一种蓝光红外双波长同轴复合激光增材制造装置与方法。

背景技术

激光粉末床熔融成型技术又称为激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，使用精细聚焦激光光斑直接熔化15～53μm金属粉末达到冶金结合，具有加工精度高、致密度近100％、表面质量较高等多种优点，是金属增材制造的重要技术之一。

随着激光增材制造技术的发展及应用领域的拓展，相关工程应用对成型质量提出更高的要求。特别是随着高反材料激光增材制造零件的应用，其加工工艺对设备性能提出了新的要求。

现有商用激光粉末床熔融成型设备普遍采用波长为1064nm的红外激光器作为光源，而高反材料对此波长激光具有非常高的反射率。

高激光反射率使得粉末材料不能获得足够的输入能量，成型过程中激光难以持续熔化金属粉末材料，导致孔隙等缺陷的产生，降低成型件的致密度，最终严重影响成型件的综合性能。

此外，在采用红外激光作为能量源时，为保证足够的输入能量通常需要采用大激光功率、低扫描速度进行打印，导致成型效率低，增加了制造成本，也造成能源的浪费。

同时，红外激光聚焦后的光斑直径聚焦后仍可达到50微米，成型过程中光斑带来的热影响区域较大，造成成型件表面粉末黏附，影响了成型精度和表面粗糙度。相较于红外激光，金、银、铜等高反材料对短波长激光的吸收率有非常大的提升，如纯铜对波长为450nm的蓝光的吸收率提高到65％。吸收率的提升可以获得足够的能量，使材料受热均匀，获得稳定的熔池，进而体现在成型质量的显著提高。同时，在已有的相关蓝激光焊接实验中，无论铜实体表面状况如何，蓝激光都有助于提高熔池的稳定形，获得平整无飞溅物的焊缝，并保持良好的导电性。此外，吸收率的提高可显著的降低能耗。因此采用蓝/红外激光进行增材制造是一种具有重要意义的方法，解决纯铜、银等高反射材料增材制造难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种蓝光红外双波长同轴复合激光增材制造装置与方法。本发明采用双波长激光同轴耦合输出的方式，实现在一台设备上完成对不同材料的成型工作，特别的实现同一幅面上对不同反射率材料的打印工作、材料预热等应用效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种蓝光红外双波长同轴复合激光增材制造装置，包括计算机系统1、成型腔11和激光器；

所述激光器包括：红外激光器2、蓝光激光器3、红外光准直镜4、蓝光准直器5、红外光动态聚焦镜6、蓝光动态聚焦镜7、蓝光反射器8、合束器9、扫描振镜10；

所述红外激光器2、红外光准直镜4、红外光动态聚焦镜6、合束器9和扫描振镜10依次光路连接；

所述蓝光激光器3、蓝光准直器5、蓝光动态聚焦镜7、蓝光反射器8、合束器9和扫描振镜10依次光路连接。

所述合束器9为二向色镜，其一面镀有蓝光全反射膜，另一面镀有红外光透过膜；

红外激光光束透过合束器9，由扫描振镜10折射后，作用于成型腔的成型区域；