本技术涉及先进制造领域,介绍了一种双光束SLM成型装置和方法,旨在同时提高成型效率和精度。该装置包含两个激光源、光束切换装置和扫描加工单元,其中两个激光源分别负责中低功率输出,以优化成型过程。
背景技术
激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是应用前景最广的高性能金属增材制造技术之一,它通过对逐层预铺的金属粉末施加选择性的激光扫描熔化与堆积,实现复杂金属构件的整体成形。然而,市面上通用的SLM装备一般采用低功率激光器,成形效率偏低(一般仅为5-40cm3/h),无法满足批量生产需求。为解决这一问题,国内外研究机构近期相继提出了基于双光束协同加工的新型SLM装备,此类装备同时配备了低功率激光源和高功率激光源,通过低功率激光和高功率激光的配合实现金属零部件的成形。
对于双光束SLM技术而言,如何实现低功率激光束与高功率激光束的快速、可靠切换,并兼顾成形尺寸和装备成本,是发展该技术所必须解决的核心问题。然而,国内外现有的双光束SLM装备尚未给出理想的解决方案。例如,专利CN108580896A公开了一种包含两套扫描振镜系统的双光束SLM装备,其中,两套振镜平行安装在成形缸上方,并分别与一台激光器相连。这不仅导致装备成本较高,且双光束加工仅能在两套振镜的扫场重合区域内进行,成形尺寸严重受限。再如,专利CN103658647B公开了一种基于四激光双工位的激光选区熔化设备及加工方法,它可通过调整全反射镜片的角度,使高功率激光束和低功率激光束交替性地进入同一台扫描振镜系统,这一技术方案具有装备成本低、成形尺寸大的优势,但其对全反射镜片的旋转定位精度要求极高,双光束快速、可靠切换的实现难度较大。再如,专利CN210098969U和CN104708003B提出了基于半透镜(分光镜)的光束切换方案,使两束激光分别通过半透镜的反射和透射进入同一台扫描振镜系统,这一方案不涉及光束切换装置的旋转定位,可靠性较强。但是,半透镜造价较高,且对两束激光的波长有特殊要求,不太适合较高功率激光束的长时间工作,不利于应用推广。
综上所述,开发一种光束切换速度快、可靠性高、成形尺寸大、制造成本低、适用性强的双光束SLM装备,具有重要意义。
实现思路