半導(dǎo)體激光器憑借加工效率高、能耗低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用在激光制造和再制造領(lǐng)域。
通過理論計(jì)算和實(shí)際驗(yàn)證，同軸送粉加類方形光斑半導(dǎo)體直接輸出實(shí)現(xiàn)了粉末在邊長3~6mm類方形范圍內(nèi)均勻準(zhǔn)確的匯聚。不同粒徑和球形度的粉末經(jīng)過調(diào)節(jié)后，可以實(shí)現(xiàn)單次200~1000微米厚度的熔覆。
在球閥和葉片的強(qiáng)化和修復(fù)上，同軸送粉加類方形光斑直接輸出半導(dǎo)體激光器正作為一種經(jīng)濟(jì)高效的加工方式，逐步推廣開來。
直接半導(dǎo)體激光器的光斑常常為矩形光斑或?yàn)殚L寬比接近的類方形光斑，相對(duì)于圓光斑，在同等的功率密度下，可以做到更大的光斑長度，功率密度的分配也均勻，更適合熔覆過程中的搭接，提高了熔覆的效率，總體的熱量輸入和變形較小。隨著激光加工越來越普及，矩形和類方形光斑已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域逐漸取代了圓光斑，例如在液壓支架、軋輥、曲軸、柱塞等2D面零件的制造和修復(fù)上，都實(shí)現(xiàn)了激光制造與再制造的批量化加工。
面對(duì)非軸類非平面的3D復(fù)雜曲面以及體積較小的精細(xì)件加工時(shí)，采用類方形光斑也可以實(shí)現(xiàn)圓形光斑完成的小曲率半徑表面的加工，但如何將金屬粉末送入類方形光斑產(chǎn)生的熔池是實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵，研制一種能適配類方光斑的同軸送粉器就顯得尤為迫切。
西安炬光科技股份有限公司聯(lián)合西安交通大學(xué)王豫躍教授的研究團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了1500W~3000W直接輸出矩形方光斑激光器和同軸送粉的完美契合。在3D造型和修復(fù)領(lǐng)域，同軸送粉加高功率類方形大光斑激光器也有了用武之地。
同軸送粉以固氣兩相流作為理論支持，依照氣力輸送方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，激光束豎直射入送粉噴嘴中，經(jīng)過光路腔從其底端射出，進(jìn)而照射到基材上，與此同時(shí)，外部的氣粉混合體經(jīng)過送粉器送入噴嘴，在送粉通道約束下按照固定的軌跡噴射到激光照射形成的熔池中，加上三維工作臺(tái)或者激光束的移動(dòng)完成對(duì)基材的熔覆。
同軸送粉嘴作為激光熔覆的關(guān)鍵部件，對(duì)于加工件的成型和質(zhì)量都有著重要的影響。同軸送粉依靠載氣的動(dòng)能把粉末均勻、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的送進(jìn)熔池，隨著激光掃描的進(jìn)行，熔池凝固形成熔覆涂層。它的特點(diǎn)在于成形過程中粉末流和激光光斑同軸輸入，只要基體在垂直于光斑的平面上移動(dòng)，任何方向移動(dòng)的效果都是相同的，這種方式克服了因激光束和材料引入的不對(duì)稱而帶來的對(duì)掃描方向的限制，同時(shí)同軸送粉實(shí)現(xiàn)了惰性氣體保護(hù)，防止了粉末在激光成型過程中發(fā)生氧化，降低了沉積層的表面張力，提高了層與層之間的浸潤性。
通過理論計(jì)算和實(shí)際驗(yàn)證，同軸送粉加類方形光斑半導(dǎo)體直接輸出實(shí)現(xiàn)了粉末在邊長3~6mm類方形范圍內(nèi)均勻準(zhǔn)確的匯聚。不同粒徑和球形度的粉末經(jīng)過調(diào)節(jié)后，可以實(shí)現(xiàn)單次200~1000微米厚度的熔覆。
對(duì)粉末成型和熱量輸出控制嚴(yán)格的薄壁、3D曲面、形狀復(fù)雜零件，以及立面或者頂面的成型和修復(fù)在類方形光斑和同軸送粉的配合下，顯得輕而易舉。
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