光束整形在金属增材制造应用中的优势

光束整形在金属增材制造应用中的优势

光束整形技术在金属增材制造领域展现出显著优势，通过优化激光束的形状、强度分布和尺寸，可以提升制造工艺的多个方面。本文将详细介绍光束整形技术在提高表面质量、减少热变形、加快构建速度和增强材料选择灵活性等方面的具体优势，并概述激光熔覆和选择性激光熔化两种主要的激光增材制造工艺。

激光熔覆是一种用于制造（或修复）金属部件的工艺，通常处理的部件尺寸大于选择性激光熔化制造的金属部件。在激光熔覆过程中，要添加的金属可以是细粉形式，通过吹送进入激光束焦点，也可以是细线形式，缓慢送入激光束焦点。激光聚焦光学元件与添加金属的组合称为熔覆头。通过在3轴、4轴甚至5轴上移动熔覆头，可以实现大型和复杂组件的几何形状制造。

光束整形技术在优化激光增材制造工艺中发挥着至关重要的作用。通过定制激光束的形状、强度分布和尺寸，光束整形技术带来以下优势：

提高表面质量

光束整形允许精确控制能量分布，从而提高表面光洁度和零件质量。它有助于减少表面粗糙度、孔隙率和缺陷，有助于提高制造零件的整体美观性和功能性。

减少热变形

光束整形技术可用于控制增材制造过程中的热输入。这有助于减少制造部件内的热变形、翘曲和残余应力。管理热效应的能力可以提高尺寸精度和零件稳定性。

提高构建速度

光束整形可以优化激光束的强度分布和扫描策略，在不影响部件质量的情况下实现更快的构建速度。这提高了生产率并缩短了生产交货时间。

材料选择的多功能性

光束整形允许灵活地使用各种材料进行增材制造。通过调整光束参数，可以加工不同的材料类型和成分，从而扩展了激光增材制造的应用可能性。

"增材制造"是一个涵盖许多不同技术和流程的术语。在本应用描述中，我们只概述了两种用于制造（或修复）金属部件的基于激光的增材制造工艺：（i） 选择性激光熔化；以及 （ii） 激光熔覆。

选择性激光熔化是一种创新的制造工艺，它利用激光束制造复杂的三维金属部件。激光增材制造过程从所需对象的数字 3D 模型开始。然后将该模型切成薄横截面层，作为逐层构建组件的基础。用于增材制造组件的机器包括 （i） 一种创建金属颗粒平面粉末床的方法；（ii） 宽视场扫描镜头；（iii） 高速 2D 或 3D 扫描仪；（iv） 单模光纤激光器，通常为 500W 至 1kW。当激光束扫描粉末床时，它会选择性地熔化或熔化粉末颗粒，将它们固化形成固体层。涂上新鲜粉末，并逐层重复此循环，直到形成完整的组件。对激光束的精确控制能够创建使用传统制造方法难以实现的复杂几何形状和错综复杂的内部结构。