光束整形在金屬增材制造應用中的優勢

激光熔覆是一種制造（或修復）金屬部件的工藝，這些部件的尺寸通常比使用選擇性激光熔化制造的金屬部件大。要“添加”的金屬可以是細粉的形式，小心地吹入激光束的焦點，也可以是細線的形式，慢慢地送入激光束的焦點。激光聚焦光學元件和要添加的金屬的組裝稱為熔覆頭。通過在 3 軸、4 軸甚至 5 軸上移動熔覆頭，可以實現大型和復雜的組件幾何形狀。

光束整形在優化激光增材制造工藝和增強 SLM 和激光熔覆的優勢方面發揮著至關重要的作用。通過定制激光束的形狀、強度分布和尺寸，光束整形技術具有幾個優勢：

提高表面質量： 光束整形允許精確控制能量分布，從而提高表面光潔度和零件質量。它有助于大限度地減少表面粗糙度、孔隙率和缺陷，有助于提高制造零件的整體美觀性和功能性。

減少熱變形：光束整形技術可用于控制增材制造過程中的熱輸入。這有助于大限度地減少制造部件內的熱變形、翹曲和殘余應力。管理熱效應的能力可以提高尺寸精度和零件穩定性。

提高構建速度：光束整形可以優化激光束的強度分布和掃描策略，在不影響部件質量的情況下實現更快的構建速度。這提高了生產率并縮短了生產交貨時間。

材料選擇的多功能性： 光束整形允許靈活地使用各種材料進行增材制造。通過調整光束參數，可以加工不同的材料類型和成分，從而擴展了激光增材制造的應用可能性。

“增材制造”是一個涵蓋許多不同技術和流程的術語。在本應用描述中，我們只概述了兩種用于制造（或修復）金屬部件的基于激光的增材制造工藝：（i） 選擇性激光熔化;以及 （ii） 激光熔覆。

選擇性激光熔化是一種創新的制造工藝，它利用激光束制造復雜的三維金屬部件。激光增材制造過程從所需對象的數字 3D 模型開始。然后將該模型切成薄橫截面層，作為逐層構建組件的基礎。用于增材制造組件的機器包括 （i） 一種創建金屬顆粒平面粉末床的方法;（ii） 寬視場掃描鏡頭;（iii） 高速 2D 或 3D 掃描儀;（iv） 單模光纖激光器，通常為 500W 至 1kW。當激光束掃描粉末床時，它會選擇性地熔化或熔化粉末顆粒，將它們固化形成固體層。涂上新鮮粉末，并逐層重復此循環，直到形成完整的組件。對激光束的精確控制能夠創建使用傳統制造方法難以實現的復雜幾何形狀和錯綜復雜的內部結構。

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