Устройство лазерной наплавки и легирования

(51)23 26/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чивель Юрий Александрович Чивель Владимир Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство лазерной наплавки и легирования, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка лазерного излучения, выполненной в виде конического телескопа, поворотным зеркалом и фокусирующей системой, а также систему подачи наносимого материала, выполненную в виде трубки, расположенной вдоль оптической оси фокусирующей системы, отличающееся тем, что фокусирующая система выполнена в виде конического зеркала с углом при вершине меньше 90 и дополнительно содержит цилиндрическое зеркало, оптическая ось которого совпадает с оптической осью фокусирующей системы, а внутренний диаметр равен среднему диаметру кольцевого пучка лазерного излучения. 8327 1 2006.08.30 Устройство относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и в лазерной стереолитографии с применением порошковых материалов. Известно устройство лазерного легирования и наплавки 1, содержащее лазер, поворотное фокусирующее зеркало, манипулятор для закрепления и перемещения изделия, порошковый питатель с соплом. Недостатком данного устройства является боковая подача порошка в зону обработки,что приводит к затенению лазерного луча потоком частиц, малое время пребывания частиц в области разогрева лазерным лучом и, как следствие, низкий КПД процесса, низкий коэффициент использования порошка, невысокая точность изготовления изделия. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство лазерного легирования и наплавки 2, содержащее лазер, оптически связанный с поворотным зеркалом и фокусирующей системой в виде конической линзы-аксикона, а также систему подачи наносимого материала в виде трубки, расположенной по оптической оси фокусирующей системы. Недостатком данного устройства является малый угол фокусировки бесселева пучка аксиконом, что обуславливает большую длину области фокусировки бесселева пучка и,как следствие, снижение интенсивности излучения в области порошковой струи и соответственно КПД процесса, снижение точности изготовления изделия. Кроме того, при малых диаметрах центрального максимума бесселева пучка трудно обеспечить полное поглощение излучения в струе порошка, и также имеет место снижение КПД процесса. Задачей данного изобретения является создание устройства лазерной наплавки и легирования, которое обеспечивало бы уменьшение длины области фокусировки бесселева пучка и увеличение поглощения лазерного излучения в струе порошка, что обеспечивало бы повышение КПД процесса, точность изготовления изделия и коэффициент использования порошка. Для выполнения поставленной задачи предложено устройство, содержащее лазер, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка, выполненной в виде конического телескопа, поворотным зеркалом и фокусирующей системой, а также систему подачи наносимого материала, выполненную в виде трубки, расположенной вдоль оптической оси фокусирующей системы. Новым, по мнению авторов, является то, что фокусирующая система выполнена в виде конического зеркала с углом при вершине меньше 90 и дополнительно содержит цилиндрическое зеркало, оптическая ось которого совпадает с оптической осью фокусирующей системы, а внутренний диаметр равен среднему диаметру кольцевого пучка лазерного излучения. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг. 1). Устройство содержит лазер 1, оптически связанный с системой формирования кольцевого пучка 2, поворотным зеркалом 3 и фокусирующей системой, в качестве которой взято коническое зеркало 4, цилиндрическое зеркало 5, а также систему подачи наносимого материала в виде трубки 6, расположенной по оптической оси фокусирующей системы. Устройство работает следующим образом. Пучок лазера, расширенный до заданного размера в коническом телескопе 2 и преобразованный в параллельный кольцевой, поворачивается зеркалом 3 и падает на коническое зеркало 4 с углом при вершине . Зеркало формирует бесселев пучок, имеющий фокальную область 7, близкую к цилиндрической,и длиной/. При углах , близких к 90, длина области близка к ширине кольцевого пучка, что повышает интенсивность излучения в фокальной области. Наносимый порошок вводится по трубке 6 в фокальную область. Цилиндрическое зеркало 5 обеспечивает многократное прохождение излучения через фокальную область 7, тем самым 8327 1 2006.08.30 повышая эффективный коэффициент поглощения порошковой струи и соответственноКПД процесса и коэффициент использования порошка. Таким образом, использование в предлагаемом устройстве цилиндрического зеркала в сочетании с коническим зеркалом обеспечивает существенное повышение КПД процесса наплавки и легирования, повышение точности изготовления изделия и коэффициента использования порошка. Источники информации 1. Патент США 4117302 от 26.09.1978. 2. Чивель Ю.А. Заявка на патент 20020206 от 13.03.2002 г. // Афцыйны бюлетэнь.2. - 2003. - С. 26. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3