作者： 时间：2023-11-09
近年来，我们在Holo/Or看到客户对激光焊接和增材制造的兴趣日益浓厚，通常使用100W至数kW功率范围的高功率激光器。虽然理论上更高的激光功率可以提高加工速度，但在实践中，往往存在工艺物理限制。
对于增材制造来说，这个限制是为了保持打印分辨率，以避免出现成型粒度和波纹，而对于焊接来说，这个限制通常是由于高速熔池不稳定引起的，导致的驼峰和咬边。
克服此限制的常用方法是使用激光束整形根据工艺流程调整光斑特性。在本文中，我们回顾了一些注意事项，并展示激光束整形在焊接和增材制造中的例子。
什么是激光束整形？
大多数高功率激光器具有中心对称分布，通常是高斯或半高斯分布，光斑中心功率最高，并逐渐向边缘减小。在激光材料加工过程中，这种自然光斑往往不理想，需要对光束进行整形。
概括地说，光束整形是激光束经过重新配置以达到最佳分布的过程。这通常是通过使用激光束整形来完成的，它是一种操纵光束的衍射或折射元件，通常放置在系统聚焦透镜之前。
Holo/Or激光束整形分为几个系列：激光匀化片通常用于使光束强度更加均匀。Holo/Or激光分束器将光束分割成具有预配置功率比的光斑阵列，而光束整形器（如整形器、衍射扩散器、螺旋相位板和衍射轴锥）可以将光斑的形状修改为平顶、甜甜圈、线或任何其他所需的形状。
Holo/Or激光束整形的限制和要求
Holo/Or激光束整形虽然是一种功能强大且用途广泛的工具，但在考虑将其集成到焊接或增材制造系统中时必须考虑到某些限制。其中包括：
-衍射极限，激光束整形产生的光斑不能小于没有光束整形系统产生的光斑。
-最小光束尺寸，小光斑形状通常是在激光增材制造中实现高分辨率的理想选择。小型激光束整形通常需要较大的入射光束直径，以达到所需的衍射极限。
Holo/Or激光束整形在增材制造中的应用
增材制造对激光束整形提出了独特的挑战。主要问题是需要尽可能少地增加光斑尺寸，同时对光束进行塑形，使能量从中心向外径移动。
Holo/Or激光束整形方法多种多样，尽可能少地增加光斑尺寸。一种流行的方法是使用小型衍射光束整形元件，可以对其进行调整以提供直径为1.5倍高斯光斑尺寸的甜甜圈环形光斑。这些元件坚固耐用、性价比高，其整形功能仅限于相对较窄的离焦范围。对于需要更大焦深的增材制造应用，建议使用螺旋相位板。螺旋相板的最小甜甜圈中空环形光斑尺寸通常是高斯光斑尺寸的2倍。
Holo/Or激光焊接中的光束整形
与增材制造相比，典型激光焊接应用需要更大光斑，从而实现更大的成型灵活性。对于薄金属的快速焊接，限制因素之一是熔池的不稳定性，因此我们开发了一种处理这个问题的成型方法，Holo/Or的Flexishaper。该模块可以创建一个环形光斑，环形光斑和中心光斑之间的功率比可调。这样，在进行主焊接的同时，激光功率可以稳定熔池，提高焊接速度，并且可以根据不同的材料厚度或激光扫描速度进行调整。
其他类型的焊接，如T形焊接和对接焊接，有自己优化的激光光斑分布。其中包括双点焊接配置，例如我们的扫描HEDS产生的配置（1x2激光分束器系列），通过分散DOE可以轻松调整光束之间的功率比。其他用于焊接的激光束光学器件包括定制形状扩散器、衍射轴锥和用于单模光纤激光器（通常用于微焊接）的光束整形器。
总结
Holo/Or激光束整形是激光焊接和激光增材制造工艺优化一项非常有用的技术。它可以提供更好的熔池稳定性、更快的加工速度和更高的质量。DOE是激光束整形的常用方法，其高LDT，高精度和平坦的表面使其易于集成到现有设置中。
有激光焊接或增材制造应用方面的需求，可以与我们联系。
Holo/Or光束整形问答小结
-什么是激光束整形
激光束整形是一种改变激光分布的技术。通常情况下，这是在系统的焦点平面上进行的，从而产生不同的光斑大小和能量分布。
-为什么光束整形对焊接和增材制造很重要
焊接中的某些工艺在高速运行时受到熔池不稳定的限制。正确的光斑形状可以缓解这种情况，从而加快焊接速度。在增材制造中，使用甜甜圈形状可以实现更平滑的熔化，并且通过光束整形，可以在构建的内部体积中实现更快的加工，其中分辨率不太重要。
-光束整形有什么要求？
光束整形需要足够的入射光束直径，并且与未整形的光斑相比，平顶光斑尺寸会变大。
