激光增材過程監(jiān)控光束分析儀

激光增材制造也被成為激光3D打印，其中的激光器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈兛梢詫⒋罅康哪芰考性诟鞣N材料粉末上，將粒子融入三維部件。激光增材過程基于逐層累積結(jié)構(gòu)，其中每一層被選擇性地彼此頂部熔合，直到所述部件成為成品。

激光增材設(shè)備LAM關(guān)鍵的參數(shù)就是加工區(qū)域的激光光束質(zhì)量（M2），也就是激光與材料粉末相互作用的微小區(qū)域內(nèi)的激光輪廓。如今，大多數(shù)激光增材三維打印設(shè)備的激光器是基于光纖光學(xué)高功率技術(shù)與光學(xué)掃描頭的結(jié)合，工程師們需要測量的就是工作面上激光加工位置的光束質(zhì)量和M2數(shù)值，具體包含光斑大小，能量分布，發(fā)散角，功率等。LAM-BA激光增材光束質(zhì)量分析儀就能夠精確測量出這些參數(shù)，使用簡便，能直接測量大功率聚焦光斑，穩(wěn)定可靠，其也被成為LAM激光輪廓儀或3D打印M2儀。

以色列DUMA公司新開發(fā)的LAM-BA激光增材過程監(jiān)控光束分析儀，能夠監(jiān)控工作面加工位置的光束質(zhì)量的變化，加工位置的激光光束質(zhì)量的穩(wěn)定性也是衡量工藝重復(fù)性和穩(wěn)定性關(guān)鍵的參數(shù)，因此工程師可以根據(jù)實(shí)時測量結(jié)果優(yōu)化工藝參數(shù)，評估激光器的好壞，分析加工缺陷原因。LAM-BA激光輪廓儀，能測量波長350~1100nm的激光，光束直徑覆蓋35um~8mm，大可承受功率4kW，是一個非常好用的激光增材測量儀器。

LAM-BA激光增材過程監(jiān)控光束分析儀產(chǎn)品規(guī)格：

激光增材光束質(zhì)量分析儀測量的參數(shù)

影響激光增材機(jī)器性能的重要參數(shù)是：焦點(diǎn)光斑的寬度和位置，焦點(diǎn)偏移，質(zhì)心位置，功率和激光動態(tài)的實(shí)時測量。Duma提供的LAM-BA激光增材光束質(zhì)量分析儀，可以使用刀口和相機(jī)系統(tǒng)技術(shù)實(shí)時執(zhí)行這些測量。 此外，為了確保精確測量，儀器具有特殊的光束路徑設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)根據(jù)其熔合表面處的光束位置進(jìn)行校準(zhǔn)。為了使系統(tǒng)適應(yīng)狹小的空間，系統(tǒng)尺寸小，并且可以作為LAM激光增材設(shè)備的一部分集成。

LAM-BA激光增材光束質(zhì)量分析儀的設(shè)計(jì)確保了其能夠精確定位到參考孔（激光與材料粉末作用的位置），打在輸入孔上的激光光束將精確地聚焦在儀器所在的表面上。激光束在三軸-XY 和 Z軸上的位置將實(shí)時顯示相對于參考孔的位置。為了完成所需的測量參數(shù)，LAM激光輪廓儀將在同一位置測量束剖面圖，以產(chǎn)生一個實(shí)時的全面測試診斷。

圖2顯示了專注于頂部平面的聚焦光束。為了保證激光光束性能的質(zhì)量，我們將測量激光光束的特性如下: 功率、位置和輪廓（M平方，光束質(zhì)量）。為此，儀器將準(zhǔn)確定位在感興趣的位置 - 儀器底部的參考孔便于操作，該參考孔準(zhǔn)確地代表儀器的測量點(diǎn)。

圖3顯示了安裝在參考孔上的LAM-BA激光輪廓儀，儀器會執(zhí)行必要的測量。光線軌跡設(shè)計(jì)使得入射光束被采樣，其位置正好在工作面的入射點(diǎn)處。

掃描刀口技術(shù)

DUMA公司的LAM-BA激光增材光束質(zhì)量分析儀采用刀口法進(jìn)行測量，可以測量幾微米到十幾毫米的光束直徑。刀口剖面的孔徑足夠大，可以通過整個橫梁?？讖接幸粋€鋒利的直邊(刀刃)。 當(dāng)光圈穿過光束時，系統(tǒng)測量光束中沒有被刀片擋住的部分(見圖4) ，并繪制差別(強(qiáng)度變化率)和光圈的功率位置。 當(dāng)?shù)度写┻^光束時，系統(tǒng)大約計(jì)算每次掃描1.2萬次光束的光束大小和一個復(fù)雜的電子電路樣本，并進(jìn)一步處理，使每個光束剖面產(chǎn)生超過1000個有用點(diǎn)，而不管光束大小。即使對非常小的微米級光束也能以較低的分辨率取樣。這種自動縮放程序提供了獨(dú)立于光束尺寸的高精度。與狹縫或針孔掃描相比，這是有利的: 光束強(qiáng)度不受限于針孔或狹縫的大小; 分辨率不受孔徑大小的限制，允許測量幾微米直徑的光束。此外，DUMA的LAM系列3D打印M2儀還提供了精確的功率測量，一種特殊的針形量規(guī)將以每秒五次的實(shí)時速度顯示功率(參見圖5)

刀口掃描技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是其寬動態(tài)范圍的光束從小于3微米到15毫米。利用特殊的敏感探測器，它可以測量2.8微米波長的光束。 DUMA公司發(fā)明了從不同導(dǎo)向的多個掃描刀的邊緣產(chǎn)生的輪廓，重建為圖像使用層析技術(shù)，還申請了專門的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

光束采樣技術(shù)

Duma Optronics的大功率激光器光束采樣器是從大功率系統(tǒng)在線采集光束的 LAM激光增材光束質(zhì)量分析儀的重要組成部分。采樣光束檢測使用刀口技術(shù)，產(chǎn)生一個高度準(zhǔn)確的測量結(jié)果。目前，LAM-BA大測量功率能夠達(dá)到8千瓦。LAM-BA激光增材光束質(zhì)量分析儀還進(jìn)行了精巧的冷卻設(shè)計(jì)，一個加壓的空氣或氮管被連接到一個噴嘴上，主動冷卻激光束通過的*個表面。DUMA的光束采樣器是一種全保真的、保持光束偏振的采樣器。 壓縮空氣被用來冷卻系統(tǒng)，同時防止透鏡受熱，使光學(xué)不受塵埃和粒子的影響。該系統(tǒng)能夠以每秒五個讀數(shù)的速度測量功率和光束大小，比通過測量激光束引起的水溫差來工作的水冷功率表快很多。該測量系統(tǒng)可用于深紫外線或高達(dá)2.7微米的功率系統(tǒng)的微小變化。

后總結(jié)一下LAM-BA激光輪廓儀，M2儀的優(yōu)點(diǎn)：

-行業(yè)*的刀口法測量技術(shù)，*的斷層圖像重建算法

-配合高功率采樣器，大測量功率4kW，只需空氣冷卻

-高速實(shí)時測量，1秒5次（可進(jìn)行用戶校準(zhǔn)）

-準(zhǔn)確測量激光M2，光斑能量分布，輪廓，位置和功率

-光束直徑范圍廣，小于35微米到8毫米

-非常緊湊，專為滿足LAM行業(yè)的需求而設(shè)計(jì)