作者：郭sy 时间：2025-05-28
使用a|AiryShape光束整形器和a|BeamExpander扩束器进行激光焊接，可以提高工艺稳定性和飞溅形成的减少。
缩短生产时间，优化焊接
增材制造工艺越来越多地用于生产高度自动化的复杂部件。由于精确的激光束引导，它们能够实现分层、灵活的构建，例如二项式结构。混合工艺将传统制造的结构与使用激光焊接实现的增材制造所创建的精细结构相结合。例如，这种生产方式在耶拿使用。为了生产均匀的焊缝，在与asphericon密切合作下，使用了Asphericon BeamTuning产品来优化光束成形。
项目详细信息
增材制造过程是一种日益流行的自动化程度高的复杂部件生产方法。得益于精确的激光束引导，基于粉末床的熔化等创新的添加剂工艺能够制造出灵活而精确的逐层结构，例如冷却通道或二项式结构。只有时间因素可能成为限制因素，特别是由于成本随着生产时间的延长而增加。我们一直在寻找新的优化方法，以显著减少时间和成本。一种新的方法是混合制造，该方法已由耶拿的Günter Köhler连接技术和材料测试研究所（Günter-Köhler Institut fügetechnik und Werkstoffprüfung（ifw））进行了测试。在这个过程中，将不太复杂和传统制造的结构与使用激光束焊接的增材制造制成的复杂结构相结合。然而，为了生产高质量的均匀焊缝，首先必须优化聚焦区域的光束整形等工艺参数。
工程实现
通过与asphericon的密切合作，ifw集成了各种光束调谐解决方案（a|BeamExpander扩束器，a|AiryShape光束整形器）集成到现有的系统技术中。这导致了工艺稳定性的提高和飞溅形成的减少。
图1：使用a|AiryShape光束整形器和a|BeamExpander扩束器的优化光束路径的示意图
在设置中，a|BeamExpander首先能够扩展激光束，而a|AiryShape光束整形器与聚焦透镜相结合，将准直的高斯光束转换为各种聚焦轮廓（例如平顶、圆环）。由于改进了放气行为，可以产生无孔、气密的焊缝。焊缝侧面的安全熔化防止了边缘和根部凹口，从而提供了高质量的焊缝结果。
处理结果
焊缝射线照相检测
图2：高斯型带孔焊缝（顶部），无孔平顶焊缝（底部）
LPBF焊接部件的焊缝横截面
图3：焊接高斯光束（左）、平顶（中）和圆环（右）。工艺稳定性的提高导致了均匀的焊道和膨胀。
IFW光学元件一览
-将|BeamExpander扩束器和a|AiryShape光束整形器（创建各种聚焦轮廓，如平顶、甜甜圈）集成到现有系统技术中
-提高工艺稳定性和放气性能，以生产高质量、无孔、气密焊缝（无边缘/根部凹口）
-减少飞溅和生产时间
