激光加工业的兴起以及对光束整形的需求
近年来，我们，Holo/Or发现人们对激光焊接和激光增材制造越来越感兴趣，他们通常使用100W及千瓦级的高功率激光器。从理论上来说，虽然较高的激光功率能够提高激光束的加工速度，但实际上，在加工过程中常常存在物理局限性，需要进行改进。对于增材制造而言，印刷品的分辨率需要保持局限性，以避免在过程中构建粒度，出现波纹，而对于焊接而言，该局限性通常是由于高速焊接时熔池的不稳定性引起的，从而导致隆起和咬边。为了克服这种局限性，一种常见方法是使用激光束整形器，根据加工流程来调整光斑的特性。在本文中，我们回顾了一些考虑因素，并展示了在焊接和增材制造过程中的一些激光束整形示例。
那么什么是激光束整形呢？
大多数高功率激光器呈中心对称分布，最常用的分布是高斯或半高斯分布，光斑中心的功率最高，并向边缘逐渐降低。在激光材料加工中，这种自然的光斑形状通常为不规则的形态，需要对光束进行整形。从广义上讲，光束整形是一个过程，即对于激光束重新进行配置，以获得最佳分布。通常情况下，通过使用激光束整形器来实现，该整形器是一种操纵光束的衍射或折射部件，通常在系统聚焦透镜之前放置。
激光束整形器是一款系列产品: 通常情况下，使用激光束匀化器可使光束的强度更加均匀。激光分束器将光束分成具有预先配置的功率比的光斑阵列，而光束整形器，例如平顶整形器、衍射扩散器、螺旋相位板和衍射轴锥等，可以将光斑的形状修改为平顶、环形、线形或任何其他期望的形状。
激光光束整形的局限性和要求
虽然激光束整形器是一种功能强大、用途广泛的工具，但是在考虑如何将其集成到焊接或增材制造系统中时，必须考虑到某些局限性。这些局限性包括：
- 衍射局限性–与没有光束整形器的系统所产生的光斑相比，激光束整形器不能产生更小的光斑形状。
- 最小光束大小–在激光增材制造过程中，为了获得高分辨率，通常需要较小的光斑形状。通常情况下，小型激光束整形器需要较大的输入光束尺寸，以达到所需的衍射局限性。
增材制造中激光光束整形器的应用
增材制造对激光束整形提出了一些独特的挑战。主要问题在于，需要 尽可能小地增加光斑的大小，以保持打印分辨率，同时对光束进行整形，将能量从中心转移到外径。
可使用各种方法进行激光束整形，尽可能增加光斑的大小。一种常用的方法是使用小型衍射光束整形器元件，可以对其进行调整，形成一个圆环，直径为高斯光斑大小的1.5倍。这些是具有成本效益的稳健型元件，其整形功能仅限于相对较窄的散焦范围。对于需要更大焦深的增材制造应用领域，建议使用螺旋相位板。螺旋相位板的最小圆环大小通常是高斯光斑大小的X2倍。
激光焊接过程中的光束整形
与增材制造相比，典型激光焊接应用领域要求光斑更大，从而使光束整形实现更大的灵活性。对于薄金属的快速焊接，限制因素为熔池中的不稳定性，因此我们开发了一种整形方法来处理这个问题， Holo/Or的
Flexishaper。该模块可以创建一个周围有圆环的光斑，在圆环和中心光斑之间具有可调的功率比。允许激光功率在执行主体焊接时具有稳定熔池的能力，提高焊接速度，并且可以针对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型焊接和对接焊接，都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，这是一系列1X2激光分束器，通过将DOE偏移中心，可以轻松调整光束之间的功率比。用于焊接的其他有用的激光束光学器件，包括定制形状的扩散器、衍射轴锥体环形发生器，以及用于单模光纤激光器的分析性光束整形器（通常用于微型焊接）。
摘要
对于激光焊接和激光增材制造中的工艺优化而言，激光束整形技术是一种非常有用的技术。能够获得更好的熔池稳定性、更快的加工速度，提高质量。DOE是一种常用的激光束整形方法，其具有高LDT（损伤阈值）、高精度和平坦的表面，使其易于在现有的设置中集成。
您是否了解激光焊接或增材制造应用？如果您有任何激光束整形需求，请随时联系我们。
TL;DR:
问：什么是激光光束整形？
答：激光光束整形是一种改变激光分布的技术。通常在系统的焦点平面上进行整形，从而导致光斑大小不同，能量分布不同。
问:？为什么光束整形对于焊接和增材制造非常重要？
答：高速焊接时，某些焊接流程会受到熔池不稳定性的限制。正确的光斑形状可以缓解这种问题，从而加快焊接速度。在增材制造过程中，环形形状可以达到更加平滑的熔化效果，而通过光束整形，可以在对于分辨率要求较低的内部体积中实现更快速的加工。
问：光束整形有哪些要求？
答：光束整形需要足够的光束大小，与未整形的光斑相比，总是需要增加光斑大小。
