CN105170979A - 一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，属于增材制造领域。它解决了现有旁轴送粉喷嘴水冷模块占用空间大，喷嘴出口易堵塞的问题。它包括顶盖、腔体、送粉管和保护气管，顶盖下端与腔体上端密封连接，送粉管上端密封固定在腔体下端，保护气管上端与送粉管密封连接，送粉管位于保护气管内部，顶盖的上表面中心处设有粉末输入孔，靠近腔体上端的侧壁上设有载气输气孔，靠近保护气管上端的侧壁上设有保护气输气孔，顶盖、腔体和送粉管的内部空间连通，顶盖、腔体、送粉管和保护气管为同轴设置。本发明采用气冷方式，三层收缩的内部结构，各部件间采用可拆卸的连接方式连接，占用空间小，且喷嘴不易堵塞。本发明所述的喷嘴主要应用于实体零件的制造。

Description

一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，属于增材制造领域。

背景技术

目前，激光增材制造技术是一个热门的研究领域。激光增材制造的基本原理是：首先在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将该模型按一定的厚度分层“切片”，再采用激光增材的方法按照轮廓轨迹逐层堆积材料，最终形成三维实体零件或需进行少量加工的毛坯。

激光增材系统主要由激光器、送粉器、送粉喷嘴和送粉气路等几部分构成。送粉喷嘴是确保增材制造构件精确成型的关键因素。

送粉喷嘴的基本功能是把从送粉器出口输出的气粉两相流有效地混合并准确地送达激光光斑所在位置。这就对送粉的聚束性、挺度、精确可调性和抗热冲击性提出了严格的要求，而且气体保护应与送粉同步实现，所以送粉头的设计在激光立体成形中起着决定性的作用。

现有的送粉方式有两种，一种是同轴送粉，另一种是旁轴送粉。与同轴送粉相比,旁轴送粉更为灵活，工艺适应性强。

旁轴送粉是将合金粉末从侧向送入激光熔池的前沿，粉末熔融后与基材结合，形成熔覆层。其优点是熔覆层表面光滑，质量稳定。只要选择合适的激光工艺参数，精确调整好自动送粉时粉末在零件表面的落点位置和激光光斑的位置，并注意将从喷嘴喷出的粉末速度控制在较低的范围，就能够得到均匀连续的激光熔覆层，并且合金粉末的利用率达到90％以上。

虽然现有的旁轴送粉喷嘴设计有很多优点，但是也存在着不足：华南师范大学发明的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，具有水冷模块、导引光和倾角仪等特色，使得喷嘴冷却效果良好，可以长时间稳定精密增材制造，提高了其效率和粉末利用率。但是水冷模块结构复杂，占用的空间较大，导引光的使用大大增加了喷嘴的制造费用。浙江工业大学发明的一种可实现宽带增材制造的旁轴粉末喷嘴，通过旋转轴杆来调节挡条的移动，实现粉末出口宽度可调。但在长时间使用时，喷嘴出口容易堵塞，不便更换。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴水冷模块占用空间大，喷嘴出口易被堵塞的问题，提出了一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴。

本发明所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，它包括顶盖A、腔体B、送粉管C和保护气管D，所述顶盖A的下端与腔体B的上端密封连接，送粉管C的上端密封固定在腔体B的下端，保护气管D的上端与送粉管C固定且密封连接，送粉管C位于保护气管D的内部，顶盖A的上表面的中心处设置有粉末输入孔1，在腔体B的侧壁上、靠近腔体B上端的位置设置有载气输气孔2，在保护气管D的侧壁上、靠近保护气管D上端的位置设置有保护气输气孔3，顶盖A、腔体B和送粉管C的内部空间连通，顶盖A、腔体B、送粉管C和保护气管D为同轴设置，所述送粉管C上端与腔体B下端可拆卸连接。

本发明所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，在实际使用中，经保护气输气孔3输入低温氩气到保护气管D内部，所述的低温氩气使本发明所述的喷嘴的温度降低，属于气冷冷却，该气冷冷却方式与现有的水冷冷却方式相比，结构简单，占用的空间小，易于实现；送粉管C的上端与腔体B的下端可拆卸连接，操作人员可以根据粉末种类来选择具有最合适输出口径的送粉管，使粉末束流稳定输出，减小了由于长期使用而堵塞的可能。

附图说明

图1是本发明所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的剖面图；

图2是顶盖A的结构示意图；

图3是腔体B的结构示意图；

图4是送粉管C的结构示意图；

图5是保护气管D的结构示意图；

图6是本发明所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，它包括顶盖A、腔体B、送粉管C和保护气管D，所述顶盖A的下端与腔体B的上端密封连接，送粉管C的上端密封固定在腔体B的下端，保护气管D的上端与送粉管C固定且密封连接，送粉管C位于保护气管D的内部，顶盖A的上表面的中心处设置有粉末输入孔1，在腔体B的侧壁上、靠近腔体B上端的位置设置有载气输气孔2，在保护气管D的侧壁上、靠近保护气管D上端的位置设置有保护气输气孔3，顶盖A、腔体B和送粉管C的内部空间连通，顶盖A、腔体B、送粉管C和保护气管D为同轴设置，所述送粉管C上端与腔体B下端可拆卸连接。

使用时，经载气输气孔2向腔体B内部输入氩气，经保护气输气孔3向保护气管D内部输入低温氩气，送粉器将粉末束流从粉末输入孔1送入喷嘴内部空间，粉末束流从送粉管C的下端端口流出，从保护气管D的下端端口流出的低温氩气对粉末束流还起到了保护作用，它可以使粉末束流与空气隔绝，且氩气为惰性气体，不易于粉末发生化学反应。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，顶盖A的下端与腔体B的上端采用螺纹连接。

具体实施方式三：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，保护气管D的下端与腔体B的上端采用螺纹连接。

螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的连接方式，具有结构简单、连接可靠和装拆方便等优点，当本实施方式所述的喷嘴发生故障时，可以快速地更换故障部件。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，送粉管C的上端与腔体B的下端为过盈连接，腔体B的下端面设置有多个一号槽4，所述多个一号槽4沿圆周方向均匀分布，且一号槽4的开口朝向腔体B的轴线，送粉管C上端设置有多个榫5，所述多个榫5沿圆周方向均匀分布，一号槽4的数量与榫5的数量相同，每个榫5与一个一号槽4过盈配合。

过盈连接是利用零件间的配合过盈来实现连接。这种连接结构简单，定心精度好，可承受转矩，轴向力或两者复合的载荷，而且承载能力高，在冲击振动载荷下也能较可靠的工作。

具体实施方式五：结合图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，腔体B的内部空间分为四部分，从上至下依次为：一号圆柱、一号截顶圆锥体E、二号圆柱和二号截顶圆锥体F，一号圆柱的直径等于一号截顶圆锥体E的上底面直径，一号截顶圆锥体E的上底面直径大于一号截顶圆锥体E的下底面直径，一号截顶圆锥体E的下底面直径、二号圆柱的直径以及二号截顶圆锥体F的上底面直径相等，二号截顶圆锥体F的上底面直径大于二号截顶圆锥体F的下底面直径，一号截顶圆锥体E的母线与其底面的夹角为α，二号截顶圆锥体F的母线与其底面的夹角为β，α＜β；

保护气管D的内部空间分为三部分，从上至下依次为：三号圆柱、三号截顶圆锥体H和四号圆柱，三号圆柱的直径等于三号截顶圆锥体H的上底面直径，三号截顶圆锥体H的上底面直径大于三号截顶圆锥体H的下底面直径，三号截顶圆锥体H的下底面直径等于四号圆柱的直径，三号截顶圆锥体H的母线与其底面的夹角为α；

送粉管C的内部空间分为三部分，从上至下依次为：五号圆柱、四号截顶圆锥体G和六号圆柱，五号圆柱的直径等于四号截顶圆锥体G的上底面直径，四号截顶圆锥体G的上底面直径大于四号截顶圆锥体G的下底面直径，四号截顶圆锥体(G)的下底面直径等于六号圆柱的直径，四号截顶圆锥体(G)的母线与其底面的夹角为β；

送粉器将粉末束流从粉末输入孔1送入喷嘴内部空间，所述的粉末束流首先受到从载气输气孔2输入到腔体B内部的氩气的约束，然后依次受到一号截顶圆锥体E、二号截顶圆锥体F和四号截顶圆锥体G的约束，最后从送粉管C的下端端口流出时受到从保护气管D的下端端口流出的低温氩气的约束，此时流出的粉末束流共受到了5次约束，具有良好的挺度、均匀性和连续性；

一号截顶圆锥体E、二号截顶圆锥体F和四号截顶圆锥体G组成了三层收缩结构，该三层收缩结构对粉末束流的约束能力逐层增强，与现有的引导光技术相比，能够使喷嘴喷出的粉末束流具有更好的挺度、均匀性和连续性，同时降低了喷嘴的制造成本；

三号截顶圆锥体H增强了保护气管下端端口流出的低温氩气的强度，能好地约束和保护粉末束流。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，所述的腔体B中部的外壁上设置有多个相同的二号槽6，所述的多个相同的二号槽6沿腔体B中部的横截面的外圆周均匀分布，每个二号槽6与送粉器输出端的一个榫过盈配合。

在具体实施中，采用过盈连接的方式将本实施方式所述的喷嘴固定在送粉器的输出端，本实施方式所述喷嘴的腔体B中部的外壁上设置有多个相同的二号槽6，送粉器输出端的外壁上设置有多个相同的榫且沿送粉器输出端横截面的外圆周均匀分布，所述的二号槽6与送粉器输出端外壁上的榫数量相同，每一个二号槽6与送粉器输出端外壁上的一个榫过盈配合。

具体实施方式七：本实施方式是对实施方式一所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，顶盖A的下端与腔体B的上端的连接面、腔体B的下端与送粉管C的上端的连接面、以及保护气管D的上端与送粉管C的连接面均设置有橡胶圈。

在上述连接面处均设置有橡胶圈，使得本实施方式所述喷嘴的各部件之间的连接更紧密，减小了漏气的可能，使气密性更好。

具体实施方式八：本实施方式是对实施方式一所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴的进一步限定，通过设置送粉管C的长度使得本实施方式所述的喷嘴的下端比现有喷嘴的下端更长，能够在夹持臂的控制下加工零件的细小部分。

Claims (9)

1.一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：它包括顶盖(A)、腔体(B)、送粉管(C)和保护气管(D)，所述顶盖(A)的下端与腔体(B)的上端密封连接，送粉管(C)的上端密封固定在腔体(B)的下端，保护气管(D)的上端与送粉管(C)固定且密封连接，送粉管(C)位于保护气管(D)的内部，顶盖(A)的上表面的中心处设置有粉末输入孔(1)，在腔体(B)的侧壁上、靠近腔体(B)上端的位置设置有载气输气孔(2)，在保护气管(D)的侧壁上、靠近保护气管(D)上端的位置设置有保护气输气孔(3)，顶盖(A)、腔体(B)和送粉管(C)的内部空间连通，顶盖(A)、腔体(B)、送粉管(C)和保护气管(D)为同轴设置，所述送粉管(C)上端与腔体(B)下端可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：顶盖(A)的下端与腔体(B)的上端采用螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：保护气管(D)的上端与腔体(B)的下端采用螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：送粉管(C)的上端与腔体(B)的下端为过盈连接，腔体(B)的下端面设置有多个一号槽(4)，所述多个一号槽(4)沿圆周方向均匀分布，且一号槽(4)的开口朝向腔体(B)的轴线，送粉管(C)上端设置有多个榫(5)，所述多个榫(5)沿圆周方向均匀分布，一号槽(4)的数量与榫(5)的数量相同，每个榫(5)与一个一号槽(4)过盈配合。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：腔体(B)的内部空间分为四部分，从上至下依次为：一号圆柱、一号截顶圆锥体(E)、二号圆柱和二号截顶圆锥体(F)，一号圆柱的直径等于一号截顶圆锥体(E)的上底面直径，一号截顶圆锥体(E)的上底面直径大于一号截顶圆锥体(E)的下底面直径，一号截顶圆锥体(E)的下底面直径、二号圆柱的直径以及二号截顶圆锥体(F)的上底面直径相等，二号截顶圆锥体(F)的上底面直径大于二号截顶圆锥体(F)的下底面直径，一号截顶圆锥体(E)的母线与其底面的夹角为α，二号截顶圆锥体(F)的母线与其底面的夹角为β，α＜β。

6.根据权利要求5所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：保护气管(D)的内部空间分为三部分，从上至下依次为：三号圆柱、三号截顶圆锥体(H)和四号圆柱，三号圆柱的直径等于三号截顶圆锥体(H)的上底面直径，三号截顶圆锥体(H)的上底面直径大于三号截顶圆锥体(H)的下底面直径，三号截顶圆锥体(H)的下底面直径等于四号圆柱的直径，三号截顶圆锥体(H)的母线与其底面的夹角为α。

7.根据权利要求6所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：送粉管(C)的内部空间分为三部分，从上至下依次为：五号圆柱、四号截顶圆锥体(G)和六号圆柱，五号圆柱的直径等于四号截顶圆锥体(G)的上底面直径，四号截顶圆锥体(G)的上底面直径大于四号截顶圆锥体(G)的下底面直径，四号截顶圆锥体(G)的下底面直径等于六号圆柱的直径，四号截顶圆锥体(G)的母线与其底面的夹角为β。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：所述的腔体(B)中部的外壁上设置有多个相同的二号槽(6)，所述的多个相同的二号槽(6)沿腔体(B)中部的横截面的外圆周均匀分布。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光增材制造的旁轴送粉喷嘴，其特征在于：顶盖(A)的下端与腔体(B)的上端的连接面、腔体(B)的下端与送粉管(C)的上端的连接面、以及保护气管(D)的上端与送粉管(C)的连接面均设置有橡胶圈。