CN105798303A - 环状送粉喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环状送粉喷嘴，其包括依次连接的上部分、中部分、和下部分，所述上部分包括：连接块、以及与该连接块同轴连接的吹气内环；所述中部分包括：与所述连接块连接的调节内环、以及高度调整块，该高度调整块的外侧壁上开设有至少一导槽；所述下部分包括：与所述高度调整块连接的送粉内环、送粉外环以及与该送粉外环密封连接的水冷套；其中，所述送粉内环的末端和送粉外环的末端均呈锥状，所述送粉内环和送粉外环之间设有呈环形的送粉通道，所述水冷套和送粉外环之间设有水冷通道；本环状送粉喷嘴还包括抵接在所述导槽内的第一顶丝。本发明由于对送粉外环进行直接冷却，水流量较大，冷却效果较好，可以承受更高的激光功率。
Description
技术领域
本发明属于高功率激光加工技术领域，尤其涉及一种环状送粉喷嘴。
背景技术
激光熔覆(LaserCladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
送粉式3D打印是在激光熔覆工艺的基础上，借助于专业软件和惰性气体环境实现零件的直接制作过程。目前，激光熔覆和3D打印技术所采用的同轴送粉喷嘴主要有两种形式：多路孔式同轴送粉喷嘴和锥环式同轴送粉喷嘴，而锥环式同轴送粉喷嘴粉末汇聚性更好。工业用激光器功率在不断提高，熔覆基体材料也在向多样化发展，特别是铝合金和铜基等对激光高反材料正逐步进入激光熔覆市场，这对送粉嘴的冷却性能提出了更高要求。
故，有必要设计一种新的送粉喷嘴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种满足激光3D打印时对喷嘴汇聚性能和冷却性能要求的环状送粉喷嘴。
本发明提供一种环状送粉喷嘴，用于与激光头连接，其包括依次连接的上部分、中部分、和下部分，所述上部分包括：与激光头连接的且呈中空管状的连接块、以及与该连接块同轴连接的吹气内环；所述中部分包括：与所述连接块连接的调节内环、以及部分套设在该调节内环内的高度调整块，该高度调整块的外侧壁上开设有至少一导槽；所述下部分包括：与所述高度调整块连接的送粉内环、送粉外环、以及与该送粉外环密封连接的水冷套；其中，所述送粉内环的末端和送粉外环的末端均呈锥状，所述送粉内环和送粉外环之间设有呈环形的送粉通道，所述水冷套和送粉外环之间设有水冷通道；本环状送粉喷嘴还包括抵接在所述导槽内的第一顶丝。
优选地，还包括固定连接在所述调节内环上的第二顶丝，该第二顶丝穿过所述连接块后抵接在所述调节内环的外侧壁上。
优选地，所述上部分还包括连接在所述连接块和吹气内环的侧边的第一快速接头，惰性气体经该第一快速接头进入所述吹气内环内。
优选地，所述中部分还包括连接在所述高度调整块侧边的第二快速接头，粉末经该第二快速接头进入所述送粉通道。
优选地，所述高度调整块包括：套设在所述调节内环内的高度调节部、以及与该高度调节部连接的粉末输入部；其中，所述导槽沿轴线方向设于所述高度调节部的外部；该粉末输入部的侧壁上设有调整块螺纹孔，所述第二快速接头连接在该调整块螺纹孔上。
优选地，所述粉末输入部还设有与所述调整块螺纹孔连接的多个调整块环槽，该调整块环槽与所述送粉通道连通。
优选地，所述送粉内环包括：与所述粉末输入部的内壁连接的内环连接部、粉末均化部和内环粉末输出部；其中，所述该粉末均化部位于所述内环连接部和内环粉末输出部之间；该粉末均化部设有多个粉末输出孔，该部分粉末输出孔与所述调整块环槽对应连接。
优选地，所述粉末输出孔沿周圈均匀分布。
优选地，所述送粉外环包括：与所述粉末输入部的外壁连接的外环连接部、与所述水冷套连接的冷却部和外环粉末输出部；外环粉末输出部设有送粉外环内壁，该送粉外环内壁和送粉内环的外壁形成部分所述送粉通道。
优选地，所述连接块与吹气内环之间、所述连接块与高度调整块之间、所述调节内环与高度调整块之间、所述高度调整块与送粉外环之间、所述送粉外环与冷水套之间均设有一个或多个密封圈。
本发明环状送粉喷嘴，其水冷套和送粉外环之间形成较大体积腔体，与传统的铜管接触式冷却方式相比，冷却更直接，水流量更大，可以承受更高的激光功率；在激光头不动的情况下，直接通过调节高度调整块来改变粉末汇聚点光斑大小，变焦范围大，只需要更改送粉外环和送粉内环之间的间隙便可以改变粉末汇聚的宽度，满足产品多样化要求；送粉内环上加工出多个粉末输出孔，可以使粉末的分布更为均匀，粉末汇聚更为集中；本发明由于对送粉外环进行直接冷却，水流量较大，冷却效果较好，可以承受更高的激光功率。
附图说明
图1为本发明送粉喷嘴的结构示意图；
图2为图1所示送粉喷嘴的连接块的结构示意图；
图3为图1所示送粉喷嘴的调节内环的结构示意图；
图4为图1所示送粉喷嘴的高度调整块的结构示意图；
图5为图1所示送粉喷嘴的送粉内环的俯视图；
图6为图5所示送粉内环在A-A处的剖视图；
图7为图1所示送粉喷嘴的送粉外环的俯视图；
图8为图7所示送粉外环在B-B处的剖视图。
图号说明：
100-送粉喷嘴、1-连接块、11-第一连接部、111-台阶面、112-连接块收容槽、113-保护气入口、12-第二连接部、121-连接块外侧壁、122-抵持壁、1210-紧固孔、2-吹气内环、3-调节内环、31-调节内环第一收容槽、32-调节内环第二收容槽、33-调节内环螺纹孔、34-调节内环内壁、4-内环压块、5-高度调整块、51-高度调节部、52-粉末输入部、511-调整块槽孔、512-调整块导槽、521-调整块螺纹孔、522-调整块环槽、523-调整块外螺纹、524-调整块内螺纹、6-水冷套、7-送粉内环、71-内环连接部、72-粉末均化部、73-内环粉末输出部、711-送粉内环外螺纹、721-粉末输出孔、734-送粉内环外壁、8-送粉外环、81-外环连接部、82-冷却部、83-外环粉末输出部、811-第一凹槽、812-第二凹槽、813-送粉外环内螺纹、821-第一槽孔、822-第二槽孔、823-送粉外环外壁、824-送粉外环螺纹、9-第一快速接头、10-第一密封圈、11-第二密封圈、12-第三密封圈、13-第二球头顶丝、14-垫圈、15-第一尖头顶丝、16-第二快速接头、101-送粉通道、102-水冷通道。
具体实施方式
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本发明一种送粉喷嘴，本送粉喷嘴100装设于激光头上，本发明用于金属零件的表面激光修复、激光强化和送粉式3D打印，尤其涉及一种用于激光3D打印的环状送粉喷嘴。
请参阅图1至图8所示，本送粉喷嘴100包括与激光头连接的上部分、与该上部分连接的中部分、以及与该中部分连接的下部分。
其中，请参阅图2所示，上部分包括：用于与激光头连接的连接块1、通过螺纹连接同轴连接的吹气内环2、通过螺纹连接在该连接块1和吹气内环2侧边的第一快速接头9、以及连接在该连接块1和吹气内环2之间的第一密封圈10。其中，第一快速接头9作为惰性气体进入本送粉喷嘴100的输入通道；该吹气内环2上开设有多个用于使惰性气体更加均匀的气孔；第一密封圈10用于保证连接块1与吹气内环2之间的密闭性。
中部分包括：与连接块1连接的调节内环3、位于该调节内环3外的内环压块4、部分套设在该调节内环3内的高度调整块5、位于该调节内环3和高度调整块5之间的第二密封圈11、位于该调节内环3和连接块1之间的第三密封圈12、依序穿过连接块1的侧边和调节内环3侧边的第二球头顶丝13、位于该调节内环3和内环压块4之间的垫圈14、连接在该调节内环3侧边且抵接在高度调整块5上的第一尖头顶丝15、以及倾斜连接在该调节内环3侧边的四个第二快速接头16。
中部分主要用来进行离焦量和光路、粉路的同轴度的调整，确定位置后用第二球头顶丝13和螺母进行固定；四个第二快速接头16均匀分布在该调节内环3侧侧边，以作为粉末的输入通道。
下部分包括：与高度调整块5连接的送粉外环8、连接在该送粉外环8外的水冷套6、位于该送粉外环8内的送粉内环7、连接在该送粉外环8和高度调整块5之间的第四密封圈17、以及与水冷套6连接的水路接头18。其中，送粉内环7和送粉外环8形成的送粉通道101，以保证环形粉末流均匀分布并实现良好汇聚；水冷套6和送粉外环8形成的水冷通道102，以保证加工过程的良好冷却效果。
请参阅图2所示，连接块1为中空管状，其中部形成光通道，连接块1通过四个螺钉与激光头连接。该连接块1包括：第一连接部11、以及及与该第一连接部11端部延伸形成的第二连接部12。
该第一连接部11与激光头固定连接，第一连接部11包括：位于其内侧的台阶面111、开设在该台阶面111上且用于收容密封圈10的连接块收容槽112、以及邻近该台阶面111侧面的保护气入口113；该保护气入口113用于与外接的第一快速接头9连接，以将保护气导入吹气内环2。
第二连接部12包括：位于外部的连接块外侧壁121、以及位于本连接块1的管状内部的抵持壁122，连接块外侧壁121与抵持壁122之间中部对称开设有四个紧固孔1210,第二球头顶丝13穿过该连接块外侧壁121后安装在该紧固孔1210内，并抵接在调节内环3的外侧壁上，来调节和固定调节内环3的位置，以保证粉末汇聚点和激光的同轴。
请参阅图3所示，调节内环3也呈中空管状，该调节内环3设有：位于其上部的且用于收容第三密封圈12的调节内环第一收容槽31、位于其中部的且用于收容垫圈14的调节内环第二收容槽32、以及位于其下部的且用于固定第一尖头顶丝15的调节内环螺纹孔33。调节内环3通过内环压块4对竖直方向进行定位；调节内环第一收容槽31用于第三密封圈12，调节内环第二收容槽32用于安装垫圈14，保证同轴保护气体不发生泄漏，同时方便其前后左右调节；调节内环螺纹孔33用于安装第一尖头顶丝15，在高度调整块5的位置确定后使用该第一顶丝15对高度调节块5的位置进行固定。调节内环3的调节内环内壁34表面光洁度极高，以保证第二密封圈11上下运动时不发生损伤。本实施例中，调节内环螺纹孔33为4个，沿圆周方向均匀分布；第三密封圈12为弹簧致动密封圈。
请参阅图4所示，高度调整块5也呈中空管状，其可以沿调节内环3的轴线方向做上下运动，该高度调整块5上标有刻度，可以准确调整粉末汇聚点的高度。
高度调整块5包括：套设在调节内环3内的高度调节部51、以及与该高度调节部51连接的粉末输入部52；该高度调节部51上标有刻度，其为插入调节内环3的一端，该高度调节部51开设有安装第二密封圈11的调整块槽孔511，以与调节内环3密封连接，保证在调节过程中不漏气；该高度调节连接部51外部还沿轴线方向开有四个调整块导槽512，通过该调整块导槽512一方面可以使高度调整块5不会在圆周方向任意转动，另一方面在确定本高度调整块5的位置后，用第一尖头顶丝15固定在该调整块导槽512内进行固定本高度调整块5，该操作过程只会在调整块导槽512底部留下痕迹，不会影响高度调整块5和调节内环3接触部位的表面光洁度。粉末输入部52的外侧壁的四周开有四个调整块螺纹孔521，第二快速接头16连接在该调整块螺纹孔521内，通过该第二快速接头16以输入粉末。粉末输入部52还设有与该调整块螺纹孔521连接的调整块环槽522、位于该粉末输入部52外的调整块外螺纹523、以及位于该粉末输入部52内的调整块内螺纹524；该调整块环槽522与送粉通道101连通。
粉末通过调整块螺纹孔521的入口进入调整块环槽522中，得以均匀化后进入送粉内环7和送粉外环8形成的送粉通道101中输出；其中，送粉内环7通过调整块内螺纹524与高度调整块5连接，送粉外环8通过调整块外螺纹523与高度调整块8连接。
请参阅图5和图6所示，送粉内环7上端呈圆柱状，其下端呈锥形。送粉内环7包括：与粉末输入部52的内壁连接的内环连接部71、粉末均化部72和内环粉末输出部73；其中，该粉末均化部72位于内环连接部71和内环粉末输出部73之间；内环连接部71的外部设有送粉内环外螺纹711，通过该送粉内环外螺纹711和高度调整块5的调整块内螺纹524连接。
粉末均化部72设有多个粉末输出孔721，部分粉末输出孔721与高度调整块5的调整块环槽522对应连通。从高度调整块5的调整块环槽522输入的粉末经过粉末均化部72圆周方向的粉末输出孔721输出后，在环形方向上分布更为均匀。
内环粉末输出部73设有送粉内环外壁734，经过内环粉末输出部73的送粉内环外壁734和送粉外环8的内壁形成粉末输出腔体。
本实施例中，粉末输出孔721的数量为32个，沿周圈均匀分布。
请参阅图7和图8所示，送粉外环8上端呈圆柱状，其下端呈锥形，该送粉外环8套设固定在送粉内环7外。该送粉外环8包括：粉末输入部52的外壁连接的外环连接部81、与水冷套6连接的冷却部82和外环粉末输出部83。外环连接部81的上部设有安装密封圈的第一凹槽811，该外环连接部81的背部设有安装密封圈的第二凹槽812；外环连接部81的内部设有送粉外环内螺纹813，通过送粉外环内螺纹813和高度调整块5的调整块外螺纹524连接。冷却部82包括位于该冷却部82外的第一槽孔821、第二槽孔822、送粉外环外壁823和送粉外环螺纹824；水冷套6通过送粉外环螺纹824和送粉外环8连接，并在送粉外环外壁823处形成循环水腔体；通过第一、第二槽孔821、822处安装的密封圈，以保证循环水路不漏水。外环粉末输出部83设有送粉外环内壁831，该送粉外环内壁831和送粉内环7的外壁形成一个部分上述环形的送粉通道101，使粉末在其中得以均布并通过锥形出口得以汇聚于一处。
水冷套6通过螺纹和送粉外环8连接形成水冷通道102，通过3个密封圈19、39、49(如图1所示)保证该水冷腔体的密封性。
本发明环状送粉喷嘴，其水冷套和送粉外环之间形成较大体积腔体，与传统的铜管接触式冷却方式相比，冷却更直接，水流量更大，可以承受更高的激光功率；在激光头不动的情况下，直接通过调节高度调整块来改变粉末汇聚点光斑大小，变焦范围大，只需要更改送粉外环和送粉内环之间的间隙便可以改变粉末汇聚的宽度，满足产品多样化要求；送粉内环上加工出多个粉末输出孔，可以使粉末的分布更为均匀，粉末汇聚更为集中；本发明由于对送粉外环进行直接冷却，水流量较大，冷却效果较好，可以承受更高的激光功率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环状送粉喷嘴，用于与激光头连接，其包括依次连接的上部分、中部分、和下部分，其特征在于：
所述上部分包括：与激光头连接的且呈中空管状的连接块、以及与该连接块同轴连接的吹气内环；
所述中部分包括：与所述连接块连接的调节内环、以及部分套设在该调节内环内的高度调整块，该高度调整块的外侧壁上开设有至少一导槽；
所述下部分包括：与所述高度调整块连接的送粉内环、送粉外环、以及与该送粉外环密封连接的水冷套；其中，所述送粉内环的末端和送粉外环的末端均呈锥状，所述送粉内环和送粉外环之间设有呈环形的送粉通道，所述水冷套和送粉外环之间设有水冷通道；本环状送粉喷嘴还包括抵接在所述导槽内的第一顶丝。
2.根据权利要求1所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：还包括固定连接在所述调节内环上的第二顶丝，该第二顶丝穿过所述连接块后抵接在所述调节内环的外侧壁上。
3.根据权利要求1所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述上部分还包括连接在所述连接块和吹气内环的侧边的第一快速接头，惰性气体经该第一快速接头进入所述吹气内环内。
4.根据权利要求1所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述中部分还包括连接在所述高度调整块侧边的第二快速接头，粉末经该第二快速接头进入所述送粉通道。
5.根据权利要求4所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述高度调整块包括：套设在所述调节内环内的高度调节部、以及与该高度调节部连接的粉末输入部；其中，所述导槽沿轴线方向设于所述高度调节部的外部；该粉末输入部的侧壁上设有调整块螺纹孔，所述第二快速接头连接在该调整块螺纹孔上。
6.根据权利要求5所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述粉末输入部还设有与所述调整块螺纹孔连接的多个调整块环槽，该调整块环槽与所述送粉通道连通。
7.根据权利要求6所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述送粉内环包括：与所述粉末输入部的内壁连接的内环连接部、粉末均化部和内环粉末输出部；其中，所述该粉末均化部位于所述内环连接部和内环粉末输出部之间；该粉末均化部设有多个粉末输出孔，该部分粉末输出孔与所述调整块环槽对应连接。
8.根据权利要求7所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述粉末输出孔沿周圈均匀分布。
9.根据权利要求7所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述送粉外环包括：与所述粉末输入部的外壁连接的外环连接部、与所述水冷套连接的冷却部和外环粉末输出部；外环粉末输出部设有送粉外环内壁，该送粉外环内壁和送粉内环的外壁形成部分所述送粉通道。
10.根据权利要求1-9任一所述的环状送粉喷嘴，其特征在于：所述连接块与吹气内环之间、所述连接块与高度调整块之间、所述调节内环与高度调整块之间、所述高度调整块与送粉外环之间、所述送粉外环与冷水套之间均设有一个或多个密封圈。
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