CN109055929A - 一种同轴送粉激光3d打印激光熔覆头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，由电动机、传动系统、外壳、轴承、密封圈、内壳组成；轴承的内圈固定在内壳的外圆面；外壳的内圆面固定在轴承的外圈，外壳、轴承、内壳和聚焦后的激光束的轴线重合；外壳通过传动系统与电动机相连；内壳的端面开设有送粉孔一、送粉孔二、送粉孔三和送粉孔四；粉末在载气的带动下通过送粉孔一、送粉孔二、送粉孔三和送粉孔四进入外壳和内壳之间的空腔；外壳的内圆面安装有混粉叶片，外壳沿逆时针方向转动；粉末在载气的作用下通过外壳和内壳的下端喷出，经过激光束的辐照后到达工件的表面。本发明通过外壳的逆时针转动可以将异种粉末均匀混合。本发明可用于同轴送粉激光熔覆系统和激光3D打印系统。

Description

一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头技术。
背景技术
激光熔覆可以在金属工件表面获得一层具有特定性能的保护层，大幅度提高工件的耐磨性能、抗腐蚀性能、抗氢脆性能等，可大幅度提高关键零部件的使用寿命。激光3D打印通常用来获得具有复杂结构的金属制件。同轴送粉是激光熔覆和激光3D打印经常采用的一种送粉方式，可以将组分一致的金属或者陶瓷粉末通过加工头输送到工件表面，当粉末由两种以上的粉末组成时，则需要先采用混粉装置预先将粉末混合，提高了工艺复杂度，当混合粉末之间的粒度和密度差异较大时，混粉之后粉末的均匀度较差，会影响激光3D打印和熔覆层的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，以实现在送粉头内将异种粉末混合，获得组分均匀的混合粉末；在激光作用下，可以获得组分均匀可控的激光3D打印和激光熔覆层。
为了解决以上技术，本发明采用的具体技术方案如下。
一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，其特征在于：由电动机（1）、传动系统（2）、外壳（3）、轴承（4）、密封圈（5）和内壳（6）组成；轴承（4）的内圈固定在内壳（6）的外圆面；外壳（3）的内圆面固定在轴承（4）的外圈，外壳（3）、轴承（4）、内壳（6）的中心线均与聚焦后的激光束（7）的轴线重合；外壳（3）通过传动系统（2）与电动机（1）相连；内壳（6）的端面开设有送粉孔一（61）、送粉孔二（62）、送粉孔三（63）和送粉孔四（64）；粉末（9）在载气的带动下通过送粉孔一（61）、送粉孔二（62）、送粉孔三（63）和送粉孔四（64）进入外壳（3）和内壳（6）之间的空腔；外壳（3）的内圆面安装有混粉叶片（31），外壳（3）沿逆时针方向转动；粉末（9）在载气的作用下通过外壳（3）和内壳（6）的下端喷出，经过激光束（7）的辐照后到达工件（8）的表面。
所述的送粉孔一（61）和送粉孔三（63）输送的粉末为同一种粉末，送粉孔二（62）和送粉孔四（64）输送的粉末为同一种粉末，四个送粉孔也可以输送同一种粉末。
所述的粉末（9）为金属粉末或陶瓷粉末。
所述的激光熔覆头可用于激光3D打印，也可以用于激光熔覆。
本发明的原理为：轴承的内圈固定在内壳的外圆面；外壳的内圆面固定在轴承的外圈；外壳通过传动系统与电动机相连，可以使电动机通过传动系统带动外壳做高速转动，外壳的转动可以带动混粉叶片作高速逆时针，使异种粉末在外壳和内壳之间的空腔内充分混合；送粉孔一和送粉孔三输送的粉末为同一种粉末，送粉孔二和送粉孔四输送的粉末为同一种粉末，可以保证混粉的均匀性。
本发明具有有益效果。本发明通过采用腔内混粉方式，可以将粒度和密度差异大的粉末均匀混合；送粉孔的送粉方式和分布方式，可以保证混粉的均匀性；通过改变异种粉末的送粉量，可以方便改变混合粉末的比例，从而获得梯度材料。
附图说明
图1：本发明同轴送粉激光3D打印激光熔覆头主视图；
图2：本发明同轴送粉激光3D打印激光熔覆头俯视图；
图3：本发明同轴送粉激光3D打印激光熔覆头C-C截面图。
图中：1电动机、2传动系统、3外壳、31 混粉叶片、4轴承、5密封圈、6内壳、61 送粉孔一、62送粉孔二、63 送粉孔三、64送粉孔四、7 激光束、8 工件、9 粉末。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，包括电动机1、传动系统2、外壳3、轴承4、密封圈5和内壳6。轴承4的内圈固定在内壳6的外圆面；外壳3的内圆面固定在轴承4的外圈，外壳3、轴承4、内壳6和聚焦后的激光束7的轴线重合；外壳3通过传动系统2与电动机1相连；内壳6的端面开设有送粉孔一61、送粉孔二62、送粉孔三63和送粉孔四64；粉末9在载气的带动下通过送粉孔一61、送粉孔二62、送粉孔三63和送粉孔四64进入外壳3和内壳6之间的空腔；外壳3的内圆面安装有混粉叶片31，外壳3沿逆时针方向转动；粉末9在载气的作用下通过外壳3和内壳6的下端喷出，经过激光束7的辐照后到达工件8的表面。
实施例1
在45钢表面熔覆一层厚度为0.5mm的Al2O3/TiO2陶瓷涂层，采用3000瓦连续光纤激光器，聚焦后的激光光斑直径为3mm，送粉孔一和送粉孔三输送的粉末为粒度50目的Al2O3粉末，送粉速度为2cm3/s，送粉孔二和送粉孔四输送的粉末为粒度200目的TiO2，送粉速度为0.8cm3/s，粉末的载气压力均为0.4MPa，外壳的转速为200r/min，激光熔覆后，经检测，在45钢表面获得了体积比为5：2、组分均匀一致的Al2O3/TiO2复合陶瓷涂层。
实施例2
在45钢表面采用激光3D打印功能梯度复合材料制件，下层为Mo2FeB2，逐渐过渡到表层的体积含量为25%的WC增强Mo2FeB2复合材料，厚度为3mm，采用100瓦连续光纤激光器，聚焦后的激光光斑直径为0.1mm，送粉孔一和送粉孔三输送的粉末为粒度50目的Mo2FeB2粉末，送粉孔二和送粉孔四输送的粉末为粒度200目的WC，粉末的载气压力均为0.4MPa，采用逐层打印的方式（第一层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.4cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0cm3/min；第二层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.39cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.1cm3/min; 第三层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.38cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.2cm3/min；第四层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.37cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.3cm3/min；第五层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.36cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.4cm3/min；第六层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.35cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.5cm3/min；第七层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.34cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.6cm3/min; 第八层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.33cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.7cm3/min；第九层送粉孔一和送粉孔三送粉速度为0.32cm3/min，送粉孔二和送粉孔四送粉速度为0.8cm3/min），外壳的转速为200r/min，激光熔覆后，经检测，在45钢表面成功获得了满足要求的功能梯度材料。

Claims (4)

1.一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，其特征在于：由电动机（1）、传动系统（2）、外壳（3）、轴承（4）、密封圈（5）和内壳（6）组成；轴承（4）的内圈固定在内壳（6）的外圆面；外壳（3）的内圆面固定在轴承（4）的外圈，外壳（3）、轴承（4）、内壳（6）的中心线均与聚焦后的激光束（7）的轴线重合；外壳（3）通过传动系统（2）与电动机（1）相连；内壳（6）的端面开设有送粉孔一（61）、送粉孔二（62）、送粉孔三（63）和送粉孔四（64）；粉末（9）在载气的带动下通过送粉孔一（61）、送粉孔二（62）、送粉孔三（63）和送粉孔四（64）进入外壳（3）和内壳（6）之间的空腔；外壳（3）的内圆面安装有混粉叶片（31），外壳（3）沿逆时针方向转动；粉末（9）在载气的作用下通过外壳（3）和内壳（6）的下端喷出，经过激光束（7）的辐照后到达工件（8）的表面。
2.根据权利要求1所述的一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，其特征在于：所述的送粉孔一（61）和送粉孔三（63）输送的粉末为同一种粉末，送粉孔二（62）和送粉孔四（64）输送的粉末为同一种粉末，四个送粉孔也可以输送同一种粉末。
3.根据权利要求1所述的一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，其特征在于：所述的粉末（9）为金属粉末或陶瓷粉末。
4.根据权利要求1所述的一种同轴送粉激光3D打印激光熔覆头，其特征在于：所述的激光熔覆头可用于激光3D打印，也可以用于激光熔覆。
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