CN206435759U - 一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置，包括激光头准直聚焦模块、位于激光头准直聚焦模块输出端的喷嘴以及设置在喷嘴周向的粉末汇聚铜管，其特征在于：在所述激光头准直聚焦模块的下端设置有一水冷导向筒，所述喷嘴设置在所述水冷导向筒内，在所述水冷导向筒上设置有冷却水入口、冷却水出口以及连通冷却水入口和冷却水出口的冷却水通道，在所述冷却水通道上还连接有四个粉管冷却模块，所述粉末汇聚铜管设置在所述粉管冷却模块上。本实用新型提供了一种耐高功率、粉末汇聚性稳定、灵活调节粉末汇聚点高低的四路送粉装置。

Description

一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置，属于激光增材制造技术领域。

背景技术

近两年来，随着增材制造装备、激光成型工艺等技术发展的越来越成熟，增材制造在工业领域得到了广泛的应用，其正在快速地改变着传统的生产方式和生活方式。运用激光快速成型制造技术直接进行工业制造，企业不需要大型机加装备和模具，生产准备时间短，可实现多材料、异质材料零件的制造，满足了个性化生产需求。激光快速成型主要用于金属零件的直接成型和高附加值零件的修复再制造，激光功率大小、光斑大小等是决定快速成型效率的关键点，而往往送粉嘴自身承受不了大功率的热影响。送粉嘴主要分为环路送粉、四路送粉方式，四路送粉主要用于大面积激光快速成型或零部件修复，而大面积成型修复必须要更高功率的激光束作为能量源，目前现有的四路送粉装置只能承受中低功率（0W-6KW）的激光功率，功率过大会出现粉嘴堵塞、粉管形变、送粉软管熔化等现象。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种耐高功率、粉末汇聚性稳定、灵活调节粉末汇聚点的四路送粉装置。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置，包括激光头准直聚焦模块、位于激光头准直聚焦模块输出端的喷嘴以及设置在喷嘴周向的粉末汇聚铜管，其特征在于：在所述激光头准直聚焦模块的下端设置有一水冷导向筒，所述喷嘴设置在所述水冷导向筒内，在所述水冷导向筒上设置有冷却水入口、冷却水出口以及连通冷却水入口和冷却水出口的冷却水通道，在所述冷却水通道上还连接有四个粉管冷却模块，所述粉末汇聚铜管设置在所述粉管冷却模块上。

在所述激光头准直聚焦模块与所述水冷导向筒之间还设置有挡光板。

所述粉管冷却模块设置在一粉管调节机构上，该粉管调节机构可滑动的设置在所述水冷导向筒上。

粉末汇聚铜管通过O型圈密封嵌入在送粉管冷却模块内，送粉管冷却模块上连接与所述冷却水通道连通的进出水铜管。

所述水冷导向筒外壁设置了进水卡套接头、出水卡套接头和四条导向槽，所述粉管调节机构设置在导向槽上，所述进水卡套接头设置在所述冷却水入口处，所述出水卡套接头设置在所述冷却水出口处。

在所述粉末汇聚铜管的入口连接有一硅胶软管。

本实用新型在激光头准直聚焦模块与水冷导向筒之间还设置有挡光板，其主要作用是阻挡成型过程中激光作用在零件表面后的反射光，防止反射光破坏设备其他结构。

水冷导向筒，圆筒外壁设置了进出水卡套接头和四条导向槽，卡套接头内部通道流向水冷保护嘴。

水冷保护嘴，与导向筒连接，内部开设了环路水冷槽，能够在高温下，保护导向筒和激光准直聚焦模块内部不受污染。

粉管调节机构，通过滑块在导向筒的导向槽内上下滑动，调整四根送粉铜管的粉末汇聚焦点，可实现与不同激光头准直聚焦模块相匹配。

粉管冷却模块，通过O型圈嵌套在粉末汇聚铜管上，使冷却水在粉管外壁形成环路冷却通道。粉管冷却模块两边焊接冷水铜管，铜管两头分别用卡套接头连接外部冷却水源。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型的四路送粉装置分别为导向筒、保护嘴、四根粉末汇聚铜管提供循环冷却水，能够直接且有效地控制了因高功率激光产生的高温辐射使粉末直接熔融在粉末汇聚铜管里造成堵粉的现象，循环的冷却水持续地为该装置降温，保证了导向管、保护嘴和粉末汇聚铜管的连续工作时的稳定性，实践证明该送粉装置能够在6KW-9KW高功率激光下正常工作。

2、通过粉管调节机构调整粉末汇聚点的高度可以适配多种不同焦距的激光熔覆头，也可以根据激光快速成型工艺，在光斑大小和激光功率一定的情况下，调整成型面处粉末汇聚点的大小，实现最佳的粉末利用率。

3、本方案采用硅胶软管与粉末汇聚铜管相连，通过硅胶软管输入金属粉末，与传统的PU管相比，硅胶软管可耐300℃高温，而PU管耐温只耐60℃左右，其能够有效的防止因激光成型过程中的反光熔化送粉软管的现象。冷却水管进出口接头采用卡套式接头，与传统的快速接头相比，防止水管受热变形后出现漏水等现象。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置主视图；

图2为图1中C方向的剖视图；

图3为图2中E方向的剖视图；

图4为图3中粉管冷却模块局部放大视图；

图中：1激光头准直聚焦模块；2挡光板；3水冷导向筒；4粉管调节机构；5水冷保护嘴；6粉管冷却模块；7粉末汇聚铜管；8螺纹卡套接头；9卡套直通接头；10大O型圈；11小O型圈；12导向筒冷却通道；13第一进水口；14第一出水口；15水冷保护嘴冷却通道；16第二进水口；17第二出水口；18粉嘴冷却通道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步描述。

图1所示，一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置，包括激光头准直聚焦模块1，挡光板2，水冷导向筒3，粉管调节机构4，水冷保护嘴5，粉管冷却模块6，粉末汇聚铜管7，8螺纹卡套接头，9卡套直通接头，10大O型圈，11小O型圈。挡光板2安装在激光头准直聚焦模块1和水冷导向筒3之间，挡光板2上设有水管和粉管的布线孔，挡光板2能够有效的阻挡成型过程中高功率激光作用在零件表面后的反射光，防止反射光破坏设备其他结构。如图2，水冷保护嘴5和水冷导向筒3之间装有两个不同大小的O型密封圈10，水冷导向筒3前后安装有螺纹卡套接头8，导向筒3内部有通孔连接水冷保护嘴5，不仅在成型过程中为导向筒3和保护嘴5提供循环水冷，而且进出水卡套接头8安装位置较高，避免了激光高温熔化进出水管。外部的冷却水通过第一进水口13，流向导向筒冷却通道12，经过水冷保护嘴冷却通道15，最终从第一出水口14流出，从而保证了导向筒3和保护嘴5在超高温成型环境下的物理特性。

粉末调节机构4利用滑块在导向筒3的导向槽内上下滑动，调整四根粉末汇聚铜管7到合适的粉末汇聚焦点，实现了与不同激光头准直聚焦模块1相匹配，也可以根据激光快速成型工艺特性，在光斑和激光功率一定的情况下，调整成型面处粉末汇聚点的大小，实现最佳的粉末利用率。如图3，粉末汇聚铜管7嵌入在粉管冷却模块6内部，两者间通过一对O型密封圈11密封，粉管冷却模块6两端焊接了进出水铜管，进出水铜管两端连接卡套直通接头9。外部冷却水从第二进水口16流入粉管冷却模块6后，经过粉末汇聚铜管7外壁与粉管冷却模块6之间的粉嘴冷却通道18后，从第二出水口17流出。高功率激光快速成型时，粉末在惰性气体的承载下，通过硅胶软管从设备外部送到粉末汇聚铜管7内，然后通过粉末汇聚铜管7将粉末汇聚到光斑焦点处。粉末汇聚铜管7距离成型件表面距离很近（10mm-20mm），受熔池高温辐射和激光反光的影响，金属粉末很容易在粉末汇聚铜管7内熔融并凝结，导致粉末汇聚铜管7堵塞。通过水冷持续地为粉末汇聚铜管7冷却，降低铜管内环境温度低于金属粉末的熔点，防止粉末汇聚铜管7的堵塞。综上本实用新型提供了一种耐高功率、粉末汇聚性稳定、灵活调节粉末汇聚点高低的四路送粉装置。

Claims (6)

1.一种用于高功率激光快速成型的四路送粉装置，包括激光头准直聚焦模块、位于激光头准直聚焦模块输出端的喷嘴以及设置在喷嘴周向的粉末汇聚铜管，其特征在于：在所述激光头准直聚焦模块的下端设置有一水冷导向筒，所述喷嘴设置在所述水冷导向筒内，在所述水冷导向筒上设置有冷却水入口、冷却水出口以及连通冷却水入口和冷却水出口的冷却水通道，在所述冷却水通道上还连接有四个粉管冷却模块，所述粉末汇聚铜管设置在所述粉管冷却模块上。

2.根据权利要求1所述的四路送粉装置，其特征在于：在所述激光头准直聚焦模块与所述水冷导向筒之间还设置有挡光板。

3.根据权利要求1或2所述的四路送粉装置，其特征在于：所述粉管冷却模块设置在一粉管调节机构上，该粉管调节机构可滑动的设置在所述水冷导向筒上。

4.根据权利要求3所述的四路送粉装置，其特征在于：粉末汇聚铜管通过O型圈密封嵌入在送粉管冷却模块内，送粉管冷却模块上连接与所述冷却水通道连通的进出水铜管。

5.根据权利要求4所述的四路送粉装置，其特征在于：所述水冷导向筒外壁设置了进水卡套接头、出水卡套接头和四条导向槽，所述粉管调节机构设置在导向槽上，所述进水卡套接头设置在所述冷却水入口处，所述出水卡套接头设置在所述冷却水出口处。

6.根据权利要求5所述的四路送粉装置，其特征在于：在所述粉末汇聚铜管的入口连接有一硅胶软管。