CN220698244U - 一种连接气冷系统的金属3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连接气冷系统的金属3D打印装置，包括由支撑架、分光镜机构、反射聚焦镜机构、上盖、准直器机构和激光熔覆喷头构成的基础机构，所述上盖下方设置有一保护气罩，所述保护气罩成漏斗形结构，所述漏斗形结构的大开口一端固定在所述上盖上，所述漏斗形结构的小开口一端包络所述喷嘴；所述大开口的一端设置有法兰盘，所述法兰盘的径向布置有若干气体通道，所述气体通道内设置有气体管道，所述气体管道外侧连接有冷却气体输出系统，所述气体管道内测为冷却气体出风口。本实用新型的保护气罩与冷却气体输出系统形成完整的气冷系统，保护保护镜，提高使用寿命，并且为进气准直送粉提供有力条件。

Description

一种连接气冷系统的金属3D打印装置

技术领域

本实用新型属于激光熔覆技术领域，具体而言，涉及一种金属3D打印装置。

背景技术

金属3D打印装置属于激光熔覆技术领域，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，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层。

激光熔覆特点：熔覆层稀释度低但结合力强，与基体呈冶金结合，可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本。与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：1、对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等。2、对产品的表面修复，如转子，模具等。3、激光增材制造，通过同步送粉或送丝的方式，进行逐层的激光熔覆，进而获得具有三维结构的零部件。自20世纪80年代以来，激光熔覆技术得到了国内外的广泛重视，并已在诸多工业领域获得应用。

本案发明人长期研究3D打印/激光熔覆领域，在相关产品设备应用过程中发现了一些比较影响最终打印/熔覆性能或者产品设备使用寿命较短的情况：比如，在进行粉末熔覆时，容易出现粉末“飞溅”不能精准送粉，接触空气容易氧化影响熔覆效果等情况。

参考相关公开专利，如：申请公布号为CN 107217257 A、发明专利名称为激光熔覆的发明专利；授权公告号为CN 207435545U、实用新型名称为激光熔覆装置密封结构、激光熔覆装置喷头及激光熔覆装置的实用新型专利；授权公告号为CN 216473480 U、实用新型名称为一种具有气体保护的激光熔覆装置的实用新型专利和申请公布号为CN 110029345A、发明名称为一种光内送粉激光熔覆装置的发明专利。本申请人做了如下技术改进。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供连接气冷系统的金属3D打印装置，该3D打印装置可提高镜片使用寿命，且可使粉末准直送达待熔覆区域。

为达到上述技术目的及效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种连接气冷系统的金属3D打印装置，包括一支撑架，所述支撑架上设置有分光镜机构，所述分光镜机构的四周均等布置有三个反射聚焦镜机构，三个所述反射聚焦镜机构的反射光路上布置有对应的反射光路通孔，所述反射光路通孔下方设置有保护镜，所述反射光路通孔开设所述支撑架上，所述保护镜固定在所述支撑架上；所述支撑架上方设置有一上盖，所述上盖上安装有准直器机构，所述上盖上开设有激光束通孔，所述准直器机构中射出的激光束通过所述激光束通孔投射在所述分光镜机构的分光镜上，所述分光镜将激光束分成三光束投射至对应的所述反射聚焦镜机构的反射聚焦镜上；所述支撑架下方设置有激光熔覆喷头，所述激光熔覆喷头内设置有一金属粉末管道；所述反射聚焦镜反射的激光束通过所述反射光路通孔投射到所述激光熔覆喷头的喷嘴下方形成包络光斑，所述上盖下方设置有一保护气罩，所述保护气罩成漏斗形结构，所述漏斗形结构的大开口一端固定在所述上盖上，所述漏斗形结构的小开口一端包络所述喷嘴，所述喷嘴端面位于所述小开口端面内测；所述大开口的一端设置有法兰盘，所述法兰盘的径向布置有若干气体通道，所述气体通道内设置有气体管道，所述气体管道外侧通过气嘴连接有冷却气体输出系统，所述气体管道内测为冷却气体出风口，所述冷却气体出风口的出气方向平行于所述保护镜的水平面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的在保护气罩和冷却气体输出系统的配合下，一部分气流与保护镜平行，另一部分气流流向保护罩口。可实现：

1、防止和清除粉料黏附在保护镜上，避免影响光路，为零件成型提供有力环境；

2、降低激光熔覆喷头工作时保护镜的温度，提高镜片使用寿命；

3、在激光熔覆喷头工作时，减少金属粉末与空气的接触，防止金属粉末氧化；

4、气流从保护罩吹出时，使粉末准直，提高金属粉末的利用率，减少浪费。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的连接气冷系统的金属3D打印装置的结构示意图；

图2为本实用新型的连接气冷系统的金属3D打印装置的上盖内部结构示意图；

图3为本实用新型的连接气冷系统的金属3D打印装置的除去保护罩后的结构示意图。

图4-图6为本实用新型的冷却气体走向示意图。

图7为本实用新型的连接气冷系统的金属3D打印装置的支撑架的剖视图。

图8为本实用新型的连接气冷系统的金属3D打印装置的反射聚焦镜机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例1：

参见图1-图8所示，本实施例的一种连接气冷系统的金属3D打印装置，包括一支撑架1，所述支撑架1上设置有分光镜机构2，所述分光镜机构2的四周均等布置有三个反射聚焦镜机构3，三个所述反射聚焦镜机构3的反射光路上布置有对应的反射光路通孔4，所述反射光路通孔4下方设置有保护镜5，所述反射光路通孔4开设所述支撑架1上，所述保护镜5固定在所述支撑架1上；所述支撑架1上方设置有一上盖6，所述上盖6上安装有准直器机构7，所述上盖6上开设有激光束通孔，所述准直器机构7中射出的激光束通过所述激光束通孔投射在所述分光镜机构2的分光镜201上，所述分光镜将激光束分成三光束投射至对应的所述反射聚焦镜机构3的反射聚焦镜301上；所述支撑架1下方设置有激光熔覆喷头8，所述激光熔覆喷头8内设置有一金属粉末管道805；所述反射聚焦镜反射的激光束通过所述反射光路通孔4投射到所述激光熔覆喷头8的喷嘴下方形成包络光斑，所述上盖6下方设置有一保护气罩9，所述保护气罩9成漏斗形结构，所述漏斗形结构的大开口901一端固定在所述上盖6上，所述漏斗形结构的小开口902一端包络所述喷嘴，所述喷嘴端面位于所述小开口902端面内测；所述大开口901的一端设置有法兰盘903，所述法兰盘903的径向布置有若干气体通道，所述气体通道内设置有气体管道，所述气体管道外侧通过气嘴904连接有冷却气体输出系统，所述气体管道内测为冷却气体出风口，所述冷却气体出风口的出气方向平行于所述保护镜5的水平面，如图4所示，图中黑色箭头为气流的走向，平行于保护镜面。

进一步的，所述冷却气体会顺正漏斗形结构结构从小开口902处喷出，形成一股保护气流，如图5和图6所示，图中黑色箭头为气流的走向；黑色小点表示金属粉末。

本实施例的保护气罩9与保护镜进气（即冷却气体输出系统）形成完整的气冷系统，保护保护镜，提高使用寿命；且由于保护气罩9的存在，使得激光在保护罩内，可防止工作人员误触，保护人身安全；并且为进气准直送粉提供有力条件。

优选的，所述金属粉末管道805的连通一金属粉末管路801，所述金属粉末管路801布置在所述支撑架1内，所述金属粉末管路的进粉口802布置在所述支撑架1的径向位置。

进一步的，所述分光镜机构2包括一镜座202和所述分光镜201，所述分光镜201固定在所述镜座202上，所述镜座202固定在所述支撑架1上并且相互之间形成一空腔，所述支撑架1的径向位置开设有两个冷却水通道203，所述冷却水通道203连通所述空腔，两个所述冷却水通道203的外端分别连接一冷却水进口和一冷却水出口，所述冷却水进口和所述冷却水出口分别连第一接冷却水循环系统。

进一步的，所述反射聚焦镜机构3包括一安装底座302和所述反射聚焦镜301，所述反射聚焦镜301可调节的设置在安装底座302上。

进一步的，所述反射聚焦镜301上开设有一散热通孔304，所述散热通孔的两端分别设置有冷却液连接端303，所述冷却液连接端303上连接有冷却液流通软管；三个所述反射聚焦镜301通过所述冷却液流通软管贯通连接起来，并引出两个接头305分别连接至第二冷却水循环系统，所述接头305通过一固定片固定在所述上盖6上。

进一步的，所述安装底座302为一凹形结构，所述凹形结构横向固定在所述支撑架1上，一螺栓306贯穿所述凹形结构并通过螺母固定，所述反射聚焦镜301设置在所述螺栓306上可转动的设置在所述凹形结构的凹口内；所述凹形结构的凹口底部开设有一对调节螺纹孔，所述调节螺纹孔上下布置，位于所述反射聚焦镜301后端的水平位置的上下两侧，所述调节螺纹孔可设置有调节螺钉307。

优选的，所述调节螺钉307为球头内六角螺钉。上下两个内六角球头螺钉可通过旋进旋出实现聚焦镜绕螺栓转动，实现聚焦镜微调。

优选的，所述凹形结构的一侧端面开设有一对顶紧螺纹孔，所述顶紧螺纹孔内设置有顶紧螺钉308。

优选的，所述顶紧螺钉308为弹簧球头内六角螺钉。利用弹簧球头内六角螺钉308的弹簧特性，使反射聚焦镜301右端面紧紧贴靠右基准面，消除反射聚焦镜301与安装底座302的间隙，从而达到反射聚焦镜301与分光镜201对中性的提高。为激光熔覆喷头工作时提供稳定的光路，进而提高零件成型。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例的连接气冷系统的金属3D打印装置中所述激光熔覆喷头8的一侧设置有送丝管支架804，所述送丝管支架804上固定有送丝管，所述送丝管贯穿所述支撑架1，一端位于喷嘴内，一端设置在所述上盖6上，位于所述上盖6端的所述送丝管直接连接送丝机。

本实施例中送丝管直接与送丝机相连，减少过渡件，提高送丝精度和送丝稳定性。

本实施例的连接气冷系统的金属3D打印装置不仅可以送粉还可以送丝。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连接气冷系统的金属3D打印装置，包括一支撑架（1），所述支撑架（1）上设置有分光镜机构（2），所述分光镜机构（2）的四周均等布置有三个反射聚焦镜机构（3），三个所述反射聚焦镜机构（3）的反射光路上布置有对应的反射光路通孔（4），所述反射光路通孔（4）下方设置有保护镜（5），所述反射光路通孔（4）开设所述支撑架（1）上，所述保护镜（5）固定在所述支撑架（1）上；所述支撑架（1）上方设置有一上盖（6），所述上盖（6）上安装有准直器机构（7），所述上盖（6）上开设有激光束通孔，所述准直器机构（7）中射出的激光束通过所述激光束通孔投射在所述分光镜机构（2）的分光镜（201）上，所述分光镜将激光束分成三光束投射至对应的所述反射聚焦镜机构（3）的反射聚焦镜（301）上；所述支撑架（1）下方设置有激光熔覆喷头（8），所述激光熔覆喷头（8）内设置有一金属粉末管道（805）；所述反射聚焦镜反射的激光束通过所述反射光路通孔（4）投射到所述激光熔覆喷头（8）的喷嘴下方形成包络光斑，其特征在于：所述上盖（6）下方设置有一保护气罩（9），所述保护气罩（9）成漏斗形结构，所述漏斗形结构的大开口（901）一端固定在所述上盖（6）上，所述漏斗形结构的小开口（902）一端包络所述喷嘴，所述喷嘴端面位于所述小开口（902）端面内测；所述大开口（901）的一端设置有法兰盘（903），所述法兰盘（903）的径向布置有若干气体通道，所述气体通道内设置有气体管道，所述气体管道外侧通过气嘴（904）连接有冷却气体输出系统，所述气体管道内测为冷却气体出风口，所述冷却气体出风口的出气方向平行于所述保护镜（5）的水平面。

2.根据权利要求1所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述金属粉末管道（805）连通一金属粉末管路（801），所述金属粉末管路（801）布置在所述支撑架（1）内，所述金属粉末管路的进粉口（802）布置在所述支撑架（1）的径向位置。

3.根据权利要求1或2所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述激光熔覆喷头（8）的一侧设置有送丝管支架（804），所述送丝管支架（804）上固定有送丝管，所述送丝管贯穿所述支撑架（1），一端位于喷嘴内，一端设置在所述上盖（6）上，位于所述上盖（6）端的所述送丝管直接连接送丝机。

4.根据权利要求1所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述分光镜机构（2）包括一镜座（202）和所述分光镜（201），所述分光镜（201）固定在所述镜座（202）上，所述镜座（202）固定在所述支撑架（1）上并且相互之间形成一空腔，所述支撑架（1）的径向位置开设有两个冷却水通道（203），所述冷却水通道（203）连通所述空腔，两个所述冷却水通道（203）的外端分别连接一冷却水进口和一冷却水出口，所述冷却水进口和所述冷却水出口分别连第一接冷却水循环系统。

5.根据权利要求1所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述反射聚焦镜机构（3）包括一安装底座（302）和所述反射聚焦镜（301），所述反射聚焦镜（301）可调节的设置在安装底座（302）上。

6.根据权利要求5所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述反射聚焦镜（301）上开设有一散热通孔（304），所述散热通孔的两端分别设置有冷却液连接端（303），所述冷却液连接端（303）上连接有冷却液流通软管；三个所述反射聚焦镜（301）通过所述冷却液流通软管贯通连接起来，并引出两个接头（305）分别连接至第二冷却水循环系统，所述接头（305）通过一固定片固定在所述上盖（6）上。

7.根据权利要求5所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述安装底座（302）为一凹形结构，所述凹形结构横向固定在所述支撑架（1）上，一螺栓（306）贯穿所述凹形结构并通过螺母固定，所述反射聚焦镜（301）设置在所述螺栓（306）上可转动的设置在所述凹形结构的凹口内；所述凹形结构的凹口底部开设有一对调节螺纹孔，所述调节螺纹孔上下布置，位于所述反射聚焦镜（301）后端的水平位置的上下两侧，所述调节螺纹孔可设置有调节螺钉（307）。

8.根据权利要求7所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述调节螺钉（307）为球头内六角螺钉。

9.根据权利要求7所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述凹形结构的一侧端面开设有一对顶紧螺纹孔，所述顶紧螺纹孔内设置有顶紧螺钉（308）。

10.根据权利要求9所述的连接气冷系统的金属3D打印装置，其特征在于：所述顶紧螺钉（308）为弹簧球头内六角螺钉。