[发明专利]粉末给送嘴、用于激光辅助添加物制造的组件和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及激光辅助添加物制造（laser aided additivemanufacturing），尤其涉及粉末给送嘴及其相关部件（包括内嘴部）、以及包括该粉末给送嘴的用于激光辅助添加物制造的相关组件和方法。

背景技术

激光辅助添加物制造（LAAM）（又称为激光熔覆（laser cladding）是使用激光束作为热源以将材料（例如，具有粉末形式的材料）熔化至基板或工件上的过程。这个过程可用于各种工业以修复损坏的部件、改善或修改部件的表面、或用于三维部件的直接制造。例如，大型激光熔覆的典型轨迹尺寸具有约0.2至3mm的厚度和约0.5至5mm的宽度。在大型激光熔覆过程和设备无法适于修复或构造小型零件（易受热损害）的情况下，微型LAAM（μ-LAAM）可用于精确修复损坏的零件或用于小型三维部件的直接制造。例如，μ-LAAM的典型轨迹宽度和高度可分别小于300微米（μm）和100μm，并且需要更加精细的粉末焦点（例如，小于500μm）以获得具有期望分辨率的熔覆轨迹。

通过大型LAAM和微型LAAM（其中附加材料具有粉末形式），需要提供粉末给送嘴，粉末给送嘴通过稳定的粉末喷射排放粉末，该粉末喷射具有位于预定疏远距离（standoff）处的粉末焦点。然而，传统的粉末给送嘴无法令人满意地实现稳定的粉末喷射，特别是在由于需要非常精细的粉末焦点而使用微型LAAM的情况下。因此，本发明寻求提供克服或至少改善现有技术的上述问题的粉末给送嘴、以及包括该粉末给送嘴的相关装置和方法。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了用于粉末给送嘴的内嘴部，所述内嘴部能够共轴地设置在所述粉末给送嘴的外嘴部内，所述内嘴部包括：

上部，具有位于所述上部的表面上的多个确定形状，所述多个确定形状被配置为操纵流经所述上部的所述表面的粉末流；以及

下部，具有基本平坦的锥形表面以当所述内嘴部连接至所述外嘴部时在所述基本平坦的锥形表面与所述外嘴部的内表面之间形成通道，所述内嘴部与粉末入口联通以接收所述粉末流以流经所述上部的表面并穿过所述通道并流向所述通道的粉末排放出口。

优选地，所述多个确定形状包括多个突起。

可替换地，所述多个确定形状包括多个孔，每个孔被配置为支撑突起，使得所述突起从所述上部的表面突起。

优选地，所述上部包括凹部，并且所述多个确定形状被设置在所述凹部上。

优选地，所述凹部通常具有凹面轮廓并围绕所述上部圆周地延伸。

优选地，所述下部通常具有锥形轮廓，所述锥形轮廓在所述粉末排放出口处具有较窄尖端部。

优选地，所述内嘴部包括沿其纵向轴线延伸的开口，所述开口与位于所述较窄尖端部处的激光出口联通，所述开口形成用于激光束的通道。

优选地，所述通道被配置为在粉末焦点在远离所述较窄尖端部预定距离处与所述激光束相交的情况下从所述粉末排放出口排放所述粉末流。

优选地，所述多个确定形状以交错排列的方式设置在所述上部的表面上以促进粉末的均匀混合。

优选地，所述多个突起与所述上部形成为一体。

可替换地，所述多个突起可释放地连接至所述上部的表面。

优选地，所述多个突起在形状上通常为半球形。

根据本发明的第二个方面，提供了粉末给送嘴，包括：

内嘴部，根据前面提到的本发明的第一个方面；以及

外嘴部，其中所述内嘴部共轴地设置在所述外嘴部内以在所述内嘴部与所述外嘴部之间限定与所述粉末排放出口联通的所述通道。

优选地，所述外嘴部包括所述粉末入口，所述粉末入口被设置为向所述内嘴部的上部的表面直接提供粉末。

优选地，所述通道在所述粉末排放出口处的间隙被设置为位于约0.1mm至1mm的范围内。

根据本发明的第三个方面，提供了用于激光辅助添加物制造的组件，所述组件包括：

主体，被配置为连接至控制器并用于接收激光束；

粉末给送嘴，包括根据前面提到的本发明的第一个方面所述的内嘴部、以及外嘴部，其中所述内嘴部共轴地设置在所述外嘴部内以在所述内嘴部与所述外嘴部之间限定与所述粉末排放出口联通的所述通道，并且所述粉末给送嘴连接至所述主体的一端，以及

调节机构，位于所述主体上以使所述粉末给送嘴与所述激光束对齐。

根据本发明的第四个方面，提供了用于激光辅助添加物制造的方法，所述方法包括：