[发明专利]激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴

说明书

本发明所述的激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴，涉及增材制造领域，具体为一种用于激光直接成形的光粉主动调节喷嘴。激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴包括：激光离焦量调节机构、连接套和粉末离焦量调节机构；激光离焦量调节机构装于连接套的内侧上部；粉末离焦量调节机构装于连接套的外侧中部和下部。本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、光斑与粉斑单独调节、实现光斑与粉斑尺寸匹配等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴。

技术领域

本发明所述的激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴，涉及增材制造领域，具体为一种用于激光直接成形的光粉主动调节喷嘴。

背景技术

随着航空航天、核能源、海洋工程制造业对精密复杂零部件的需求日益迫切，目前兴起的增材制造技术以其灵活、高效的特点，在复杂零部件制造中快速发展。现有金属激光增材制造主要有以下三种方式：铺粉式、同轴送粉式和旁轴送粉式，而同轴送粉式与其他两种方式相比，具有灵活、快速、成形质量好等优势。激光同轴送粉式增材制造效率和质量取决于激光功率、光斑尺寸等激光工艺参数和粉管角度、粉斑尺寸等气粉流工艺参数。然而当激光光斑尺寸大于粉斑尺寸时，会造成能量密度过大，容易产生气孔等缺陷，影响增材制造零件质量；当激光光斑尺寸小于粉斑尺寸时，会造成气粉流无法完全输送至熔池，粉末利用率低，降低增材制造效率。

目前，现有同轴送粉喷嘴分为多通道同轴送粉喷嘴和锥环式同轴送粉喷嘴，其中西安交通大学用于变光斑工艺的同轴送粉喷嘴(CN103060801B)采用了锥环形同轴送粉喷嘴，可以通过调节激光离焦量实现激光光斑尺寸的调节，但是该设计内流道结构复杂，喷嘴出口气粉流均匀性、汇聚性差，气粉流入射角度无法调节，无法根据光斑尺寸调节粉斑尺寸。美国通用公司的专利(US7358457)采用了多通道同轴送粉喷嘴，其保护气结构设计巧妙，但是该设计粉管内小型梯度孔加工困难，无法调节粉管入射角度，适用性有限。西安交通大学用于激光直接成形角度可调式四管同轴送粉喷嘴(CN1025540371A)解决了粉管角度无法调节的问题，可以通过调节粉末离焦量实现粉斑尺寸的调节，但是无法根据粉斑尺寸调节光斑尺寸，结构复杂，四个粉管角度无法同步调节。综上所述，现有的同轴送粉喷嘴无法同时实现粉末离焦量和激光离焦量的主动调节，无法适应零件制造特征的要求，导致光斑尺寸与粉斑尺寸不匹配，造成粉末材料浪费，影响增材制造零件质量，降低加工效率。因此，如何主动调节同轴送粉喷嘴粉末离焦量和激光离焦量是发展同轴送粉增材制造技术亟待解决的难题。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴。用以实现粉末离焦量和激光离焦量的同时主动调节，来适应零件制造特征的要求，实现光斑尺寸与粉斑尺寸的匹配，节约粉末材料，提高增材制造零件质量，提高加工效率。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的用于激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴，其特征在于用于激光直接成型的光粉主动调节同轴送粉喷嘴包括：激光离焦量调节机构、连接套和粉末离焦量调节机构；激光离焦量调节机构装于连接套内侧上部；粉末离焦量调节机构装于连接套的外侧中部和下部；

本发明所述的连接套的内侧中部加工有安装台，外侧中部加工有上环台和下环台；上环台上加工有通孔，下环台上加工有安装孔，通孔与安装孔同轴加工；

本发明所述的激光离焦量调节机构包括：透镜、镜座、调节螺套和保护镜；调节螺套与连接套的顶部螺纹连接，并可自由旋转；透镜装于镜座上部的内环台上，镜座与调节螺套通过螺纹连接，通过调节螺套的旋转带动镜座与透镜做垂直上下运动，调节激光离焦量从而调节光斑尺寸；保护镜装于连接套内侧的安装台上；