[发明专利]同轴送粉激光烧结装置

说明书

本发明的目的是设计同轴送粉激光烧结装置，主要用于增材制造领域。本发明提供了一种在保护气和载送气体的双层气流作用下由六个孔式送粉通道提供持续均匀稳定的金属粉末流，激光与金属粉末流在聚焦点处重合，实现复杂金属零件的激光烧结成形。本发明的有益效果是：1.本发明中送粉通道的锥形收缩出口、进出口直径和与激光中心轴角度的设计可使金属粉末汇聚性好、粉末利用率高、重力影响小。2.本发明采用六个送粉孔可防止出口堵塞，粉末量易控，提高粉末利用率，各送粉管中通入不同的粉末可以得到均匀的混合粉末。3.本发明中采用内外双层冷却系统。4.本发明可分别进行径向和轴向的调节。

技术领域

本发明涉及同轴送粉激光烧结装置，具体涉及同轴送粉激光烧结装置喷嘴结构的设计，属于增材制造领域。

背景技术

激光烧结技术通常可用于复杂结构的金属零件的制造，是集激光学、计算机学、机械设计、控制学及材料学等多学科知识于一体的新型材料成型工艺。

激光烧结技术可使激光与金属粉末材料同步传送到待加工成形区，并使粉末能够准确、连续且均匀的与激光光束在聚焦点重合，且不受待加工件的复杂程度的影响，即同轴送粉技术。为保证待加工金属零件内部组织结构的性能及表面粗糙度等，对粉末流量、送粉角度、粉末汇聚性、喷嘴温度控制、金属氧化问题以及出粉口到聚焦点的距离对成形区的影响等都是激光烧结技术中涉及的关键问题。

鉴于上述问题，为实现激光与粉末的精准结合，同轴送粉激光烧结装置的发明是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是设计同轴送粉激光烧结装置，以实现激光与金属粉末的精准结合，获得较好结构组织的金属零件，针对上述问题，本发明提供了一种用六个送粉管送粉的光外孔式同轴送粉的激光喷嘴，具体的技术方案如下。

同轴送粉激光烧结装置由激光与保护气通道、内冷却套、激光喷嘴主体、外冷却套、过渡套和激光头连接套组成，其中激光喷嘴主体包括六个送粉通道，六个载气通道以及内冷却套的进出水孔。

上述送粉通道均匀分布在激光喷嘴主体周向，送粉通道呈锥形，且与激光通道中心轴之间的夹角为锐角；

各载气通道与入粉孔相通，中心轴之间夹角为锐角，方向水平偏下；

内外冷却套分别焊接在激光喷嘴主体上，激光喷嘴主体上有内冷却套的进出水孔，而外冷却套的进出水孔位于自身上；

过渡套与激光喷嘴主体由精密螺纹连接，过渡套上开有保护气的入口孔，上方设有安装保护镜片的结构；

连接套上有调节过渡套径向位置的紧定螺钉孔和与过渡套连接的螺纹孔。

本发明的有益效果是：

1.本发明中送粉通道的锥形收缩出口、进出口直径和与激光中心轴的角度的设计可使金属粉末汇聚性好、不偏聚、粉末利用率高、重力影响小、飞溅和反弹现象不严重。

2.本发明采用六个送粉孔可防止出口堵塞，重力影响小，粉末量易控，提高粉末利用率，提供持续稳定均匀的粉末流，各送粉管中通入不同的粉末可以得到均匀的混合粉末。

3.本发明中与激光共用一个通道的保护气可防止烧结烟尘和飞溅粉末损坏聚焦透镜，防止烧结区氧化，并且和送粉的载气使粉末流形成“粉末帘”，提高粉末的均匀性和利用率。

4.本发明中载气可以起到对粉末的约束和汇聚作用，达到长距离的运送，除了防止粉末粒子的反弹分散，还可以保护待成形区。

5.本发明中采用内外双层冷却系统，内层采用下进上出，使冷却水充分循环达到冷却喷嘴芯的效果，外层采用上进上出，冷却水充分进入冷却后才由出口流出，防止由于激光反射使激光喷嘴变形影响粉末流通从而影响烧结精度。