一種光纖激光同軸送粉嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆及激光快速成型制造領(lǐng)域，具體涉及一種光纖激光同軸送粉嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆和激光快速成型制造都是激光增材制造的一種加工應(yīng)用，激光熔覆是利用高能束激光照射金屬表面使其發(fā)生熔化，通過(guò)填料方式將金屬粉末或陶瓷粉末送入熔池中，與金屬表面一起熔化，最后冷卻凝固在金屬表面形成一層異于基材性能的防護(hù)層。激光快速成型制造又稱激光3D打印，是激光熔覆的三維空間運(yùn)用，在計(jì)算機(jī)軟件中將待打印物體三維模型分層切片，然后生成激光掃描軌跡通過(guò)機(jī)床控制熔覆頭逐層掃描堆積材料，最終形成三維立體打印實(shí)物。
[0003]目前激光熔覆和激光快速成型制造主要采用的送粉方式有預(yù)置鋪粉、旁軸送粉和同軸送粉三種方式。預(yù)置鋪粉多一道鋪粉工序，且鋪粉均勻性很難控制，鋪粉后激光掃描成型熔覆層內(nèi)容易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷，對(duì)于工件異形面多層熔覆，該方式效率低很難操作。旁軸送粉即側(cè)向送粉能實(shí)現(xiàn)基材表面與粉末同時(shí)熔化，效率極大提高但主要問(wèn)題是送粉束與激光束的重合程度不易控制，且因?yàn)閱蜗蛩头?，熔覆層成型受激光掃描方向影響很大，旁軸送粉主要用于簡(jiǎn)單表面如平面、柱面熔覆，對(duì)于異形面成型質(zhì)量不均勻且易碰撞干涉。
[0004]同軸送粉相比較旁軸送粉，粉末利用率有了較大的提高，但粉末匯聚焦點(diǎn)不易定位。送粉方式主要有四路同軸送粉或環(huán)狀同軸送粉，前者因?yàn)閮?nèi)部或外部做冷卻模塊，整個(gè)送粉嘴往往制作很大，不利于小工件內(nèi)面熔覆加工，且因送粉管分布在四個(gè)方向，很大概率在異形面熔覆過(guò)程中因?yàn)槿鄹差^擺動(dòng)姿態(tài)使工件表面激光反射造成粉管口粉末熔化凝固成金屬球堵住管口。環(huán)狀送粉嘴是由錐形套筒疊套匯聚粉末，由于套筒壁較薄，所以環(huán)狀送粉嘴只適用于小功率激光熔覆，否則會(huì)因?yàn)榇蠊β始す夥瓷渌头圩焐岵患皶r(shí)造成損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了完善現(xiàn)有同軸熔覆嘴使用中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖激光同軸送粉嘴，具有粉末匯聚性好、粉末焦點(diǎn)易定位、粉末利用率高、熔覆寬度可調(diào)、冷卻效果好、尺寸小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種光纖激光同軸送粉嘴，由一整塊實(shí)心圓柱紫銅車削而成，其上部為圓柱體，下部為圓錐體，圓柱體的外圓加工一段精密安裝螺紋，圓錐體內(nèi)腔的圓錐度小于外形圓錐的錐度，圓錐體內(nèi)從上端沿軸心面加工成5個(gè)通道，其中一個(gè)為定位導(dǎo)引光傳輸通道、一個(gè)為正壓力保護(hù)氣體傳輸通道、三個(gè)為粉末傳輸通道1、粉末傳輸通道I1、粉末傳輸通道III，三個(gè)粉末傳輸通道1、粉末傳輸通道I1、粉末傳輸通道III以120度分布在圓錐周圍，其特征在于:所述的定位導(dǎo)引光傳輸通道和正壓力保護(hù)氣體傳輸通道分別設(shè)在其中兩個(gè)粉末傳輸通道中間，正壓力保護(hù)氣體傳輸通道貫穿到送粉嘴圓錐內(nèi)腔，定位導(dǎo)引光傳輸通道與三個(gè)粉末傳輸通道同心且與送粉嘴軸心線夾角保持一致并貫穿到空腔下端四周。
[0007]所述的粉末傳輸通道1、粉末傳輸通道II間設(shè)有貫通相連的內(nèi)孔1、內(nèi)孔II，用于冷卻水傳輸。
[0008]所述的粉末傳輸通道I1、粉末傳輸通道III間設(shè)有貫通到送粉嘴內(nèi)腔的通孔用于正壓力保護(hù)氣體輸入。
[0009]本發(fā)明可調(diào)節(jié)激光熔覆寬度，粉末匯聚程度高無(wú)需調(diào)節(jié)，粉末匯聚焦點(diǎn)易定位粉末利用率高，能有效防止熔覆飛濺污染腔內(nèi)鏡片，冷卻快速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小巧工作穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明光纖激光同軸送粉嘴的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為圖1的剖視圖。
[0012]圖3為安裝本發(fā)明的熔覆頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:1精密安裝螺紋；2正壓力保護(hù)氣體傳輸通道；3粉末傳輸通道I;4粉末傳輸通道II ;5粉末傳輸通道III ;6定位導(dǎo)引光傳輸通道；7內(nèi)孔I ;8內(nèi)孔II ;9圓錐體內(nèi)腔9;10光纖QBH插口。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參見圖1、圖2，一種光纖激光同軸送粉嘴，由一整塊實(shí)心圓柱紫銅車削而成，其上部為圓柱體，下部為圓錐體，圓柱體的外圓加工一段精密安裝螺紋1，圓錐體內(nèi)腔9的圓錐度小于外形圓錐的錐度，圓錐體內(nèi)從上端沿軸心面加工成5個(gè)通道，其中一個(gè)為定位導(dǎo)引光傳輸通道6、一個(gè)為正壓力保護(hù)氣體傳輸通道2、三個(gè)為粉末傳輸通道I 3、粉末傳輸通道II 4、粉末傳輸通道III 5，三個(gè)粉末傳輸通道I 3、II 4JII 5以120度分布在圓錐周圍，所述的定位導(dǎo)引光傳輸通道6和正壓力保護(hù)氣體傳輸通道2分別在其中兩個(gè)粉末傳輸通道中間，正壓力保護(hù)氣體傳輸通道2貫穿到送粉嘴圓錐內(nèi)腔，定位導(dǎo)引光傳輸通道6與三個(gè)為粉末傳輸通道I 3、粉末傳輸通道II 4、粉末傳輸通道III 5同心且與送粉嘴軸心線夾角保持一致并貫穿到空腔下端四周。粉末傳輸通道I 3、粉末傳輸通道II 4間設(shè)有貫通相連的內(nèi)孔I 7、II 8，用于冷卻水傳輸。粉末傳輸通道II 4、粉末傳輸通道III 5間設(shè)有貫通到送粉嘴內(nèi)腔的通孔用于正壓力保護(hù)氣體輸入。
[0015]由圖3知，將本發(fā)明光纖激光同軸送粉嘴通過(guò)精密安裝螺紋I固定到熔覆頭下端，形成上端封閉(熔覆頭內(nèi)部由三組鏡片分隔)下端開口的空腔。惰性保護(hù)氣體經(jīng)由正壓力保護(hù)氣體傳輸通道2充入送粉嘴圓錐體內(nèi)腔9內(nèi)，在內(nèi)部形成正壓力，由送粉嘴下端開口處往外流出，激光熔覆過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵、飛散粉末、濺射火花在該氣流的作用下向四周分散，進(jìn)入不到送粉嘴內(nèi)部，從而對(duì)熔覆頭內(nèi)部鏡片起到保護(hù)作用，另外在該保護(hù)氣流的作用下，激光粉末熔池在凝固過(guò)程中的氧化得到有效控制，氣體流量保持在10-15L/min，流量過(guò)大會(huì)影響粉末匯聚，流量過(guò)小不能有效阻止煙塵進(jìn)入送粉嘴內(nèi)部。光纖插入熔覆頭QBH插口 10，激光由光纖中出來(lái)經(jīng)熔覆頭內(nèi)部鏡片匯聚后在送粉嘴下端形成焦點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)送粉嘴螺紋旋入熔覆頭的距離，改變粉末匯聚焦點(diǎn)相對(duì)激光焦點(diǎn)的位置，從而改變粉末焦平面上激光光斑的大小，最終達(dá)到調(diào)節(jié)激光熔覆寬度的目的。粉末在保護(hù)氣作用下經(jīng)由粉末傳輸通道I 3、粉末傳輸通道II 4、粉末傳輸通道III 5流出，在送粉嘴下端匯聚，粉末焦點(diǎn)在送粉嘴下端15_處，焦點(diǎn)離送粉嘴下端越近，越容易在熔覆中發(fā)生碰撞干涉，離得越遠(yuǎn)，粉末受氣流影響越大，發(fā)散越厲害，粉末利用率越低，所以12-17mm為最佳粉末焦點(diǎn)位置。將藍(lán)光發(fā)光二極管裝置安裝到定位導(dǎo)引光傳輸通道6上，由于定位導(dǎo)引光傳輸通道6與粉末傳輸通道I 3、粉末傳輸通道II 4、粉末傳輸通道III 5在送粉嘴上同圓心且與送粉嘴軸心線夾角一致，所以粉末焦點(diǎn)在定位導(dǎo)引光傳輸通道6軸心線上，經(jīng)由熔覆頭傳輸?shù)募す馄骷t光引導(dǎo)光與經(jīng)由定位導(dǎo)引光傳輸通道6傳輸?shù)乃{(lán)光相交處即為粉末焦點(diǎn)，粉末焦點(diǎn)很輕易就能定位，無(wú)需每次熔覆前通過(guò)測(cè)熔覆頭在工件表面高度來(lái)找粉末匯聚焦點(diǎn)。水流在相連內(nèi)孔I 7、內(nèi)孔II 8之間傳輸，帶走熔覆過(guò)程中激光反射至送粉嘴產(chǎn)生的熱量，使送粉嘴能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，不會(huì)發(fā)生溫度過(guò)高而產(chǎn)生粉路堵管的現(xiàn)象。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、送粉嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)連接件無(wú)裝配件，所有功能均是通過(guò)在錐體內(nèi)通孔實(shí)現(xiàn)，這樣可以將送粉嘴尺寸做得很小，減少了碰撞干涉的概率，能實(shí)現(xiàn)一些特殊小工件內(nèi)面熔覆。2、送粉嘴在加工前就已經(jīng)將粉末匯聚焦點(diǎn)、粉路與送粉嘴軸心線夾角、粉末傳輸孔徑設(shè)計(jì)好，所以在激光熔覆時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)粉路，加工效率得以提高。3、設(shè)置了粉末焦點(diǎn)定位導(dǎo)引光傳輸通道，定位導(dǎo)引光與沿送粉嘴軸心傳輸?shù)募す饧t光引導(dǎo)光重合處即粉末焦點(diǎn)位置，如此粉末焦點(diǎn)易定位，能保證粉末精準(zhǔn)地送入熔池，提高了粉末利用率。4、通過(guò)正壓力保護(hù)氣體傳輸通道往送粉嘴內(nèi)腔充入惰性保護(hù)氣體，保持腔內(nèi)正壓，既能防止熔覆過(guò)程中的粉末煙塵等污染鏡片，又能對(duì)熔覆起到防止氧化保護(hù)作用。5、紫銅送粉嘴內(nèi)部通水冷卻，使其能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，不僅適用小功率熔覆，大功率熔覆也能進(jìn)行。6、送粉嘴上沿的精密螺紋將送粉嘴固定在熔覆頭上，且通過(guò)螺紋能調(diào)節(jié)粉末焦點(diǎn)相對(duì)激光焦點(diǎn)的位置，從而可以調(diào)節(jié)激光熔覆的寬度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖激光同軸送粉嘴，由一整塊實(shí)心圓柱紫銅車削而成，其上部為圓柱體，下部為圓錐體，圓柱體的外圓加工一段精密安裝螺紋(1)，圓錐體內(nèi)腔(9)的圓錐度小于外形圓錐的錐度，圓錐體內(nèi)從上端沿軸心面加工成(5)個(gè)通道，其中一個(gè)為定位導(dǎo)引光傳輸通道(6)、一個(gè)為正壓力保護(hù)氣體傳輸通道(2)、三個(gè)為粉末傳輸通道I (3)、粉末傳輸通道II(4)、粉末傳輸通道III(5)，三個(gè)粉末傳輸通道I(3)、粉末傳輸通道II (4)、粉末傳輸通道III(5)以120度分布在圓錐周圍，其特征在于:所述的定位導(dǎo)引光傳輸通道(6)和正壓力保護(hù)氣體傳輸通道(2 )分別在其中兩個(gè)粉末傳輸通道中間，正壓力保護(hù)氣體傳輸通道(2 )貫穿到送粉嘴圓錐內(nèi)腔，定位導(dǎo)引光傳輸通道(6)與三個(gè)粉末傳輸通道同心且與送粉嘴軸心線夾角保持一致并貫穿到空腔下端四周。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖激光同軸送粉嘴，其特征在于:所述的粉末傳輸通道I(3)、粉末傳輸通道II (4)間設(shè)有貫通相連的內(nèi)孔I (7)、內(nèi)孔II (8)，用于冷卻水傳輸。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光纖激光同軸送粉嘴，其特征在于:所述的粉末傳輸通道II(4)、粉末傳輸通道III(5)間設(shè)有貫通到送粉嘴內(nèi)腔的通孔用于正壓力保護(hù)氣體輸入。
【專利摘要】一種光纖激光同軸送粉嘴，由一整塊實(shí)心圓柱紫銅車削而成，其上部為圓柱體，下部為圓錐體，其特征在于：所述的定位導(dǎo)引光傳輸通道（6）和正壓力保護(hù)氣體傳輸通道（2）分別設(shè)在其中兩個(gè)粉末傳輸通道中間，正壓力保護(hù)氣體傳輸通道（2）貫穿到送粉嘴圓錐內(nèi)腔，定位導(dǎo)引光傳輸通道（6）與三個(gè)粉末傳輸通道同心且與送粉嘴軸心線夾角保持一致并貫穿到空腔下端四周。本發(fā)明可調(diào)節(jié)激光熔覆寬度，粉末匯聚程度高無(wú)需調(diào)節(jié)，粉末匯聚焦點(diǎn)易定位粉末利用率高，能有效防止熔覆飛濺污染腔內(nèi)鏡片，冷卻快速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小巧工作穩(wěn)定。
【IPC分類】C23C24-10, B22F3-105
【公開號(hào)】CN104593768
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048429
【發(fā)明人】于建兵, 農(nóng)光壹, 李午紅, 丁健, 王一, 林培晨
【申請(qǐng)人】江蘇中科四象激光科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日