同轴送粉激光烧结装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术的有益效果是：1.本发明专利技术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.本发明专利技术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.本发明专利技术中采用内外双层冷却系统。4.本发明专利技术可分别进行径向和轴向的调节。

Coaxial Powder Feeding Laser Sintering Device

【技术实现步骤摘要】
同轴送粉激光烧结装置
本专利技术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。
技术介绍
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专利技术是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术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.本专利技术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.本专利技术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.本专利技术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.本专利技术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。6.本专利技术中过渡套与连接套和激光喷嘴主体的连接分别可进行径向和轴向的调节，使激光与粉末流能精确的在聚焦点处重合；过渡套上设有保护镜片隔离粉末流和聚焦镜片，使聚焦镜片免受污染；过渡套的使用也提高了互换性。7.本专利技术中喷嘴下端面呈锥面，使飞散的粉末重聚，提高了粉末利用率，对散射的激光部分反射以保护喷嘴。附图说明：下面结合附图对本装置进一步说明。附图1：同轴送粉激光烧结装置结构主剖视示意图；附图2：同轴送粉激光烧结装置结构右剖视示意图；附图3：同轴送粉激光烧结装置激光喷嘴主体结构主剖视示意图；附图4：同轴送粉激光烧结装置结构整体主视示意图；图中：1-连接套；2-过渡套；3-保护气体入口；4-内冷却套；5-粉末通道；6-激光喷嘴主体；7-外冷却套；8-入粉孔；9-内六角螺钉孔；10-法兰盘；11-紧定螺钉孔；12-沉头螺钉孔；13-内冷却套入水口；14-外冷却套出水口；15-外冷却套入水口；16-内冷却套出水口。具体实施方式参照附图1、附图2、附图3、附图4，同轴送粉激光烧结装置，它包括：连接套(1)、过渡套(2)、保护气体入口(3)、内冷却套(4)、粉末通道(5)、激光喷嘴主体(6)、外冷却套(7)、入粉孔(8)、内六角螺钉孔(9)、法兰盘(10)、紧定螺钉孔(11)、沉头螺钉孔(12)、内冷却套入水口(13)、外冷却套出水口(14)、外冷却套入水口(15)、内冷却套出水口(16)组成。其特征在于：所述的连接套(1)与过渡套(2)用法兰盘(10)通过四个内六角螺钉孔(9)连接，连接套(1)与过渡套(2)间留有间隙，沿连接套(1)周向在紧定螺钉孔(11)处有三个紧定螺钉；过渡套(2)与激光喷嘴主体(6)通过精密螺纹连接，保护气体入口(3)在过渡套(2)上，保护镜片被固定在四个沉头螺钉孔(12)处；金属粉末从六个入粉孔(8)进入粉末通道(5)中，并且粉末通道(5)上方通入惰性气体载送金属粉末；内冷却套(4)与激光喷嘴主体(6)采用软钎焊焊接在一起；外冷却套(7)与激光喷嘴主体(6)也采用软钎焊焊接在一起。本专利技术工作过程如下：同轴送粉激光烧结装置中连接套(1)上的紧定螺钉孔(11)处的紧定螺钉用于调节激光喷嘴主体的径向位置，保证激光束始终从喷嘴中心通过；过渡套(2)与激光喷嘴主体(6)通过精密螺纹长旋合，保证同轴度，并且用于微调整轴向位置使激光焦点与粉末汇聚点重合，保护气体从保护气体入口(3)进入与激光共用激光通道防止熔池内金属氧化，防止烧结的烟尘和飞溅的粉末损坏聚焦透镜；金属粉末从六个入粉孔(8)进入粉末通道(5)中，并且粉末通道(5)上方通入惰性气体载送金属粉末持续稳定到达聚焦点，在载气与保护气体共同作用下形成粉末帘提高粉末均匀性和利用率，六个送粉管还可由于输送多种金属粉末，并且混合均匀；采用双层冷却系统，在内层冷却水从内冷却套入水口(13)进入内冷却套(4)与激光喷嘴主体(6)的下部腔室中，再从上下两腔室中间的挡板缝隙进入上部腔室中，由内冷却套出水口(16)流出，即下进上出，充分冷却喷嘴内芯；外层中冷却水从外冷却套入水口(15)进入，充分冷却送粉通道及喷嘴外部后由外冷却套出水口(14)流出。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.同轴送粉激光烧结装置，其中包括连接套（1）、过渡套（2）、保护气体入口（3）、内冷却套（4）、粉末通道（5）、激光喷嘴主体（6）、外冷却套（7）、入粉孔（8）、内六角螺钉孔（9）、法兰盘（10）、紧定螺钉孔（11）、沉头螺钉孔（12）、内冷却套入水口（13）、外冷却套出水口（14）、外冷却套入水口（15）、内冷却套出水口（16）。

【技术特征摘要】
1.同轴送粉激光烧结装置，其中包括连接套（1）、过渡套（2）、保护气体入口（3）、内冷却套（4）、粉末通道（5）、激光喷嘴主体（6）、外冷却套（7）、入粉孔（8）、内六角螺钉孔（9）、法兰盘（10）、紧定螺钉孔（11）、沉头螺钉孔（12）、内冷却套入水口（13）、外冷却套出水口（14）、外冷却套入水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元，王乐，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23