一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置，利用同轴嵌套设置的送丝通道管和送粉通道管形成同轴输送丝材和粉末的打印结构，能够使焊丝和粉末沿同轴线输出，在送丝通道管和送粉通道管上端设置焊丝驱动装置和光镜结构，利用光镜结构形成激光束聚焦的光斑与送丝通道管和送粉通道管出口的焊丝和粉末束流同轴，从而达到同时送丝和送粉同时对同轴上的焊丝和粉末进行熔融成形的目的，成形颗粒增强金属基复合材料，可以成形任意材料成形，将电弧增材低成本、高效率的优势和激光增材的高精度的优势相结合，结构简单，使用方便。

An arc laser coaxial wire feeding powder printing nozzle and additive manufacturing device

【技术实现步骤摘要】
一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置
本专利技术属于金属增材制造
，具体涉及一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置。
技术介绍
增材制造技术根据热源可分为激光、电子束和电弧三大类，所需的材料分为粉末材料和丝材材料。送丝式电弧增材制造和送粉式的激光增材制造由于在快速成形大尺寸一体化复杂构件方面具有极大的优势，已经受到工业界和科研院所的高度关注。相较于粉材，基于丝材的电弧增材制造具有材料利用率高和沉积速率高，设备成本低等特点，在成形大尺寸零件方面具有效率更高，成本更低等突出优势。CMT电弧更是避免了传统电弧熔滴穿透，飞溅多等缺点。然而电弧增材的零件表面质量较差，必须进行机加工，而且在成形Mo，W，金属基复合材料等材料时存在困难。而激光送粉产生的零件通常内部缺陷少，表面精度高，但是不利于Cu，Mg等低激光吸收率的材料成形。可见，送丝式电弧增材制造和送粉式的激光增材制造在成形金属材料时仍然面临诸多挑战。在复杂形状零件成形和高表面质量零件成形方面不具优势，成形材料的选择范围有限，无法适应多种组合材料成形，目前没有能够有效实现送丝和送粉同时进行的打印喷头结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头及增材制造装置，以克服现有CMT电弧-激光无法同时成形且成形材料选择范围有限的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，包括内腔导流装置、焊丝驱动装置和光镜结构；内腔导流装置包括送丝通道管和送粉通道管，送丝通道管嵌套于送粉通道管内，送丝通道管与送粉通道管同轴设置，送丝通道管为中通结构，送丝通道管上端为送丝入口，送丝通道管下端为送丝出口，送粉通道管为双层管壁，送粉通道管的双层管壁之间为送粉通道，送粉通道管侧壁设有连通送粉通道内的送粉入口，送粉通道管下端设有送粉出口，送丝通道管的送丝出口和送粉通道管的送粉出口平齐；焊丝驱动装置固定于送丝通道管上端，焊丝驱动装置的送丝出口与送丝通道管上端的送丝入口对齐，光镜结构用于将激光束聚焦于送丝出口和送粉出口轴线上。进一步的，光镜结构包括分光镜和反光镜，分光镜固定于焊丝驱动装置上端，反光镜设置于分光镜四周，分光镜将激光束分散至分光镜四周的反光镜上，分散后的激光束经反光镜聚焦于送粉出口或送丝出口下端。进一步的，还包括喷头保护套筒，光镜结构通过光镜支架固定于喷头保护套筒上端，分光镜固定于光镜支架中间，分光镜将竖直的入射激光束分散为水平激光束，分光镜固定于分光镜四周，多个分光镜将水平激光束汇聚于送粉出口下端，焊丝驱动装置固定于光镜支架下端，焊丝驱动装置位于分光镜下端，内腔导流装置固定于焊丝驱动装置下端。进一步的，送丝通道管和送粉通道管两端分别通过连接法兰和连接喷嘴连接。进一步的，连接法兰中间设有螺纹通孔，连接法兰下端螺纹通孔外侧设有连接螺纹，送丝通道管与连接法兰的螺纹通孔连接，送粉通道管上端与连接法兰下端通过螺纹连接。进一步的，连接喷嘴中间设有焊丝出口，连接喷嘴上端设有与送粉通道管下端外侧螺纹连接的内螺纹，连接喷嘴上设有粉末出口。进一步的，送粉通道管外侧设有冷却管，冷却管侧壁开设有冷却液入口和冷却液出口。进一步的，冷却管外侧套设有保护气体通道，保护气体通道的侧壁开设有保护气体入口(821)，保护气体通道下端设有保护气体出口，保护气体出口高于送丝出口。进一步的，分光镜至少具有两个分光镜面，反光镜形状为圆形，绕喷头中轴线旋转对称，反光镜镜面与朝向光镜分镜面。一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头的增材制造装置，包括机器人、计算机以及与计算机连接的运动控制系统、激光器、CMT电弧焊机、送粉系统和气氛控制系统，复合喷头固定于机器人机器臂上，激光器固定于复合喷头上端，激光器的激光束能够进入复合喷头的分光镜上，CMT电弧焊机为系统提供焊接电弧，送粉系统的出粉口与送粉入口连通，气氛控制系统的气体出口与保护气体入口连通。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，利用同轴嵌套设置的送丝通道管和送粉通道管形成同轴输送丝材和粉末的打印结构，能够使焊丝和粉末沿同轴线输出，在送丝通道管和送粉通道管上端设置焊丝驱动装置和光镜结构，利用光镜结构形成激光束聚焦的光斑与送丝通道管和送粉通道管出口的焊丝和粉末束流同轴，从而达到同时送丝和送粉同时对同轴上的焊丝和粉末进行熔融成形的目的，成形颗粒增强金属基复合材料，可以成形任意材料成形，将电弧增材低成本、高效率的优势和激光增材的高精度的优势相结合，结构简单，使用方便。进一步的，光镜结构包括分光镜和反光镜，分光镜固定于焊丝驱动装置上端，反光镜设置于分光镜四周，分光镜将激光束分散至分光镜四周的反光镜上，分散后的激光束经反光镜聚焦于送粉出口或送丝出口下端，利用分光镜和反光镜结构，使激光束从喷头上端进入，下端输出，从而减小了喷头结构体积。进一步的，利用喷头保护套筒结构为内腔导流装置、焊丝驱动装置和光镜结构提供保护腔体，避免外部环境干扰。进一步的，送丝通道管和送粉通道管两端分别通过连接法兰和连接喷嘴连接，连接结构简单，便于维修更换。进一步的，送粉通道管外侧设有冷却管，冷却管侧壁开设有冷却液入口和冷却液出口，能够有效防止送丝通道管和送粉通道管过热造成材料粘结。进一步的，冷却管外侧套设有保护气体通道，保护气体通道的侧壁开设有保护气体入口，保护气体通道下端设有保护气体出口，保护气体出口高于送丝出口，利用嵌套型结构的冷却管，能够使保护气体从保护气体通道流出后形成保护墙，成为焊丝和粉末焊接氛围，避免了整体装置需要进入惰性气体环境，提高了打印喷头适用性。一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头的增材制造装置，利用激光器和CMT电弧焊机组成电弧-激光同轴送丝送粉系统，利用同轴送丝送粉打印喷头实现同轴送丝送粉，从而成形颗粒增强金属基复合材料，可以成形任意材料成形；将电弧增材低成本、高效率的优势和激光增材的高精度的优势相结合，本装置可以快速成形具有高表面质量的复杂零件，制造成本低，制造效率高，也可以对丝材或粉材单独进行成形打印，适用范围广。附图说明图1是本专利技术整体示意图。图2是本专利技术复合喷头结构示意图。图3是本专利技术内腔导流装置中的连接喷嘴结构。图中：1、计算机；2、运动控制系统；3、激光器；4、CMT电弧焊机；5、送粉系统；6、气氛控制系统；7、机器人；8、复合喷头；80、焊丝出口；81、喷头保护套筒；82、内腔导流装置；821、保护气体入口；822、保护气体出口；823、冷却液体入口；824、冷却液体出口；825、送粉入口；826、连接结构；827、连接喷嘴；828、送丝通道管；829、送粉通道管；83、焊丝驱动装置；84、光镜结构；841、分光镜；842、反光镜。具体实施方式下面结合附图1-3以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的具体实施例以说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，其特征在于，包括内腔导流装置(82)、焊丝驱动装置(83)和光镜结构(84)；/n内腔导流装置(82)包括送丝通道管(828)和送粉通道管(829)，送丝通道管(828)嵌套于送粉通道管(829)内，送丝通道管(828)与送粉通道管(829)同轴设置，送丝通道管(828)为中通结构，送丝通道管(828)上端为送丝入口，送丝通道管(828)下端为送丝出口，送粉通道管(829)为双层管壁，送粉通道管(829)的双层管壁之间为送粉通道，送粉通道管(829)侧壁设有连通送粉通道内的送粉入口(825)，送粉通道管(829)下端设有送粉出口，送丝通道管(828)的送丝出口和送粉通道管(829)的送粉出口平齐；/n焊丝驱动装置(83)固定于送丝通道管(828)上端，焊丝驱动装置(83)的送丝出口与送丝通道管(828)上端的送丝入口对齐；光镜结构(84)用于将激光束聚焦于送丝出口和送粉出口轴线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，其特征在于，包括内腔导流装置(82)、焊丝驱动装置(83)和光镜结构(84)；
内腔导流装置(82)包括送丝通道管(828)和送粉通道管(829)，送丝通道管(828)嵌套于送粉通道管(829)内，送丝通道管(828)与送粉通道管(829)同轴设置，送丝通道管(828)为中通结构，送丝通道管(828)上端为送丝入口，送丝通道管(828)下端为送丝出口，送粉通道管(829)为双层管壁，送粉通道管(829)的双层管壁之间为送粉通道，送粉通道管(829)侧壁设有连通送粉通道内的送粉入口(825)，送粉通道管(829)下端设有送粉出口，送丝通道管(828)的送丝出口和送粉通道管(829)的送粉出口平齐；
焊丝驱动装置(83)固定于送丝通道管(828)上端，焊丝驱动装置(83)的送丝出口与送丝通道管(828)上端的送丝入口对齐；光镜结构(84)用于将激光束聚焦于送丝出口和送粉出口轴线上。


2.根据权利要求1所述的一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，其特征在于，光镜结构(84)包括分光镜(841)和反光镜(842)，分光镜(841)固定于焊丝驱动装置(83)上端，反光镜(842)设置于分光镜(841)四周，分光镜(841)将激光束分散至分光镜(841)四周的反光镜(842)上，分散后的激光束经反光镜(842)聚焦于送粉出口或送丝出口下端。


3.根据权利要求2所述的一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，其特征在于，还包括喷头保护套筒(81)，光镜结构(84)通过光镜支架固定于喷头保护套筒(81)上端，分光镜(841)固定于光镜支架中间，分光镜(841)将竖直的入射激光束分散为水平激光束，分光镜(841)固定于分光镜(841)四周，多个分光镜(841)将水平激光束汇聚于送粉出口下端，焊丝驱动装置(83)固定于光镜支架下端，焊丝驱动装置(83)位于分光镜(841)下端，内腔导流装置(82)固定于焊丝驱动装置(83)下端。


4.根据权利要求1所述的一种电弧激光同轴送丝送粉打印喷头，其特征在于，送丝通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保强，张丽娟，方学伟，王博文，郑龙飞，杨健楠，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61