【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光增材制造，具体涉及一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴及其装置。
技术介绍
1、激光增材制造技术是一种新的材料成型及表面改性技术，是以激光作为热源，按照预定的加工路径，通过预置或者同步输送的方式，将材料添加至由激光加热形成的熔池当中，并使二者共同快速凝固形成包覆层，在基板上层层堆积，最终实现材料直接成型或表面改性的功能。
2、在激光增材制造过程中，粉末材料的输送非常重要，良好的输送可以减少粉末的浪费，提高粉末的利用率，得到具有较好的各向同性的熔覆层表面，熔覆层表面更平整、光滑，因此送粉系统成为激光增材制造技术中的一个非常重要的环节，而送粉喷嘴作为送粉系统的关键组成部分之一，它直接影响成型零件的精度。
3、随着工业的快速发展，单一材料已很难满足工业实际生产要求，利用激光增材制造技术制备功能梯度材料、复合涂层以及原味生成复合材料成为一种新的发展趋势。但是目前对多材料送粉的研究基本上是先预混合粉末，再通过单通道送粉喷嘴来实现的。对于单通道送分喷嘴来说，多材料混合粉末由于各种金属粉末的性质不一样，特别是密度和粒径两个参数对粉末输送特性有很大的影响，因此在输送过程中，很难保持混合粉末的既定比例。
4、美国密苏里科技大学frank liou等人通过实验研究发现：由于粉末颗粒直径和密度的不同，粉末混合物在从送粉器输送到熔池的过程中发生分离，这种分离可能导致沉积材料中的严重成分偏差。cn 105734560a公开了一种用于双层梯度激光增材制造八路同轴送粉喷嘴，其通过采用内四路、外四路的送
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可靠性高、可实现对异种材料输送比例实时调节的多材料激光送粉喷嘴及其装置。
2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，包括设有激光通道的中空锥形喷嘴主体，所述锥形喷嘴主体的上端面设有位于内圈的内送粉通道和位于外圈的外送粉通道，所述内送粉通道和外送粉通道围绕锥形喷嘴主体中轴线呈圆周阵列分布，所述内送粉通道的倾角小于外送粉通道的倾角，两个送粉通道的粉末流汇聚于锥形喷嘴主体下端的同一焦点。
3、进一步，所述内送粉通道包括上端的内进粉孔和下端的内环隙通道，所述内进粉孔与内环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
4、进一步，所述外送粉通道包括上端的外进粉孔和下端的外环隙通道，所述外进粉孔与外环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
5、进一步，所述内环隙通道与锥形喷嘴主体的中轴线夹角为α1，10°≤α1＜30°；所述外环隙通道与锥形喷嘴主体的中轴线夹角为α2，10°＜α2≤30°，其中，夹角α2＞夹角α1。
6、进一步，所述内进粉孔和外进粉孔为交替分布，相邻的内进粉孔和外进粉孔与锥形喷嘴主体的中轴线所构成的平面夹角相同。
7、进一步，所述内环隙通道宽度为d1，0.6mm≤d1≤1.5mm；所述外环隙通道宽度为d2，0.6mm≤d2≤1.5mm。
8、进一步，所述锥形喷嘴主体设有环形水冷腔，所述环形水冷腔位于锥形喷嘴主体壁面与外环隙通道之间，所述环形水冷腔上端设有进水口与出水口。
9、进一步，所述的内送粉通道和外送粉通道为环孔通道或环孔通道和环隙通道的组合通道。
10、一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉装置，包括用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴。
11、本专利技术与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：
12、(1)本专利技术通过设置相互独立的多路送粉通道，采用具有双通道的送粉喷嘴，异种粉末分别依次通过进粉孔和环隙通道，粉束汇聚至激光辐照形成的熔池中心，可以单独控制异种粉末的载气流量及输送质量，从而调节粉末流的汇聚特性，控制成型物的成分比例。
13、(2)本专利技术通过数值模拟计算，内环隙通道、外环隙通道采用不同的倾角，外环隙通道的倾角略低于内环隙通道的倾角，使得异种粉末经过环隙通道后汇聚在同一焦点，粉末焦斑直径更小，提高了成型效率。
14、(3)本专利技术在锥形喷嘴主体的壁面与外环隙通道壁面之间设有环形水冷腔，环形水冷腔上端连接有进水口与出水口，水冷腔为环形，深度达喷嘴主体深度的二分之一，散热面积大，可以高效的对激光辐射产生的能量进行散热。
15、(4)本专利技术的内进粉孔与外进粉孔下端为圆弧过渡，起到进粉孔与环隙通道结构过渡的作用，且经过环隙通道出粉，在激光增材制造送粉过程中，粉末输送更为连续、均匀。
16、(5)本专利技术的内进粉孔与外进粉孔为交替分布，相邻的内进粉孔和外进粉孔与锥形喷嘴主体的中轴线所构成的平面夹角为45°，不存在结构冲突，便于送粉器与喷嘴之间的连接。
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1.一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，包括设有激光通道的中空锥形喷嘴主体，其特征在于：所述锥形喷嘴主体的上端面设有位于内圈的内送粉通道和位于外圈的外送粉通道，所述内送粉通道和外送粉通道围绕锥形喷嘴主体中轴线呈圆周阵列分布，所述内送粉通道的倾角小于外送粉通道的倾角，两个送粉通道的粉末流汇聚于锥形喷嘴主体下端的同一焦点。
2.根据权利要求1所述的用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内送粉通道包括上端的内进粉孔和下端的内环隙通道，所述内进粉孔与内环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
3.根据权利要求2所述的用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述外送粉通道包括上端的外进粉孔和下端的外环隙通道，所述外进粉孔与外环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
4.根据权利要求3所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内环隙通道与锥形喷嘴主体的中轴线夹角为α1，10°≤α1＜30°；所述外环隙通道与锥形喷嘴主体的中轴线夹角为α2，10°＜α2≤30°，其
5.根据权利要求4所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内进粉孔和外进粉孔为交替分布，相邻的内进粉孔和外进粉孔与锥形喷嘴主体的中轴线所构成的平面夹角相同。
6.根据权利要求3-5所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内环隙通道宽度为d1，0.6mm≤d1≤1.5mm；所述外环隙通道宽度为d2，0.6mm≤d2≤1.5mm。
7.根据权利要求1-5所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述锥形喷嘴主体设有环形水冷腔，所述环形水冷腔位于锥形喷嘴主体壁面与外环隙通道之间，所述环形水冷腔上端设有进水口与出水口。
8.根据权利要求1所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述的内送粉通道和外送粉通道为环孔通道或环孔通道和环隙通道的组合通道。
9.一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉装置，其特征在于：包括权利要求1-8所述的用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴。
...【技术特征摘要】
1.一种用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，包括设有激光通道的中空锥形喷嘴主体，其特征在于：所述锥形喷嘴主体的上端面设有位于内圈的内送粉通道和位于外圈的外送粉通道，所述内送粉通道和外送粉通道围绕锥形喷嘴主体中轴线呈圆周阵列分布，所述内送粉通道的倾角小于外送粉通道的倾角，两个送粉通道的粉末流汇聚于锥形喷嘴主体下端的同一焦点。
2.根据权利要求1所述的用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内送粉通道包括上端的内进粉孔和下端的内环隙通道，所述内进粉孔与内环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
3.根据权利要求2所述的用于多材料激光增材制造的同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述外送粉通道包括上端的外进粉孔和下端的外环隙通道，所述外进粉孔与外环隙通道连通，其连接段为圆弧过渡连接，圆弧直径与进粉孔直径相一致。
4.根据权利要求3所述的多材料激光增材制造同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述内环隙通道与锥形喷嘴主体的中轴线夹角为α1，10°≤α1＜30°；所述外环隙通道与锥形喷嘴主...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖先锋，周佳威，付艳恕，叶小军，李玉龙，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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