【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光增材制造，尤其是指一种丝粉复合多材料激光增材制造装置及其工作方法。
技术介绍
1、激光增材制造技术以高功率激光为能量源熔化金属粉末或丝材，由点到线再到面，再逐层累加制造出三维实体零件。由于该项技术可以直接制造出全致密且力学性能优异的金属零件，在航空航天，汽车船舶及武器装备等领域具有广阔的应用前景。其中，同步激光增材制造技术具有快速制造、多材料加工、精确控制、节约材料、制造构件不受复杂程度限制等优势深受关注，目前有同步送粉与同步送丝这两种主流送材方式。
2、对于同步送丝熔覆，金属丝材为刚性输送，无发散性，材料利用率几乎为100％，节能环保，且丝材成本相对较低易获得，同时具有容易实现精确控制、送料速度快等优点，但是固体丝材存在吸热缓慢，并且由于丝材表面光滑存在反射使得丝材对激光能量的吸收效率较低，光丝耦合精度相对较差并且成型质量跟送丝方向有关。对于同步送粉熔覆，送粉式激光熔覆技术容易实现自动化控制，激光能量吸收率高、加工成形性良好，但对光粉耦合质量要求比较高，且粉易发散，粉末利用率不高，直接带来的结果是成本高，同时造成粉尘污染。光内丝粉同步添加激光熔覆综合了两种技术的优势，可以提高金属粉末的利用率，可消除侧向送丝的扫描方向性问题，使得光、粉、丝精确耦合；由于丝材被粉末全包覆，金属丝材对激光束的反射大大降低，粉末颗粒对激光进行漫反射，可以大大提高激光能量的利用率；此外，粉、丝同送，可以提高熔覆速率。
3、但就目前发展而言，丝粉同步添加激光熔覆技术国内研究较少，也并没有得到实质性工业应用。究其原
4、目前，丝粉复合激光增材制造方法一般采用“光外”送粉及侧向送丝。所谓“光外”送粉即是将材料经过激光束外侧送入激光所产生的熔池中，这种方法存在扫描方向性限制及不能保证光、丝准确耦合等问题。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中光、粉、丝精确耦合的难度大的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种丝粉复合多材料激光增材制造装置，包括：光路整形组件、喷嘴组件和连接件，所述光路整形组件和喷嘴组件均连接在连接件上；所述光路整形组件包括激光器准直连接头、锥镜、环形反射镜、分光棱镜、反光平面镜、合光棱镜、聚焦透镜和锥镜镜座，所述锥镜镜座与连接件的外壁固定连接，所述锥镜、环形反射镜和分光棱镜均安装在锥镜镜座上，所述激光器准直连接头与锥镜，所述激光器准直连接头连接的激光器发射的光束依次经过锥镜、环形反射镜和分光棱镜，所述反光平面镜设置在连接件内，并且分光棱镜的光束发射至反光平面镜进行反射，所述合光棱镜和聚焦透镜均设置在喷嘴组件内，所述反光平面镜反射的光束依次经过合光棱镜和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于聚焦光束为环形锥状光束，并且所述环形锥状光束的收聚端在喷嘴组件的出口位置；丝材在所述喷嘴组件内以直线送丝的方式与聚焦透镜聚焦的环形锥状光束和金属粉末实现耦合；所述喷嘴组件和连接件之间设有连接座，所述连接座为金属粉末的进入端。
3、在本专利技术的一个实施例中，所述喷嘴组件包括喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、保护气罩、丝材准直导向管和喷嘴，所述喷嘴外壳体通过喷嘴连接件一与连接座固定连接，所述喷嘴连接件二和喷嘴外壳体连接，所述保护气罩和喷嘴连接件二固定连接，所述喷嘴设置在喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二和保护气罩构成整体件内部的中心位置处，并且所述喷嘴与反光平面镜同轴设置，所述丝材准直导向管设置在喷嘴内的中心轴线位置处，并且丝材准直导向管的一端延伸并贯穿反光平面镜，所述丝材准直导向管的另一端位于喷嘴的出口位置处，所述合光棱镜和聚焦透镜均设置在喷嘴外壳体内，所述合光棱镜和聚焦透镜与喷嘴同轴设置。
4、在本专利技术的一个实施例中，所述喷嘴包括喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、准直气罩、锁紧螺柱、均粉环、锁紧螺母、固定夹和粉管，所述喷嘴连接件一和连接座固定连接，所述喷嘴连接件二的一端设有内螺纹，并且所述喷嘴连接件二与喷嘴连接件一的外壁螺纹连接，所述准直气罩和喷嘴连接件二的外壁螺纹连接，所述锁紧螺柱和喷嘴连接件一螺纹连接，所述均粉环设置在锁紧螺柱靠近喷嘴连接件一的一端内，所述粉管设置在锁紧螺柱靠近准直气罩的一端内，所述固定夹套设在粉管，所述粉管套设在丝材准直导向管的外壁上，所述锁紧螺母和锁紧螺柱靠近准直气罩的一端螺纹连接，所述丝材准直导向管贯穿喷嘴连接件一、均粉环、锁紧螺柱和粉管，并且所述丝材准直导向管的一端延伸至准直气罩的出口位置处。
5、在本专利技术的一个实施例中，所述连接座呈圆盘状，所述连接座的中心位置处设有圆形通孔一，所述圆形通孔一靠近喷嘴连接件一的一端设有进粉腔体一，所述连接座的径向方向上设有进粉通道一和进气通道一，所述进粉通道一的一端延伸至连接座的外圆周，并且进粉通道一的另一端与进粉腔体一连通，所述丝材准直导向管贯穿圆形通孔一。
6、在本专利技术的一个实施例中，所述喷嘴连接件一的中心位置处设有圆形通孔二，所述圆形通孔二和圆形通孔一同轴设置，所述圆形通孔二靠近连接座的一端设有大送粉腔体，所述大送粉腔体呈锥形设置，并且大送粉腔体与进粉腔体一连通，所述丝材准直导向管贯穿圆形通孔二。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述喷嘴连接件二内部设有空腔一，所述锁紧螺柱位于空腔一内中心轴线位置处，所述喷嘴连接件二的内壁与锁紧螺柱之间为准直气腔一，所述丝材准直导向管的外壁和准直气罩之间为准直气腔二，所述准直气腔一和准直气腔二连通，并且准直气腔一和准直气腔二构成整体准直气腔。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述喷嘴连接件一上设有进气通道二，所述进气通道二沿喷嘴连接件一的轴线方向设置，所述进气通道二的一端和进气通道一连通，并且进气通道二的另一端连通至准直气腔一。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述均粉环的截面为圆形，所述均粉环的中心轴线位置处设有通孔四，所述丝材准直导向管贯穿通孔四，所述均粉环上按照环形阵列设有若干均粉通孔，所述均粉通孔沿均粉环的轴线方向设置，所述丝材准直导向管的外壁与圆形通孔二的内壁之间设有进粉通道三，所述进粉通道三长度方向的两端分别与大送粉腔体和若干均粉通孔连通，所述粉管的内壁与丝材准直导向管的外壁之间设有进粉通道四，所述进粉通道四和进粉通道三连通。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述固定夹呈圆筒状，所述固定夹一端的外壁上设有若干开口，所述开口沿固定夹的轴线方向设置，所述若干固定夹将固定夹一端划分为若干夹片，所述若干夹片夹持在粉管的外壁上。
11、一种丝粉复合多材料激光增材制造装置的工作方法，包括如下步骤：
12、步骤一、光路形成：
13、s1、激光器发射的平行激光束照射至锥镜的锥形镜面一上；
14、s2、平行激光束通过锥形镜面一反射至锥形反射镜面二上；
【技术保护点】
1.一种丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于，包括：光路整形组件、喷嘴组件和连接件，所述光路整形组件和喷嘴组件均连接在连接件上；
2.根据权利要求1所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴组件包括喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、保护气罩、丝材准直导向管和喷嘴，所述喷嘴外壳体通过喷嘴连接件一与连接座固定连接，所述喷嘴连接件二和喷嘴外壳体连接，所述保护气罩和喷嘴连接件二固定连接，所述喷嘴设置在喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二和保护气罩构成整体件内部的中心位置处，并且所述喷嘴与反光平面镜同轴设置，所述丝材准直导向管设置在喷嘴内的中心轴线位置处，并且丝材准直导向管的一端延伸并贯穿反光平面镜，所述丝材准直导向管的另一端位于喷嘴的出口位置处，所述合光棱镜和聚焦透镜均设置在喷嘴外壳体内，所述合光棱镜和聚焦透镜与喷嘴同轴设置。
3.根据权利要求2所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴包括喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、准直气罩、锁紧螺柱、均粉环、锁紧螺母、固定夹和粉管，所述喷嘴连接件一和连接座固定连接，所述喷嘴连接件二
4.根据权利要求3所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述连接座呈圆盘状，所述连接座的中心位置处设有圆形通孔一，所述圆形通孔一靠近喷嘴连接件一的一端设有进粉腔体一，所述连接座的径向方向上设有进粉通道一和进气通道一，所述进粉通道一的一端延伸至连接座的外圆周，并且进粉通道一的另一端与进粉腔体一连通，所述丝材准直导向管贯穿圆形通孔一。
5.根据权利要求4所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴连接件一的中心位置处设有圆形通孔二，所述圆形通孔二和圆形通孔一同轴设置，所述圆形通孔二靠近连接座的一端设有大送粉腔体，所述大送粉腔体呈锥形设置，并且大送粉腔体与进粉腔体一连通，所述丝材准直导向管贯穿圆形通孔二。
6.根据权利要求5所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴连接件二内部设有空腔一，所述锁紧螺柱位于空腔一内中心轴线位置处，所述喷嘴连接件二的内壁与锁紧螺柱之间为准直气腔一，所述丝材准直导向管的外壁和准直气罩之间为准直气腔二，所述准直气腔一和准直气腔二连通，并且准直气腔一和准直气腔二构成整体准直气腔。
7.根据权利要求6所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴连接件一上设有进气通道二，所述进气通道二沿喷嘴连接件一的轴线方向设置，所述进气通道二的一端和进气通道一连通，并且进气通道二的另一端连通至准直气腔一。
8.根据权利要求7所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述均粉环的截面为圆形，所述均粉环的中心轴线位置处设有通孔四，所述丝材准直导向管贯穿通孔四，所述均粉环上按照环形阵列设有若干均粉通孔，所述均粉通孔沿均粉环的轴线方向设置，所述丝材准直导向管的外壁与圆形通孔二的内壁之间设有进粉通道三，所述进粉通道三长度方向的两端分别与大送粉腔体和若干均粉通孔连通，所述粉管的内壁与丝材准直导向管的外壁之间设有进粉通道四，所述进粉通道四和进粉通道三连通。
9.根据权利要求8所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述固定夹呈圆筒状，所述固定夹一端的外壁上设有若干开口，所述开口沿固定夹的轴线方向设置，所述若干固定夹将固定夹一端划分为若干夹片，所述若干夹片夹持在粉管的外壁上。
10.根据权利要求9所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于，包括：光路整形组件、喷嘴组件和连接件，所述光路整形组件和喷嘴组件均连接在连接件上；
2.根据权利要求1所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴组件包括喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、保护气罩、丝材准直导向管和喷嘴，所述喷嘴外壳体通过喷嘴连接件一与连接座固定连接，所述喷嘴连接件二和喷嘴外壳体连接，所述保护气罩和喷嘴连接件二固定连接，所述喷嘴设置在喷嘴外壳体、喷嘴连接件一、喷嘴连接件二和保护气罩构成整体件内部的中心位置处，并且所述喷嘴与反光平面镜同轴设置，所述丝材准直导向管设置在喷嘴内的中心轴线位置处，并且丝材准直导向管的一端延伸并贯穿反光平面镜，所述丝材准直导向管的另一端位于喷嘴的出口位置处，所述合光棱镜和聚焦透镜均设置在喷嘴外壳体内，所述合光棱镜和聚焦透镜与喷嘴同轴设置。
3.根据权利要求2所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述喷嘴包括喷嘴连接件一、喷嘴连接件二、准直气罩、锁紧螺柱、均粉环、锁紧螺母、固定夹和粉管，所述喷嘴连接件一和连接座固定连接，所述喷嘴连接件二的一端设有内螺纹，并且所述喷嘴连接件二与喷嘴连接件一的外壁螺纹连接，所述准直气罩和喷嘴连接件二的外壁螺纹连接，所述锁紧螺柱和喷嘴连接件一螺纹连接，所述均粉环设置在锁紧螺柱靠近喷嘴连接件一的一端内，所述粉管设置在锁紧螺柱靠近准直气罩的一端内，所述固定夹套设在粉管，所述粉管套设在丝材准直导向管的外壁上，所述锁紧螺母和锁紧螺柱靠近准直气罩的一端螺纹连接，所述丝材准直导向管贯穿喷嘴连接件一、均粉环、锁紧螺柱和粉管，并且所述丝材准直导向管的一端延伸至准直气罩的出口位置处。
4.根据权利要求3所述的丝粉复合多材料激光增材制造装置，其特征在于：所述连接座呈圆盘状，所述连接座的中心位置处设有圆形通孔一，所述圆形通孔一靠近喷嘴连接件一的一端设有进粉腔体一，所述连接座的径向方向上设有进粉通道一和进气通道一，所述进粉通道一的一端延伸至连接座的外圆周，并且进粉通...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚贤，许方圆，李加强，张星，王丽芳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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