粉末给送嘴、用于激光辅助添加物制造的组件和方法技术

提供了用于粉末给送嘴的内嘴部，所述内嘴部能够共轴地设置在所述粉末给送嘴的外嘴部内，所述内嘴部包括：上部，具有位于所述上部的表面上的多个确定形状，所述多个确定形状被配置为操纵流经所述上部的所述表面的粉末流；以及下部，具有基本平坦的锥形表面以当所述内嘴部连接至所述外嘴部时在所述基本平坦的锥形表面与所述外嘴部的内表面之间形成通道，所述内嘴部与粉末入口联通以接收所述粉末流以流经所述上部的表面并穿过所述通道并流向所述通道的粉末排放出口。还提供了包括共轴地设置在外嘴部内的内嘴部的粉末给送嘴、以及包括所述粉末给送嘴的用于激光辅助添加物制造的组件和方法。

【技术实现步骤摘要】
粉末给送嘴、用于激光辅助添加物制造的组件和方法
本专利技术通常涉及激光辅助添加物制造(laseraidedadditivemanufacturing)，尤其涉及粉末给送嘴及其相关部件(包括内嘴部)、以及包括该粉末给送嘴的用于激光辅助添加物制造的相关组件和方法。
技术介绍
激光辅助添加物制造(LAAM)(又称为激光熔覆(lasercladding)是使用激光束作为热源以将材料(例如，具有粉末形式的材料)熔化至基板或工件上的过程。这个过程可用于各种工业以修复损坏的部件、改善或修改部件的表面、或用于三维部件的直接制造。例如，大型激光熔覆的典型轨迹尺寸具有约0.2至3mm的厚度和约0.5至5mm的宽度。在大型激光熔覆过程和设备无法适于修复或构造小型零件(易受热损害)的情况下，微型LAAM(μ-LAAM)可用于精确修复损坏的零件或用于小型三维部件的直接制造。例如，μ-LAAM的典型轨迹宽度和高度可分别小于300微米(μm)和100μm，并且需要更加精细的粉末焦点(例如，小于500μm)以获得具有期望分辨率的熔覆轨迹。通过大型LAAM和微型LAAM(其中附加材料具有粉末形式)，需要提供粉末给送嘴，粉末给送嘴通过稳定的粉末喷射排放粉末，该粉末喷射具有位于预定疏远距离(standoff)处的粉末焦点。然而，传统的粉末给送嘴无法令人满意地实现稳定的粉末喷射，特别是在由于需要非常精细的粉末焦点而使用微型LAAM的情况下。因此，本专利技术寻求提供克服或至少改善现有技术的上述问题的粉末给送嘴、以及包括该粉末给送嘴的相关装置和方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供了用于粉末给送嘴的内嘴部，所述内嘴部能够共轴地设置在所述粉末给送嘴的外嘴部内，所述内嘴部包括：上部，具有位于所述上部的表面上的多个确定形状，所述多个确定形状被配置为操纵流经所述上部的所述表面的粉末流；以及下部，具有基本平坦的锥形表面以当所述内嘴部连接至所述外嘴部时在所述基本平坦的锥形表面与所述外嘴部的内表面之间形成通道，所述内嘴部与粉末入口联通以接收所述粉末流以流经所述上部的表面并穿过所述通道并流向所述通道的粉末排放出口。优选地，所述多个确定形状包括多个突起。可替换地，所述多个确定形状包括多个孔，每个孔被配置为支撑突起，使得所述突起从所述上部的表面突起。优选地，所述上部包括凹部，并且所述多个确定形状被设置在所述凹部上。优选地，所述凹部通常具有凹面轮廓并围绕所述上部圆周地延伸。优选地，所述下部通常具有锥形轮廓，所述锥形轮廓在所述粉末排放出口处具有较窄尖端部。优选地，所述内嘴部包括沿其纵向轴线延伸的开口，所述开口与位于所述较窄尖端部处的激光出口联通，所述开口形成用于激光束的通路。优选地，所述通道被配置为在粉末焦点在远离所述较窄尖端部预定距离处与所述激光束相交的情况下从所述粉末排放出口排放所述粉末流。优选地，所述多个确定形状以交错排列的方式设置在所述上部的表面上以促进粉末的均匀混合。优选地，所述多个突起与所述上部形成为一体。可替换地，所述多个突起可释放地连接至所述上部的表面。优选地，所述多个突起在形状上通常为半球形。根据本专利技术的第二个方面，提供了粉末给送嘴，包括：内嘴部，根据前面提到的本专利技术的第一个方面；以及外嘴部，其中所述内嘴部共轴地设置在所述外嘴部内以在所述内嘴部与所述外嘴部之间限定与所述粉末排放出口联通的所述通道。优选地，所述外嘴部包括所述粉末入口，所述粉末入口被设置为向所述内嘴部的上部的表面直接提供粉末。优选地，所述通道在所述粉末排放出口处的间隙被设置为位于约0.1mm至1mm的范围内。根据本专利技术的第三个方面，提供了用于激光辅助添加物制造的组件，所述组件包括：主体，被配置为连接至控制器并用于接收激光束；粉末给送嘴，包括根据前面提到的本专利技术的第一个方面所述的内嘴部、以及外嘴部，其中所述内嘴部共轴地设置在所述外嘴部内以在所述内嘴部与所述外嘴部之间限定与所述粉末排放出口联通的所述通道，并且所述粉末给送嘴连接至所述主体的一端，以及调节机构，位于所述主体上以使所述粉末给送嘴与所述激光束对齐。根据本专利技术的第四个方面，提供了用于激光辅助添加物制造的方法，所述方法包括：设置粉末给送嘴以接收激光束，所述粉末给送嘴包括根据前面提到的本专利技术的第一个方面所述的内嘴部、以及外嘴部，其中所述内嘴部共轴地设置在所述外嘴部内以在所述内嘴部与所述外嘴部之间限定与所述粉末排放出口联通的所述通道，引导所述激光束从所述粉末给送嘴朝着基板输出以在所述基板上生成熔化槽；以及通过所述粉末给送嘴的粉末排放出口将粉末给送至所述熔化槽以在所述基板上形成期望的覆层。附图说明仅通过实施例并结合附图，从下面的描述中，本专利技术的实施方式将被本领域技术人员更好地理解并且显而易见，其中：图1描绘了根据本专利技术的第一个实施方式的包括粉末给送嘴的用于激光辅助添加物制造(“LAAM”)的组件的立体图；图2描绘了根据第一个实施方式的粉末给送嘴的剖面侧视图；图3描绘了根据第一个实施方式的粉末给送嘴的内嘴部的正面立体图；图4描绘了根据本专利技术的第二个实施方式的粉末给送嘴的正面和立体剖面图；图5和6描绘了根据本专利技术的第二个实施方式的粉末给送嘴的内嘴部的正视图；图7描绘了根据本专利技术的一个实施方式的LAAM的方法的示例性流程图。具体实施方式图1描绘了根据本专利技术的第一个实施方式的用于激光辅助添加物制造(“LAAM”)的粉末给送嘴组件(下文称“嘴组件”)的立体图。嘴组件100以一般形式示出，并且可根据需要或期望向嘴组件100实施或从嘴组件100移除附加的特征和部件。嘴组件100包括主体102、连接至主体102的一端的粉末给送嘴(下文称“嘴”)104、以及转接器106，转接器106用于将主体102安装至位于主体102的另一端的控制器(未示出)的轴108。控制器可操作为引导嘴104穿过基板、表面或其它工件109以用于各种目的，诸如修复损坏的部件、改善或修改部件的表面、或用于三维部件的直接制造。例如，控制器可以是计算机数控(CNC)机床或机器人。CNC机床和机器人是本领域已知的，因此无需在下文中详细描述。主体102优选为中空管状构件，中空管状构件用于提供通道，由激光源111生成的激光束110能够穿过该通道行进至嘴104。嘴104具有中央轴向开口，该中央轴向开口与穿过主体102的激光束110的轴线共轴地对齐。就此而言，优选地，嘴组件100还包括调节机构112，调整机构112安装在主体102上并且能够沿X、Y和/或Z方向调节嘴104以使嘴104的中央轴向开口与激光束110对齐。例如，如图1所示，调节机构112可包括用于沿X方向调节嘴104的第一组螺钉112a、用于沿Y方向调节嘴104的第二组螺钉112b、以及用于沿Z方向调节嘴104的第二组螺钉112c。在该实施例中，每一组螺钉均包括两个螺钉，这两个螺钉位于主体102的相对部分上并且被配置为在被旋转时沿各自的方向调节嘴104。本领域技术人员应理解，调节机构112不限于图1所示的调节机构，在不背离本专利技术的范围的情况下，也可以应用各种其它类型的调节机构112或实施。嘴104被配置为在基本稳定的粉末喷射的情况下排放粉末，该基本稳定的粉末喷射的粉末焦点与激光束110相交，使得激光束110能够熔化被排放的粉末以在本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于粉末给送嘴的内嘴部，所述内嘴部能够共轴地设置在所述粉末给送嘴的外嘴部内，所述内嘴部包括：上部，具有位于所述上部的表面上的多个确定形状，所述多个确定形状被配置为操纵流经所述上部的所述表面的粉末流；以及下部，具有基本平坦的锥形表面以当所述内嘴部连接至所述外嘴部时在所述基本平坦的锥形表面与所述外嘴部的内表面之间形成通道，所述内嘴部与粉末入口联通以接收所述粉末流以流经所述上部的表面并穿过所述通道并流向所述通道的粉末排放出口。

【技术特征摘要】
2011.10.19 SG 201107668-41.用于粉末给送嘴的内嘴部，所述内嘴部能够共轴地设置在所述粉末给送嘴的外嘴部内，所述内嘴部包括：上部，具有位于所述上部的表面上的多个确定形状，所述多个确定形状被配置为操纵流经所述上部的所述表面的粉末流；以及下部，具有基本平坦的锥形表面以当所述内嘴部连接至所述外嘴部时在所述基本平坦的锥形表面与所述外嘴部的内表面之间形成通道，所述内嘴部与粉末入口联通以接收所述粉末流以流经所述上部的表面并穿过所述通道并流向所述通道的粉末排放出口，其中所述上部包括凹部，所述凹部围绕所述上部圆周地延伸，其中，所述凹部具有凹面轮廓，从而导致所述上部具有沙漏轮廓，以及其中，所述多个确定形状被设置在所述凹部上。2.根据权利要求1所述的内嘴部，其中所述多个确定形状包括多个突起。3.根据权利要求1所述的内嘴部，其中所述多个确定形状包括多个孔，每个孔被配置为支撑突起，使得所述突起从所述上部的表面突起。4.根据权利要求1所述的内嘴部，其中所述下部具有锥形轮廓，所述锥形轮廓在所述粉末排放出口处具有尖端部。5.根据权利要求4所述的内嘴部，其中所述内嘴部包括沿其纵向轴线延伸的开口，所述开口与位于所述尖端部处的激光出口联通，所述开口形成用于激光束的通路。6.根据权利要求5所述的内嘴部，其中所述通道被配置为在粉末焦点在远离所述尖端部预定距离处与所述激光束相交的情况下从所述粉末排放出口排放所述粉末流。7.根据权利要求1所述的内嘴部，其中所述多个确定形状以交错排列的方式设置在所述上部的表面上以促进粉末的均匀混合。8.根据权利要求2所述的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕贵军，郑金明，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：