[实用新型]一种基于3D打印的激光熔覆装置及其喷嘴

说明书

本实用新型提出一种基于3D打印的激光熔覆装置及其喷嘴，所述激光熔覆装置，包括：准直器、聚焦反射结构、防护结构、调节机构和喷嘴；所述准直器与所述聚焦反射结构的入射光路方向同轴连接；所述聚焦反射结构在发射光路方向与所述防护结构同轴连接；所述防护结构、调节机构、喷嘴从上往下互相同轴且通过螺钉同轴密封连接。所述喷嘴包括粉末流道、冷却结构及气路结构；所述粉末流道、冷却结构及气路结构不互通，为金属3D打印技术一体成型。本实用新型简化熔覆装置及喷嘴的加工及安装；有效增大喷嘴冷却面积；本实用新型的一体化成型喷嘴可做后期机加工处理；减少熔覆过程的工件氧化。

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆领域，尤其涉及一种基于3D打印的激光熔覆装置及其喷嘴。

背景技术

激光熔覆是指所选用的涂层材料通过不同方法添加到基材表面，利用高功率密度激光束使涂层材料和基材表面发生熔合、并快速凝固,从而形成耐磨、耐蚀、抗氧化的冶金结合的表面涂层。主要应用于激光修复再制造技术和增材成形技术等领域。

激光熔覆过程对熔覆装置特别是喷嘴部分提出较高的要求。激光作用在光学配件和涂层材料时产生的热量要求装置配备冷却功能；在工作过程中扬尘情况严重，若粘附于铜镜或防护镜片上，会急剧累积热量破坏镜片。因而考虑整体熔覆装置的密封性，利用氟橡胶圈等密封圈对连接部位做密封处理；对于暴露于空气中的镜片表面，则设计惰性气体如氩气、氮气等在镜片表面形成气流层，以对其进行防护。

为了实现上述功能，市面上常见的熔覆喷嘴结构复杂，需要由多个零件组合而成。但是喷嘴粉路与光学系统光路的同轴度要求较高，因而简化喷嘴结构有利于提高熔覆装置的工作质量。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种基于金属3D打印的熔覆装置及喷嘴。通过一体成型冷却结构和喷嘴复杂管道，简化熔覆装置装配关系，缩小喷嘴体积，提高冷却能力。

本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于3D打印的激光熔覆装置，包括准直器、聚焦反射结构、防护结构、调节机构和喷嘴；所述准直器与所述聚焦反射结构的入射光路方向同轴连接；所述聚焦反射结构在发射光路方向与所述防护结构同轴连接；所述防护结构、调节机构、喷嘴从上往下互相同轴密封连接；

所述聚焦反射结构包括铜反射镜和冷却固定块；所述铜反射镜嵌入于所述冷却固定块中；

所述防护结构包括防护镜片和吹气结构；所述防护镜片置于铜反射镜下方，所述吹气结构置于防护镜片下方；所述防护镜片防止带粉尘的气体进入并污染光学配件；

所述调节机构能够调节喷嘴与光学系统的相对位置，在XYZ三维方向上调整喷嘴，使喷嘴的粉末汇聚点与光学焦点重合；

所述喷嘴位于调节机构下方。

进一步地，所述准直器对激光器射出的激光准直为平行光。

进一步地，所述冷却固定块的内部环绕3D打印成型的冷却水道。

进一步地，所述防护镜片选用石英材质，且透过900nm～1200nm波长的激光，密封安装于铜反射镜下方可对其起到粉尘防护作用。

进一步地，所述吹气结构为环形通道，将外部气管输送进来对气体通过环形通道进行均匀分散，再由通道上的孔向中间流出，在所述防护镜片表面形成惰性气体流层，防止粉尘粘附于所述防护镜片表面后受热引起碎裂。

一种运用于所述的一种基于3D打印的激光熔覆装置的喷嘴，所述喷嘴为金属3D打印的喷嘴，包括粉末流道、冷却结构及气路结构；所述粉末流道、冷却结构及气路结构不互通，为金属3D打印技术一体成型；

所述粉末流道将控制粉末汇聚后的粉斑位置及大小，粉末流道的出口方向与其垂直的方向夹角为23°，粉末汇聚点离粉末流道底部平面距离在6-10mm之间，防止熔覆时喷嘴过热导致粉末堵塞；