[实用新型]用于工件表面处理的同轴粉末喷嘴顶头模块

说明书

本实用新型涉及一种用于工件表面处理、尤其是用于利用激光束进行工件表面处理的同轴粉末喷嘴的同轴粉末喷嘴顶头模块。本实用新型还涉及具有该同轴粉末喷嘴顶头模块的同轴粉末喷嘴。根据本实用新型的同轴粉末喷嘴具有同轴粉末喷嘴顶头模块和同轴粉末喷嘴基体，其中，同轴粉末喷嘴顶头模块布置在同轴粉末喷嘴基体的朝向待处理工件表面的一侧上。本实用新型的同轴粉末喷嘴顶头模块具有内部部分和外部部分，并适合于借助激光照射进行工件表面处理。内部部分与外部部分之间存在使粉末气体混合物流过的环状间隙，该环状间隙与激光照射的传播轴同轴布置。该同轴粉末喷嘴顶头模块的特征在于通过相应的形状公差和轴承公差以预组装的方式构造。

技术领域

本实用新型涉及一种用于工件表面处理、尤其是用于利用激光束进行工件表面处理的同轴粉末喷嘴的同轴粉末喷嘴顶头模块。本实用新型还涉及具有该同轴粉末喷嘴顶头模块的同轴粉末喷嘴。

背景技术

术语“表面处理”应尽量取广义概念，例如包括借助激光照射的弥散、冶金、涂布和增材制造的工艺(又称为激光堆焊或激光生成)。这些工艺可用于借助填料对部件进行边层处理、修复和增材制造。在此情形下，利用激光束在部件表面上形成熔池，借助输送气体通过粉末喷嘴将固态的或已经熔融的液态的粉末状填料注入到熔池中。通过将部件相对于激光束移动，在部件表面上创建经由连接区与基材融合的一层。此外，在基材中创建热影响区。粉末供给在该过程中起到重要作用。实质上，供给粉末的三种可行方案之间存在区别。第一种可行方案是侧面粉末供给，其中粉末仅从一侧以一定角度注入到熔池中。在第二种可行方案中，粉末通过定位于激光束周围的多个分束注入。另外，还已知同轴粉末供给，其中粉末以一定角度呈环形注入到熔池中。与侧面系统相比，同轴粉末喷嘴系统的优势在于，平面内的处理结果与方向的相关性更小。这就表明，也能使用增材制造来制造3D部件。与使用侧面粉末供给系统相比，使用同轴粉末喷嘴系统还可实现显著更高的粉末效率。这里，粉末效率表示可供熔池使用的粉末量与所施加的粉末量的比率。

在现有技术中，已知两种用于由填料制层的变型方法：

首先，借助粉末供给机构将固体粉末供送到熔池中。通过照射激光束使熔池保持在液态。固体粉末进入熔池区域并在此被激光熔化。如果此时将部件相对于激光和粉末供给机构移动，则熔池会移出激光影响区域并固化。一部分照射激光能量应用于熔化基材，从而在基材与填料之间建立冶金连接。这样还会创建热影响区。因此，填料与部件材料的混合取决于激光的功率。利用本文所述的方法，部件相对于激光束的处理速度，即进给速度，通常能够达到0.2m/min至2m/min。目前达到的最高处理速度为20m/min。

其次，由德国专利文献DE 10 2011 100 456 A1公布的所谓的EHLA工艺。利用EHLA工艺，通过将至少一种填料以完全熔融的形式供给到待处理表面上的熔池中，能够显著提高可达到的处理速度。为此，最初呈粉末形式的填料借助激光束在距熔池大于零的距离处熔化，然后以液态形式供送到熔池。可以通过相同的激光束完成在距熔池一定距离处熔化粉末以及加热并熔化基材。照射到熔池上的激光束还作用于使填料在距熔池的指定距离处熔化。