[发明专利]一种用于增材制造的载气混粉式同轴送粉喷嘴

说明书

本发明公开了一种用于增材制造的载气混粉式同轴送粉喷嘴，包括喷嘴本体，喷嘴本体包括转换接头、喷嘴基座筒、导流套筒、内喷嘴和外喷嘴；转换接头下端与喷嘴基座筒连接，喷嘴基座筒下端与外喷嘴连接；导流套筒呈倒锥形，装在喷嘴基座筒内，导流套筒外侧壁与喷嘴基座筒内侧壁之间合围形成混粉导流腔；内喷嘴位于外喷嘴内且两者之间形成出粉通道，内喷嘴上端与导流套筒小径端螺纹连接，混粉导流腔的径向尺寸大于出粉通道宽度；喷嘴基座筒下部设有主体粉末送粉口和掺杂粉末送粉口。其能够在激光聚焦状态发生变化时相应地对粉末汇聚状态、光斑粉斑相对位置作出调整，在输送粉末过程中同步为主体粉末掺杂极细的掺杂粉末，避免产生粉末团聚体。

技术领域

本发明涉及激光增材制造，具体涉及用于增材制造的载气混粉式同轴送粉喷嘴。

背景技术

激光增材制造技术已成为一种新兴的直接快速制造三维实体金属零件和修复贵重金属零部件的先进制造方法，在航天航空、石油化工、电子信息和能源环境等行业有广泛应用。在激光增材制造技术体系中，激光熔融沉积制造技术使用大功率激光器直接成形致密金属零件，由于其成本低、可控性好，受到相关工业领域越来越多的关注。

送粉系统是激光熔融沉积制造成形系统中一个非常重要的系统。送粉喷嘴作为送粉系统中的一个组成部分，直接影响着成形零件的质量和精度。在常用的激光熔融沉积制造成形系统中，常常要求送粉喷嘴具有以下特性：1、使输送的粉末流具有良好的稳定性和均匀性，以保证良好的表面成形。2、使输送的粉末流具有良好的汇聚性，以保证粉末利用率和良好的成形精度。3、送粉喷嘴的末端距离激光熔池较远，以避免熔融飞溅物或粉末粘附在喷嘴出口处对送粉状态和喷嘴散热产生不利影响。

常用的送粉喷嘴包括旁轴送粉喷嘴和同轴送粉喷嘴两种。旁轴送粉喷嘴在激光熔融沉积制造技术应用的初期得到了较为广泛的应用，但是，旁轴送粉喷嘴只适合简单轨迹的运动，不适合复杂轨迹的运动，不能保证增材层在各个方向的成形尺寸和性能，所以旁轴送粉喷嘴无法满足激光熔融沉积制造技术发展的使用要求。同轴送粉喷嘴使粉末流和激光束同轴输出，在圆周各个方向是对称的，无方向性限制，粉末流各向同性特性好，既能实现二维平面增材成形，也能实现三维成形制造。但是粉末流的稳定性、均匀性、汇聚性和各向同性等特性极大地取决于同轴送粉喷嘴结构，因此国内外学者一直致力于高性能同轴送粉喷嘴的设计开发。

目前使用较为广泛的同轴送粉喷嘴虽然送粉稳定性、均匀性、汇聚性能够满足要求，但是普遍存在着与激光聚焦参数匹配调整困难的问题。当激光光斑大小因工艺调整而产生的变化，或激光聚焦位置发生变化时，粉末流汇聚状态和粉斑位置很难对此做出相应调整。并且，激光熔融沉积制造技术需要提前将粉末混合配置均匀，如果粉末粒径非常细小，或主体粉末中需要掺杂粒径非常细小的合金粉末，则极容易在粉末的二次混合配置过程中或使用过程中出现团聚现象而形成粉末团聚体，从而对送粉状态和粉末熔融行为产生极为不利的影响。因此，需要一种既能够方便光、粉匹配调节，又能够有效保证粉末均匀输送的同轴送粉喷嘴。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于增材制造的载气混粉式同轴送粉喷嘴，其能够在激光聚焦状态发生变化时相应地对粉末汇聚状态、光斑粉斑相对位置作出调整，也能够在输送粉末过程中同步为主体粉末掺杂极细的掺杂粉末，有效避免产生粉末团聚体。