[发明专利]送粉喷嘴及增材制造方法

说明书

本发明提供了一种送粉喷嘴及增材制造方法，属于增材制造技术领域，送粉喷嘴包括支撑轴、第一外环套和第二外环套；支撑轴内设有激光通道；第一外环套套设于支撑轴的外部，内部设置有锥环形通道，第一外环套的上端设有与锥环形通道的上端连通的粉末进口；第二外环套套设于第一外环套的外部，且上端位于粉末进口的下方，内部设置有多条束状通道；送粉喷嘴内形成的锥环状粉末流和束状粉末流与激光束同轴，且锥环状粉末流和束状粉末流的汇聚点与激光束的焦点重合；增材方法采用上述送粉喷嘴。本发明提供的送粉喷嘴及增材制造方法，在成形零件时，可同时满足成形效率和成形精度的需求。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地说，是涉及一种送粉喷嘴及增材制造方法。

背景技术

增材制造俗称3D打印，可通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。激光定向能沉积是一种同步送粉式激光增材制造技术，它以高能激光束为热源，以同步输送的金属粉末为原材料，通过原位冶金熔化与快速凝固，逐点逐面堆积形成实体零件。送粉喷嘴是激光定向能沉积系统中的核心部件之一，用于实现激光、粉末与基板(或成形部分)之间的能量耦合，以便形成实体零件。

现有技术中，常见的同轴送粉喷嘴主要有管式送粉喷嘴与锥环式送粉喷嘴两种。其中，管式送粉喷嘴输送的粉末速度较快、汇聚性较好，成形零件精度较高，但较快速度的粉末冲击到基板上时，容易被基板弹开，粉末利用率较低。锥环式送粉喷嘴由于截面突然增大，输送的粉末速度较低，冲击到基板上不容易被弹开，粉末利用率较高，但容易引起粘粉，降低成形零件精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种送粉喷嘴及增材制造方法，旨在解决现有技术中在成形零件时，无法同时满足成形效率和成形精度的需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种送粉喷嘴及增材制造方法，包括：

支撑轴，呈环形结构，且所述支撑轴的环形内腔形成沿所述支撑轴的轴向延伸的激光通道；

第一外环套，套设于所述支撑轴的外部，且底端与所述支撑轴的底端平齐；所述第一外环套内设置有环绕所述支撑轴的轴线设置的锥环形通道，所述锥环形通道的截面尺寸沿所述支撑轴的轴向向下逐渐减小；所述第一外环套的上端设有与所述锥环形通道的上端连通的粉末进口；以及

第二外环套，套设于所述第一外环套的外部，且上端位于所述粉末进口的下方，底端与所述第一外环套的底端平齐；所述第二外环套内环绕所述支撑轴的轴线间隔设置有多条束状通道，且所述束状通道的轴线倾斜于所述支撑轴的轴线设置；

其中，所述锥环形通道内的锥环状粉末流和多条所述束状通道内的束状粉末流围设成的环形结构与所述激光通道内的激光束同轴，且所述锥环状粉末流和所述束状粉末流的汇聚点与所述激光束的焦点重合。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述支撑轴包括：

第一锥形部，沿所述支撑轴的轴向向下的径向截面逐渐减小，内腔设有锥形的第一通道；

第一直筒部，设于所述第一锥形部的上端，内腔设置有直筒形的第二通道；

其中，所述第二通道与所述第一通道连通且共轴线，形成所述激光通道。

一些实施例中，所述第一外环套包括：

第二锥形部，环设于所述第一锥形部的外部，且与所述第一锥形部的锥度相同；

第二直筒部，设于所述第二锥形部的上端，且套设在所述第一直筒部的外部；所述第一直筒部上设置有所述粉末进口；

其中，所述第二锥形部的内部设置有所述锥环形通道，且所述锥环形通道向上延伸至所述第二直筒部，并与所述粉末进口连通。