[實用新型]一種用于同軸送粉增材制造的分體式打印頭

有效

• 申請號: 201820734334.5
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN209157119U
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 郭學佳;黃聲野;劉翹楚
• 申請（專利權）人: 中國兵器裝備研究院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00
• 代理公司: 中國船舶專利中心 11026
• 代理人: 張榮閣

一種用于同軸送粉增材制造的分體式打印頭主要由3部分組成：光學系統、光粉耦合裝置、打印頭連接件。其主要特征為打印頭光學系統和光粉耦合裝置之間是通過柔性套筒相連的軟連接；當光學系統和光粉耦合裝置發生相對運動時，柔性套筒可發生彈性變形，仍能起到密封作用。本實用新型避免了增材制造過程中打印頭光學系統被損壞，提高了增材制造裝備的可靠性，降低了裝備使用和維護成本。

技術領域

本實用新型涉及一種用于增材制造的分體式打印頭，屬于激光增材制造裝備技術領域，適用于同軸送粉式激光增材制造。

背景技術

同軸送粉式激光增材制造是一種激光熔化沉積技術(也稱為3D打印)，具體過程為：打印頭將激光束聚焦形成高能光斑，這個光斑在被加工零件上形成熔池，同時，金屬粉末通過光粉耦合裝置上的送粉管進入到熔池中熔化成液態，隨著光斑按照事先設定的掃描路徑以一定速度移動，熔化的金屬快速凝固，同時光粉耦合裝置跟隨光斑同步運動，新的金屬粉末被不斷加入到熔池，零件則在這個過程中逐步成形。為了避免發生氧化反應而影響成形件的質量，上述成形過程需要在很低的氧含量下進行，為形成低氧含量的氣體環境，成形運動機構和工作臺被置于氣體保護室中，并在氣體保護室中充滿惰性氣體。這種增材制造技術的特點是能夠實現尺寸達到數米的大型復雜毛坯的制造，而且零件的金屬組織晶粒細小、成分均勻、組織細密，綜合力學性能達到鍛件水平。

打印頭由光學系統和光粉耦合裝置組成，光學系統先將光纖輸出的激光擴束并準直成平行光，然后再由聚焦鏡將平行光匯聚到焦點處；光粉耦合裝置通常位于光學系統的下部，同時將多路粉末輸送到激光的焦點處。傳統打印頭光粉耦合裝置直接固定在光學系統上，在增材制造的過程中，送粉管緊鄰金屬熔池，由于熔池反光、熱輻射等因素會使金屬粉末極易燒結在送粉管上，送粉管將被燒結在已經成形的工件上，但此時機床的運動并未停止，造成打印頭被損壞。

本實用新型提供一種分體式打印頭，避免了因光粉耦合裝置損壞而造成的光學系統損壞，提高了增材制造設備的可靠性。

實用新型內容

本實用新型提供一種用于同軸送粉增材制造的分體式打印頭，其目的在于避免增材制造過程中打印頭光學系統被損壞，提高了增材制造裝備的可靠性，降低了裝備使用和維護成本。本實用新型的技術方案如下：

本實用新型的分體式打印頭包括3部分：用來光束整形的光學系統、將金屬粉末送入熔池的光粉耦合裝置、打印頭連接件。所述光學系統和光粉耦合裝置之間是通過柔性套筒相連。

所述光學系統主要由擴束準直鏡整、聚焦鏡、保護鏡組成。光學系統將光纖輸出的發散激光由擴束準直鏡整形為平行光，然后再經聚焦鏡整形為匯聚光。其保護鏡為可插拔替換式，位于光學系統的下側，用來防止金屬粉末或煙塵污染光學系統。

所述光粉耦合裝置由光粉耦合托盤和多路送粉管組成，多路送粉管均對準光學系統在加工平面上形成的光斑。光粉耦合托盤上有固定粉管的接口。光粉耦合托盤中間留有圓孔，可透過光學系統輸出的激光。光粉耦合裝置的目的是將送粉器輸出的金屬粉末，準確送入激光在加工平面形成的熔池。

所述柔性套筒上端連接光學系統，下端連接光粉耦合裝置。其主要目的是將光學系統和光粉耦合裝置密封連接，防止灰塵進入光學系統，同時防護光粉耦合裝置輸出的激光。

所述打印頭連接件，一側固定在機床或機器手上，另一側分別連接光學系統和光粉耦合裝置。

本實用新型的有益效果：增材制造過程中，因增材制造過程中工藝不穩定、誤操作等因素，極易導致光粉耦合裝置的損壞，本實用新型的分體式打印頭，避免了因光粉耦合裝置損壞而造成的光學系統損壞，提高了增材制造設備的可靠性。

附圖說明

圖1為用于同軸送粉增材制造的分體式打印頭示意圖。

具體實施方式