[發明專利]一種電弧激光同軸送絲送粉打印噴頭及增材制造裝置

在審

• 申請號: 201910955608.2
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110587139A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 李保強;張麗娟;方學偉;王博文;鄭龍飛;楊健楠;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/70
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種電弧激光同軸送絲送粉打印噴頭及增材制造裝置，利用同軸嵌套設置的送絲通道管和送粉通道管形成同軸輸送絲材和粉末的打印結構，能夠使焊絲和粉末沿同軸線輸出，在送絲通道管和送粉通道管上端設置焊絲驅動裝置和光鏡結構，利用光鏡結構形成激光束聚焦的光斑與送絲通道管和送粉通道管出口的焊絲和粉末束流同軸，從而達到同時送絲和送粉同時對同軸上的焊絲和粉末進行熔融成形的目的，成形顆粒增強金屬基復合材料，可以成形任意材料成形，將電弧增材低成本、高效率的優勢和激光增材的高精度的優勢相結合，結構簡單，使用方便。

技術領域

本發明屬于金屬增材制造技術領域，具體涉及一種電弧激光同軸送絲送粉打印噴頭及增材制造裝置。

背景技術

增材制造技術根據熱源可分為激光、電子束和電弧三大類，所需的材料分為粉末材料和絲材材料。送絲式電弧增材制造和送粉式的激光增材制造由于在快速成形大尺寸一體化復雜構件方面具有極大的優勢，已經受到工業界和科研院所的高度關注。

相較于粉材，基于絲材的電弧增材制造具有材料利用率高和沉積速率高，設備成本低等特點，在成形大尺寸零件方面具有效率更高，成本更低等突出優勢。CMT電弧更是避免了傳統電弧熔滴穿透，飛濺多等缺點。然而電弧增材的零件表面質量較差，必須進行機加工，而且在成形Mo，W，金屬基復合材料等材料時存在困難。而激光送粉產生的零件通常內部缺陷少，表面精度高，但是不利于Cu，Mg等低激光吸收率的材料成形。可見，送絲式電弧增材制造和送粉式的激光增材制造在成形金屬材料時仍然面臨諸多挑戰。在復雜形狀零件成形和高表面質量零件成形方面不具優勢，成形材料的選擇范圍有限，無法適應多種組合材料成形，目前沒有能夠有效實現送絲和送粉同時進行的打印噴頭結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電弧激光同軸送絲送粉打印噴頭及增材制造裝置，以克服現有CMT電弧-激光無法同時成形且成形材料選擇范圍有限的問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電弧激光同軸送絲送粉打印噴頭，包括內腔導流裝置、焊絲驅動裝置和光鏡結構；

內腔導流裝置包括送絲通道管和送粉通道管，送絲通道管嵌套于送粉通道管內，送絲通道管與送粉通道管同軸設置，送絲通道管為中通結構，送絲通道管上端為送絲入口，送絲通道管下端為送絲出口，送粉通道管為雙層管壁，送粉通道管的雙層管壁之間為送粉通道，送粉通道管側壁設有連通送粉通道內的送粉入口，送粉通道管下端設有送粉出口，送絲通道管的送絲出口和送粉通道管的送粉出口平齊；

焊絲驅動裝置固定于送絲通道管上端，焊絲驅動裝置的送絲出口與送絲通道管上端的送絲入口對齊，光鏡結構用于將激光束聚焦于送絲出口和送粉出口軸線上。

進一步的，光鏡結構包括分光鏡和反光鏡，分光鏡固定于焊絲驅動裝置上端，反光鏡設置于分光鏡四周，分光鏡將激光束分散至分光鏡四周的反光鏡上，分散后的激光束經反光鏡聚焦于送粉出口或送絲出口下端。

進一步的，還包括噴頭保護套筒，光鏡結構通過光鏡支架固定于噴頭保護套筒上端，分光鏡固定于光鏡支架中間，分光鏡將豎直的入射激光束分散為水平激光束，分光鏡固定于分光鏡四周，多個分光鏡將水平激光束匯聚于送粉出口下端，焊絲驅動裝置固定于光鏡支架下端，焊絲驅動裝置位于分光鏡下端，內腔導流裝置固定于焊絲驅動裝置下端。

進一步的，送絲通道管和送粉通道管兩端分別通過連接法蘭和連接噴嘴連接。

進一步的，連接法蘭中間設有螺紋通孔，連接法蘭下端螺紋通孔外側設有連接螺紋，送絲通道管與連接法蘭的螺紋通孔連接，送粉通道管上端與連接法蘭下端通過螺紋連接。

進一步的，連接噴嘴中間設有焊絲出口，連接噴嘴上端設有與送粉通道管下端外側螺紋連接的內螺紋，連接噴嘴上設有粉末出口。

進一步的，送粉通道管外側設有冷卻管，冷卻管側壁開設有冷卻液入口和冷卻液出口。