一种激光熔覆成型装置的制作方法

本实用新型涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种激光熔覆成型装置。

背景技术：

激光熔覆技术是一种通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光使粉末熔化凝固并与基材表面形成冶金结合的熔覆层的技术。随着工业激光器发展，激光熔覆技术得到了越来越广泛得应用。

但是，在激光熔覆过程中，粉末和保护气体由送粉嘴的出粉口喷出后，往往会产生大量的粉尘，这些粉尘易通过激光通道附着到用于保护激光源的保护镜上，导致保护镜受到污染，使其透光性减弱，从而严重影响激光熔覆加工。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光熔覆成型装置，用于防止粉尘附着到保护镜上，确保保护镜在加工过程中具有良好的透光性，便于激光熔覆加工的进行。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种激光熔覆成型装置，该激光熔覆成型装置包括：激光筒体、供粉结构和保护结构；激光熔覆成型装置在组装状态：

激光筒体用于按照预设方案将激光光束引导至预定区域；

供粉结构设置在激光筒体的周向，供粉结构所具有的供粉通道的轴向延伸方向与激光光束相交于预定区域；

保护结构，保护结构包括与激光筒体同轴连通的中空筒体、设置在中空筒体内的保护镜、以及环绕在中空筒体所具有的通道外围的环形通道；沿着激光光束的传输方向，保护镜位于环形通道的上方；环形通道在中空筒体的轴向方向密封；环形通道与中空筒体具有的通道连通；由环形通道、中空筒体所具有的通道和激光筒体所具有的通道构成保护气通路。

与现有技术相比，本实用新型提供的激光熔覆成型装置中，供粉结构能够将粉末输送至预定区域。激光筒体可以按照预设方案将激光光束引导至预定区域，并由激光光束对预定区域内的粉末进行激光熔覆。供粉结构和激光筒体相互配合使用，能够按照预设方案将粉末熔覆成加工工件。而在上述打印过程中，粉末和保护气体由出粉口喷出后，往往会产生大量的粉尘。这些粉尘易进入至激光筒体的激光通道内。此时，可以通过保护结构中的环形通道向激光筒体内吹送保护气体。沿着激光筒体的筒壁作环形运动的保护气体可以将位于激光筒体各个区域内粉尘吹送出激光筒体外，防止粉尘附着到保护镜上，确保打印过程中保护镜具有良好的透光性，便于激光熔覆加工的进行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的激光熔覆成型装置结构立体图；

图2为本实用新型实施例提供的激光熔覆成型装置结构主视图；

图3为本实用新型实施例提供的激光熔覆成型装置结构侧视图；

图4为图3所示结构沿b-b方向部分结构剖视图；

图5为本实用新型实施例中保护结构示意图；

图6为本实用新型实施例中环形通道示意图；

图7为本实用新型实施例中冷却通道与连通通道连接关系示意图。

附图标记：

1为激光筒体，2为供粉结构，21为送粉嘴，3为保护结构，31为中空筒体，32为环形通道，321为第一挡板，322为第二挡板，323为第三挡板，324为环形凹槽，3241为内壁，3242为外壁，33为进气口，34为出气口，4为水冷结构，41为冷却通道，42为连通通道，5为电磁阀。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

激光熔覆技术是一种通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光使粉末熔化凝固并与基材表面形成冶金结合的熔覆层的技术。激光熔覆技术可极大的提高零件表面的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。同时，还可以循环再制造，节约零件使用成本，延长使用寿命。随着工业激光器发展，激光熔覆技术得到了越来越广泛得应用。

但是，在激光熔覆过程中，粉末和保护气体由送粉嘴的出粉口喷出后，往往会产生大量的粉尘。这些粉尘很容易通过激光通道附着到用于保护激光源的保护镜上，导致保护镜受到污染，使其透光性减弱。高温的激光光束无法通过透光性差的保护镜，易将保护镜烧穿。粉尘通过保护镜被烧穿的空洞，逆向进入激光头，会损坏整个激光发射系统，从而严重影响激光熔覆加工。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种激光熔覆成型装置。其中，激光熔覆成型装置中设置有保护结构，可以通过保护结构中的环形通道向激光筒体内吹送保护气体。并且，沿着激光筒体的筒壁作环形运动的保护气体可以将进入到激光筒体内各个区域的粉尘吹送出激光筒体外，防止粉尘附着到保护镜上，确保打印过程中保护镜具有良好的透光性，便于激光熔覆加工的进行。

本实用新型实施例提供了一种激光熔覆成型装置，参见图1，该激光熔覆成型装置包括：激光筒体1、供粉结构2和保护结构3。当激光熔覆成型装置在组装状态下：

参见图1，上述激光筒体1用于按照预设方案将激光光束引导至预定区域。应理解，为便于进行熔覆加工，上述激光筒体1可以设置为类似于倒锥形结构。激光筒体1所具有的激光孔可以为矩形激光孔。当然，激光筒体1的形状、以及激光筒体1所具有的激光孔的形状还可以根据实际情况设置。

参见图1至图4，上述供粉结构2设置在激光筒体1的周向。供粉结构2所具有的供粉通道的轴向延伸方向与激光光束相交于预定区域。供粉结构2用于将粉末输送至预定区域。应理解，上述供粉结构2可以包括至少一个送粉嘴21。送粉嘴21的进粉口与送粉管连通。为提高粉末的利用率，送粉嘴21的出粉口的形状可以与激光筒体1所具有的激光孔的形状相匹配。

例如：参见图3和图4，当激光筒体1底部的激光孔为矩形激光孔时，上述供粉结构2可以包括两个送粉嘴21。两个送粉嘴21对称设置在激光筒体1的周向。送粉嘴21的进粉口与送粉管连通。送粉嘴21的出粉口为矩形出粉口。

参见图1，上述保护结构3包括与激光筒体1同轴连通的中空筒体31、设置在中空筒体31内的保护镜(图中未示出)、以及环绕在中空筒体31所具有的通道外围的环形通道32。沿着激光光束的传输方向，保护镜位于环形通道32的上方。环形通道32在中空筒体31的轴向方向密封。环形通道32与中空筒体31具有的通道连通。由环形通道32、中空筒体31所具有的通道和激光筒体1所具有的通道构成保护气通路。

其中，保护镜可以通过多种方式设置在中空筒体31内。示例性的，中空筒体31的内侧壁上均匀设置有至少三个第一凸起，至少三个第一凸起的重心所在的平面与中空筒体31的轴线垂直。保护镜承放在至少三个第一凸起上。同时，中空筒体31的内侧壁上还间隔设置有至少两个第二凸起。沿着激光光束的传输方向，至少两个第二凸起位于保护镜的上方。并且，至少两个第二凸起与保护镜接触，以固定保护镜在中空筒体31内的位置。此外，沿着激光光束的传输方向，环形通道32可以环绕在中空筒体31所具有的通道外围的任意位置，只要位于保护镜下方即可。

本实用新型实施例提供的激光熔覆成型装置中，供粉结构2能够将粉末输送至预定区域。激光筒体1可以按照预设方案将激光光束引导至预定区域，并由激光光束对预定区域内的粉末进行激光熔覆。供粉结构2和激光筒体1相互配合使用，能够按照预设方案将粉末熔覆成加工工件。而在上述打印过程中，粉末和保护气体由出粉口喷出后，往往会产生大量的粉尘。这些粉尘易进入至激光筒体1的激光通道内。此时，可以通过保护结构3中的环形通道32向激光筒体1内吹送保护气体。沿着激光筒体1的筒壁作环形运动的保护气体可以将进入到激光筒体1内各个区域的粉尘吹送出激光筒体1外，防止粉尘附着到保护镜上，确保打印过程中保护镜具有良好的透光性，便于激光熔覆加工的进行。

作为一种可能的实现方式，上述环形通道32可以环绕在中空筒体31的外壁。

在上述情况下，如图4和图6所示，环形通道32可以由第一挡板321、第二挡板322、第三挡板323和中空筒体31的外壁围合而成。

具体来说，由第一挡板321、第二挡板322和第三挡板323围合形成环形凹槽324。环形凹槽324的槽口贴合在中空筒体31的外壁。第一挡板321为环形凹槽324的槽底，第二挡板322和第三挡板323分别为环形凹槽324的侧壁。贯穿第一挡板321开设至少一个进气口33，贯穿中空筒体31的外壁开设至少一个出气口34。

其中，上述第二挡板322和第三挡板323可以为内直径相同的圆环形挡板。第二挡板322和第三挡板323的外直径可以相同、也可以不同。当第二挡板322和第三挡板323的外直径相同时，第一挡板321可以为“上下等宽”的筒形挡板。当第二挡板322和第三挡板323的外直径不同时，第一挡板321可以为中空且两端开口的圆台形挡板。此外，第一挡板321与中空筒体31的间距、进气口33在第一挡板321上的具体位置、以及出气口34在中空筒体31外壁上的具体位置可以根据实际情况设计，只要能够应用到本实用新型提供的激光熔覆成型装置中即可。

作为另一种可能的实现方式，如图4和图5所示，上述环形通道32还可以设置在中空筒体31与激光筒体1连接的一端。换句话说，当激光熔覆成型装置在组装状态时，沿着激光光束的传输方向，环形通道32可以位于中空筒体31的底端。

在上述情况下，可以自中空筒体31与激光筒体1连接的一端开设环形凹槽324。由环形凹槽324和激光筒体1的筒壁围合形成环形通道32。贯穿环形凹槽324的外壁3242开设至少一个进气口33。贯穿环形凹槽324的内壁3241开设至少一个出气口34。

示例性的，沿着激光光束的传输方向，可以自下而上在中空筒体31的筒壁开设环形凹槽324。激光熔覆成型装置在组装状态时，环形凹槽324的槽底由中空筒体31的筒壁密封、槽口由激光筒体1的筒壁密封。环形凹槽324的深度可以根据实际应用场景设置。

值得注意的是，上述环形通道32是环绕在中空筒体31的外壁，还是设置在中空筒体31与激光筒体1连接的一端，环形通道32在中空筒体31的轴向方向均为密封状态。并且，环形通道32可以通过至少一个进气口33与提供保护气体的气源连通，并通过至少一个出气口34与中空筒体31连通。在打印过程中，保护气体由至少两个进气口33进入到环形通道32内，并在环形通道32内做顺时针或逆时针运动。待保护气体改变初始进入到环形通道32的运动方向后，由至少两个出气口34排出到中空筒体31和激光筒体1内，从而确保保护气体在激光筒体1内，沿着激光筒体1的内壁作较为规则的环形运动。

需要说明的是，上述环形通道32所具有的进气口33的个数可以为一个或多个。上述环形通道32所具有的出气口34的个数也可以为一个或多个。并且，进气口33与出气口34之间的相对位置关系可以根据实际情况设置。

具体来说，当上述进气口33为一个，以及出气口34为一个时，进气口33与出气口34交错分布。应理解，当进气口33的轴线与一出气口34的轴线之间具有大于0°、且小于等于180°夹角时，该进气口33与该出气口34交错分布。

当进气口33为一个，以及出气口34为多个时，一个进气口33可以与任意一个出气口34交错分布。当然，该进气口33也可以与其中一个出气口34相对设置。

当进气口33和出口气均为多个时，任意一个进气口33可以与任意一个出气口34交错分布。当然，进气口33也可以与出气口34相对设置。

参见图5，在进气口33与出气口34相对设置的情况下，在制作保护结构3的过程中，可以在第一挡板321(或环形凹槽324的外壁3242)上开设进气口33后，沿着保护结构3的径向进一步向内伸入，一并在中空筒体31的外壁(或环形凹槽324的内壁3241)上开设与进气口33相对的出气口34，便于保护结构3的制造。

此外，当进气口33的数量小于出气口34的数量时，可以在第一挡板321(或环形凹槽324的外壁3242)和中空筒体31的外壁(或环形凹槽324的内壁3241)上开设相同数量的孔后，将第一挡板321(或环形凹槽324的外壁3242)上不需要形成进气口33的孔用螺丝等结构进行封闭。

在一种示例中，进气口33为多个时，进气口33可以相对于环形通道32的圆周方向均匀分布。出气口34为多个时，出气口34可以相对于环形通道32的圆周方向均匀分布。应理解，此时，上述多个进气口33具有良好的分布特性，可以使得环形通道32各个区域内的保护气体的进气量大致相等。同时，中空筒体31的外壁(或环形凹槽324的内壁3241)上开设的出气口34也具有良好的分布特性，使得改变运动方向后的保护气体可以由分布较为规则的各出气口34排出，从而能够确保激光筒体1径向上的各个区域均有保护气体吹过，且各个区域内保护气体的流量大致相等，确保将进入激光筒体1内的粉尘全部吹送到激光筒体1外。

作为一种可能的实现方式，参见图1和图4，上述激光熔覆成型装置还包括水冷结构4。水冷结构4设置在供粉结构2的外周，用于冷却供粉结构2。应理解，在激光熔覆过程中，激光焦点周围的温度较高。而供粉结构2所具有的送粉嘴21的前端与激光焦点的距离较近，使得送粉嘴21的温度较高。当送粉嘴21的温度接近粉末的熔点温度时，粉末会在送粉口处熔化，从而容易堵塞送粉口。在供粉结构2的外周设置水冷结构4，可以在激光熔覆过程中对供粉结构2进行冷却，从而避免熔化的粉末将送粉口堵塞，便于激光熔覆加工的进行。

具体的，参见图4和图7，上述水冷结构4可以包括至少两个冷却通道41和至少一个连通通道42。至少两个冷却通道41通过至少一个连通通道42连通。至少两个冷却通道41沿着粉末的流通方向分布在供粉结构2的外周。同时，为确保水冷结构4可以对供粉结构2进行充分冷却，上述至少两个冷却通道41的径向截面积可以不同。

其中，各个冷却通道41的轴向长度可以相等，也可以不等。此外，为使得各个冷却通道41的轴线距离供粉结构2的距离大致相等、确保良好的冷却效果，上述至少两个冷却通道41的轴线位于同一平面内。并且，在上述至少两个冷却通道41的径向截面积不同的情况下，为节省水冷结构4的制造材料，每个冷却通道41的轴线与水冷结构4的外侧壁的间距相等。再者，上述冷却通道41的个数、以及冷却通道41的相关参数(径向尺寸、长度等)可以根据实际应用场景设置，此处不做具体限定。

示例性的，参见图4和图7，上述水冷结构4包括五个冷却通道41。五个冷却通道41沿着粉末的流通方向分布在供粉结构2的外周。分别与进水口和出水口连接的两个冷却通道41的径向截面积大于位于中间的三个冷却通道41的径向截面积。在上述情况下，与进水口连接的冷却通道41的径向截面积较大，可以使得水冷结构4内有充足的冷却水。同时，因与出水口连接的冷却通道41和激光焦点的距离最近，将靠近的激光焦点的冷却通道41的径向截面积增大，可以增大此冷却通道41内冷却水的量，从而可以对处于送粉口附近的供粉结构2进行充分冷却。

作为一种可能的实现方式，参见图1和图2，为提高粉末的利用率，当上述供粉结构2包括多个送粉嘴21时，上述激光熔覆装置还包括控制结构(图中未示出)、以及与控制结构连接的电磁阀5。电磁阀5连接在供粉结构2所包括的送粉嘴21上。电磁阀5用于在控制结构的控制下打开或关闭送粉嘴21。

示例性的，参见图1和图2，激光筒体1底部的激光孔为矩形激光孔。供粉结构2包括两个送粉嘴21。两个送粉嘴21对称设置在激光筒体1的周向。每个送粉嘴21的送粉口为矩形送粉口。每个送粉嘴21上均连接有一个电磁阀5。控制结构与两个电磁阀5连接。打印过程中，控制结构根据预设方案，实时获取关于激光筒体1运动方向的信号，并根据运动方向信号控制电磁阀5的打开或关闭。具体的，当激光筒体1向右运动时，控制结构控制右侧的电磁阀5打开，并控制左侧的电磁阀5关闭。此时，仅由右侧的送粉嘴21向预定区域提供粉末。当激光筒体1向左运动时，控制结构控制左侧的电磁阀5打开，并控制右侧的电磁阀5关闭。此时，仅由左侧的送粉嘴21向预定区域提供粉末。综上所述，送粉的方向与激光筒体1的移动方向相同，可以使得送粉嘴21喷出的粉末准确落入预定区域，并且不会产生飞溅和反弹，从而可以提高粉末的利用率。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

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