一种金属粉末成形装置头的制作方法

本发明涉及金属粉末激光加工技术领域，特别是涉及一种金属粉末成形装置头。

背景技术：

同轴式激光成形技术是采用送粉系统在激光成形过程中将合金材料粉末通过载粉气流直接送入激光作用区,使其与基体材料同时熔化，冷却凝固形成冶金结合。同步送粉成形法有利于降低成形层厚度,实现材料、组织及零件形状等方面的可控性,是目前应用最广泛的激光增材制造技术。

同轴激光成形技术中所采用的送粉头,其结构可以确保粉末流的轴线和激光轴线相交,粉末流相对于激光束有较好的对称性,进而保证加工过程质量,可实现复杂扫面轨迹下的成形。

现有的同轴激光成形技术中为了对设备元器件的保护，设置有遮光机构，但现有的遮光机构固定设置或调解范围有限，不能满足工业应用上的需要。

由此可见，现有的同轴激光成形技术仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的可以改变遮光面积的金属粉末成形装置头，实属当前重要研发课题之一。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种金属粉末成形装置头，使其可根据实际情况任意调节遮光总面积的大小，从而克服现有的同轴激光成形技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属粉末成形装置头，包括与激光主轴固定连接的出光筒体、设置在所述出光筒体周向的多个粉管和可调节遮光机构，

所述可调节遮光机构包括两层上下分布且可相对旋转的第一遮光层和第二遮光层；

所述第一遮光层包括数量与所述粉管个数相等的遮光片，和滑动设置在所述出光筒体外周下部的旋转环，所述遮光片均为扇形结构，所述扇形结构的扇形短边固定连接在所述旋转环上，两两相邻的所述粉管之间各设置一个所述遮光片；

所述第二遮光层与所述第一遮光层结构相同，所述第二遮光层中的遮光片与所述第一遮光层中的遮光片互相搭接配合，通过所述第二遮光层中的旋转环和所述第一遮光层中的旋转环与所述出光筒体外壁的滑动旋转，实现遮光面积的调节。

作为本发明的一种改进，所述出光筒体周向设有6个均匀对称分布的粉管。

进一步改进，所述金属粉末成形装置头还包括保护镜片，所述保护镜片通过保护镜安装支架安装在所述出光筒体的内壁上。

进一步改进，所述金属粉末成形装置头还包括设置在所述出光筒体外周的第一冷却水路。

进一步改进，所述金属粉末成形装置头还包括设置在所述粉管外周的第二冷却水路。

进一步改进，所述出光筒体的顶端通过法兰与所述激光主轴固定连接，所述激光主轴的内壁上设置聚焦透镜。

进一步改进，所述多个粉管固定在所述出光筒体的外壁上，且所述多个粉管的粉末汇聚点正好与所述激光主轴的轴线重合。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过设置可调节遮光机构，能够根据实际情况来任意调节遮光总面积的大小，达到遮挡反射的激光的目的，进而避免遮光机构之上的元器件受热损坏，提高耐用性。

2、本发明通过在所述出光筒体的内壁上设置保护镜片和冷却水路，既可防止受激光加热的粉末飞起损坏激光头，又能防止出光筒体下端受热毁坏和保护镜片受热炸裂，提高该装置的安全可靠性。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明金属粉末成形装置头的结构剖面示意图。

图2为本发明金属粉末成形装置头的仰视图。

图3为图2中遮光层遮光角度变化的示意图。

图4为图1中角度调节结构变化的结构示意图。

图5为图4中外套筒下移时的结构示意图。

具体实施方式

参照附图1～3所示，本发明金属粉末成形装置头包括出光机构、送粉机构、遮光机构，以及连接出光机构与送粉机构的角度调节机构。

该出光机构包括出光筒体3和设置在其外周壁上的外套筒13。该出光筒体3的顶端通过法兰与激光主轴固定连接，且出光筒体3的中心轴线与激光主轴的轴线重合。该激光主轴包括聚焦透镜17和透镜安装架18,聚焦透镜17用于对通过的激光束进行聚焦。

该送粉机构包括多个分布在出光筒体3周向的粉管，并使该多个粉管的轴向相交点，即粉末汇聚点，正好与激光轴线重合。本实施例采用6个均匀对称分布在出光筒体周向的粉管5，该粉管5从载粉气流入口16进粉，从尖端出口出粉。当然粉管个数可以根据需要采用≥6的正整数。

该遮光机构包括两层上下分布且可相对旋转的第一遮光层和第二遮光层。

该第一遮光层包括数量与粉管个数相等的遮光片7，和滑动设置在出光筒体3外周下部的旋转环4。每个遮光片7均为扇形结构，分别设置在两两相邻的粉管之间，该扇形结构的扇形短边通过螺接方式固定在旋转环4上，则通过旋转环4的旋转可实现遮光片7以出光筒体3轴线为旋转轴心线左右自由旋转。该第二遮光层设置在第一遮光层的上方，且其具体结构与第一遮光层相同，包括数量与粉管个数相等的遮光片8，和固定设置在出光筒体3外周下部的旋转环6。其中该遮光片7与遮光片8互相搭接配合，通过旋转环4、旋转环6与出光筒体3外壁的滑动旋转，可实现遮光面积的调节。

如附图2中，当旋转环4位置不动时旋转环6以出光筒体轴线2为基准向左逆时针旋转时，得到附图3所示的不规则扇形遮光区域总面积变大的情况，反之会变小，从而该遮光机构可根据实际情况来任意调节遮光总面积的大小。本发明遮光机构可以遮挡反射的激光进而避免遮光机构之上的元器件受热损坏。

该角度调节机构包括旋转角度块20和连杆10，该连杆10的两端分别通过旋转角度块20和螺栓与外套筒13和粉管5紧固连接。旋转角度块20上开有调节槽，优选弧形调节槽。通过调节螺栓在调节槽中的紧固位置可调整连杆10与粉管5的夹角21角度，从而实现调节多个粉管的粉末汇聚点密度，如增大夹角21的角度时粉管5出口至激光汇聚点1的距离增大，导致粉末汇聚点密度减小；当减小夹角21的角度时粉管5出口至激光汇聚点1的距离减小，导致粉末汇聚点密度增加。

本实施例中该外套筒13可旋转的设置在出光筒体3的外周，如通过螺纹方式旋转连接，这样粉管5通过连杆10、旋转角度块20与外套筒13形成联动机构，当外套筒13向下移动时旋转角度块20、连杆10、粉管5也会同时向下移动，当外套筒13向上移动时旋转角度块20、连杆10、粉管5也会同时向上移动，如附图4和5所示。当然该外套筒13还可采用其它方式与出光筒体3外周连接，如通过导轨的方式滑动连接。

本发明金属粉末成形装置头还包括保护镜片12，该保护镜片12通过保护镜安装支架19安装在出光筒体3的内壁上。该保护镜片12用于防止受激光加热的粉末飞起而损坏激光头。

为了进一步保护该金属粉末成形装置头，该装置头还包括第一冷却水路和第二冷却水路。

该第一冷却水路设置在出光筒体3的外周，如附图1中该第一冷却水路的冷却水入口9和冷却水出口11,通过该第一冷却水路能降低出光筒体3下端和保护镜片12周围温度,防止其出光筒体3下端受热毁坏和保护镜片12受热炸裂。

该第二冷却水路设置在粉管5的外周，如附图1中该第二冷却水路的冷却水入口14和冷却水出口15,通过该第二冷却水路能防止粉管5受热毁坏。

本发明外套筒13与出光筒体3通过螺纹连接，上下旋转时不受粉、气、水等各种组件的影响,能够在不拆卸各种组件的情况下,通过外套筒13相对于出光筒体3向下或者向上旋转,使得粉管往下或者往上运动,进而使粉管粉路与激光束交点往下或者往上运动，同时通过角度调节机构来调整粉管5与连杆10的夹角角度，从而达到改变激光汇聚点和粉末汇聚点密度分布的目的。

本发明的多块遮光片通过旋转环与出光筒体相连接形成可旋转的遮光层，且由于设置两层遮光层，通过两层遮光层沿出光筒体轴线同向或反向旋转来减小或增大遮光总面积，形成可调节遮光总面积的遮光机构。当然，还可根据实际需要设置更多层的遮光层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。