一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置的制作方法

本发明涉及3d打印领域，尤其是涉及一种用于3d打印金属工件的同轴送粉装置。

背景技术：

3d打印的核心是将所需成形工件的复杂3d形体通过切片处理转化称为简单的2d截面的组合，因此不必采用传统的加工机床和模具，依据工件的三维计算机辅助设计模型，在计算机控制的快速成形机上，沿着高度方向逐层沉积材料，成形工件的一系列2d截面薄片层，并使片层与片层相互粘接，最终堆积成三维工件。

当使用3d打印制造金属工件时，需要使用激光打印设备。传统的激光打印设备包括激光发生器、激光喷头、机械臂及工作台，激光发生器的作用是产生激光，该激光喷头安装于机械臂上。在整个3d打印过程中，由机械臂带动激光喷头在工作台上完成。激光喷头组件主要包括激光头和粉末喷头组件，该粉末喷头组件包括粉末喷头，粉末喷头连接送粉管路和保护气体管路。在工作过程中，粉末被喷出后，激光快速将粉末融化，然后在极短的时间内快速凝固形成工件的形状。

决定金属工件成型质量的重要因素是粉末喷头，即能够保证粉末均匀稳定的聚焦供应到激光的聚光点上，现有技术中公开了很多这样的同轴送粉装置。中国专利cn104178763公开了一种激光同轴熔覆送粉头，包括外筒壁、内筒壁、冷却水腔、送粉嘴外圈、送粉嘴内圈，送粉嘴内圈和送粉嘴外圈包括可调整的活动支板构成，能够在不拆卸各种管路的情况下达到改变粉末汇聚点和激光焦点的相对位置及粉末浓度分布；但在一些情况下，粉末喷头仅要调整粉末的汇聚点及粉末浓度分布来适应具体的金属工件的成型，而粉末的汇聚点和激光焦点不产生变化，从而在满足要求的情况下保证粉末能够被聚焦的激光充分融化并重新成型。

因此，本专利在以上现有技术的基础上进行改进，实现装置可以进行粉末的汇聚点和激光焦点的同步调整，满足加工需要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单，便于实现粉末的汇聚点和激光焦点进行同步调整的用于3d打印金属工件的同轴送粉装置。

本发明采用以下技术方案：一种用于d打印金属工件的同轴送粉装置，包括可组配在一起的外筒壁、内筒壁、送粉嘴外圈、送粉嘴内圈和升降调节筒，送粉嘴外圈和送粉嘴内圈分别由若干片周向对称分布并各自相互搭接的外活动支板和内活动支板组成，送粉嘴外圈和送粉嘴内圈共同组成周向封闭的锥形送粉嘴；外活动支板和内活动支板通过铰链分别与外筒壁、内筒壁相连；外活动支板和内活动支板设有联动机构，可使外活动支板能够带动内活动支板围绕铰链做相应转动；联动机构为上表面光滑的局部突起物，局部突起物固定在外活动支板的内表面，局部突起物的上表面与内活动支板可滑动的相接触，能够沿内活动支板的外表面滑动；升降调节筒可旋转设置于外筒壁的端部并在旋转时进行上下移动相对位置，升降调节筒的下沿与外活动支板的外表面可滑动的相接触并在上下移动时调节外活动支板与外筒壁的轴线夹角；外筒壁的后部设置透镜安装架，透镜安装架内设置聚焦透镜；透镜安装架包括下支架和上支架，下支架与外筒壁固定安装，上支架可轴向移动的套设于下支架上，聚焦透镜设置于上支架处；还包括同步调整机构和切换机构，同步调整机构包括卡架、联动轴、上联动件和下联动件，上联动件、联动轴和下联动件由上至下依次设置并进行联动，联动轴可上下滑移的设置于卡架上，卡架可拆卸的设置于外筒壁上，下联动件与升降调节筒配合进行联动，上联动件与上支架配合进行联动，令升降调节筒在活动调整外活动支板与外筒壁的轴线夹角时同步进行上支架的上下位置调整；切换机构设置于下支架和上支架上，在进行切换时调整上联动件与上支架是否进行联动。

作为一种改进，升降调节筒的外壁具有螺旋槽，下联动件为设置于联动轴下部的滚轴，滚轴伸入螺旋槽内进行配合，当升降调节筒进行旋转时驱动下联动件进行上下位移；上联动件为齿轮组，联动轴和上支架上设置有与齿轮组相配合的齿条，升降调节筒和上支架在同步调整机构的带动下进行上下联动。

作为一种改进，卡架包括一对呈半环形的子架，外筒壁的上端具有一柱形连接体，下支架和外筒壁之间通过柱形连接体进行套设连接，子架内侧具有与柱形连接体相适配的卡槽，一对子架通过卡槽定位卡设于柱形连接体处，并由子架两端设置紧固件进行安装固定；一处子架上设置上下延伸的布置块，布置块上竖直设置供联动轴在其中滑移配合的滑移轨，布置块上部设置供上联动件容纳的安装腔。

作为一种改进，柱形连接体上设置有一定位柱，子架的卡槽中设置有与定位柱相配合卡设的定位槽。

作为一种改进，上支架套设于下支架内，布置块上部向上支架延伸形成抵触部，抵触部向下开设一嵌槽，当卡架安装至外筒壁上到位时，嵌槽与下支架上端边缘相卡限位。

作为一种改进，切换机构包括一可拆卸设置于下支架上的定位销、以及设置于上支架外壁上的定孔、滑槽和让位槽，让位槽和上支架上的齿条左右相邻设置，滑槽和定孔左右相就间隔设置，定孔与定位销相匹配，滑槽在上支架上竖直设置且宽度与定位销相匹配；当旋转上支架令定位销与定孔相对并安装定位时，上支架与下支架相互的位置被锁定，且齿轮组与让位槽相对；当旋转上支架令定位销与滑槽相对并安装限位时，上支架可相对下支架进行上下滑移，且齿轮组与上支架上的齿条相对啮合。

作为一种改进，外活动支板和内活动支板的数量相同，形状为等腰梯形，与铰链连接一端的边长大于相对的一端的边长。

作为一种改进，升降调节筒与外筒壁通过螺纹连接。

本发明的有益效果：在现有结构所能实现功能的基础上，通过同步调整机构的设置，令同轴送粉装置可以实现对粉末的汇聚点和激光焦点进行同步调整的效果，保证了在激光同轴熔覆时焦点的聚焦，在能够改变粉末浓度分布的情况下，并满足激光聚焦将粉末彻底融化并重新成型的需求。同时设置的切换机构，令同步调整机构的功能可被切换，同轴送粉装置还可实现其原来的粉末的汇聚点和激光焦点分离的使用功能。以上结构及功能可以在现有结构的基础上进行一定的改动和添加，本身良好的控制了成本，一台机器满足不同功能的需求，市场应用面更广。

附图说明

图1是本发明的纵向剖视结构示意图。

图2是本发明的升降调节筒、外活动支板和内活动支板处的横向剖视结构示意图。

图3是本发明的透镜安装架和切换机构第一状态下的横向剖视结构示意图。

图4是本发明的透镜安装架和切换机构第二状态下的横向剖视结构示意图。

图5是本发明的上支架的侧面结构示意图。

图6是本发明的升降调节筒的侧面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1-6所示，为本发明用于3d打印金属工件的同轴送粉装置的一种具体实施例。该实施例包括可组配在一起的外筒壁01、内筒壁02、送粉嘴外圈、送粉嘴内圈和升降调节筒06，送粉嘴外圈和送粉嘴内圈分别由若干片周向对称分布并各自相互搭接的外活动支板04和内活动支板05组成，送粉嘴外圈和送粉嘴内圈共同组成周向封闭的锥形送粉嘴；外活动支板04和内活动支板05通过铰链分别与外筒壁o1、内筒壁02相连；外活动支板04和内活动支板05设有联动机构，可使外活动支板04能够带动内活动支板05围绕铰链做相应转动；联动机构为上表面光滑的局部突起物00，局部突起物00固定在外活动支板04的内表面，局部突起物00的上表面与内活动支板05可滑动的相接触，能够沿内活动支板05的外表面滑动；升降调节筒06可旋转设置于外筒壁01的端部并在旋转时进行上下移动相对位置，升降调节筒06的下沿与外活动支板04的外表面可滑动的相接触并在上下移动时调节外活动支板04与外筒壁01的轴线夹角；外筒壁01的后部设置透镜安装架07，透镜安装架07内设置聚焦透镜08；透镜安装架07包括下支架071和上支架072，下支架071与外筒壁01固定安装，上支架072可轴向移动的套设于下支架071上，聚焦透镜08设置于上支架072处；还包括同步调整机构1和切换机构2，同步调整机构1包括卡架11、联动轴12、上联动件13和下联动件14，上联动件13、联动轴12和下联动件14由上至下依次设置并进行联动，联动轴12可上下滑移的设置于卡架11上，卡架11可拆卸的设置于外筒壁01上，下联动件14与升降调节筒06配合进行联动，上联动件13与上支架072配合进行联动，令升降调节筒06在活动调整外活动支板04与外筒壁01的轴线夹角时同步进行上支架072的上下位置调整；切换机构2设置于下支架071和上支架072上，在进行切换时调整上联动件13与上支架072是否进行联动。

本发明在使用时，可以以现有结构为基础。如图1、2所示，送粉嘴外圈由8片(片数可以为＞3的正整数)沿周向对称分布的外活动支板04组成，送粉嘴内圈由8片(片数可以为＞3的正整数)沿周向对称分布的内活动支板05组成，外活动支板04和内活动支板05各自相互搭接，送粉嘴外圈和送粉嘴内圈两者共同组成周向封闭的锥形送粉嘴；外活动支板04和内活动支板05通过铰链分别与外筒壁01和内筒壁02相连，从而可以实现上下转动；外活动支板04的数量与内活动支板05的数量可以相同，也可以不同，形状为等腰梯形，与铰链连接一端的边长大于相对的一端的边长。外活动支板04与内活动支板05之间设有联动机构，可使外活动支板04能够带动内活动支板05围绕铰链做相应转动；联动机构为上表面光滑的局部突起物00，局部突起物00固定在外活动支板04的内表面，局部突起物00的上表面与内活动支板05可滑动的相接触，可以沿内活动支板05的外表面滑动，从而当外活动支板04向上或者向下转动时，内活动支板05跟随外活动支板04一起向上或向下转动。升降调节筒06与外筒壁01可通过螺纹连接，升降调节筒06下沿与外活动支板04的外表面可滑动的相接触。内筒壁02上部安装有保护镜片031，可以防止受激光加热的粉末飞起而损坏激光头。外筒壁01上设有冷却水腔，并开设冷却水入口及冷却水出口，通过冷却水循环降低保护镜片031周围温度，防止其受热炸裂。外筒壁01上均匀开设有多个载粉气流入口。8片内活动支板05和8片外活动支板04各自相互搭接，相邻两片有一部分重叠，形成封闭多边形，其和内筒壁02、外筒壁01共同构成粉末输送通道。

在以上现有结构的基础上，如图1、3、4、5、6所示，激光同轴送粉头和激光头连接，激光头包括透镜安装架07，透镜安装架07包括下支架071和上支架072，上支架072内的聚焦透镜08对通过的激光束进行聚焦；下支架071作为固定的结构保持激光头的稳定，由上支架072的活动调整聚焦透镜08的位置。同步调整机构1的设置来实现上支架072和升降调节筒06的同步上下活动。其中卡架11作为可拆卸的结构，可以由使用者选择性的安装于外筒壁01上，从而为同轴送粉装置赋予上支架072和升降调节筒06同步上下活动的功能，来实现粉末的汇聚点和激光焦点的位置一致；而拆卸下来时，可通过现有的紧固件结构固定下支架071和上支架072，同轴送粉装置保持原来的使用功能，从而适应不同使用者的具体需求。同步调整机构1中的上联动件13、联动轴12和下联动件14在安装至同轴送粉装置上后具体联动上支架072和升降调节筒06来实现联动功能，同时提供的切换机构2，可以实现在不拆卸同步调整机构1时，对上联动件13与上支架072是否联动来进行调整，那样使用者可以快速的进行上支架072和升降调节筒06联动或者升降调节筒06单独活动的切换，来满足产品加工需要，降低停机调整所需的时间，提高加工效率来保证产量。

作为一种改进的具体实施方式，升降调节筒06的外壁具有螺旋槽061，下联动件14为设置于联动轴12下部的滚轴，滚轴伸入螺旋槽061内进行配合，当升降调节筒06进行旋转时驱动下联动件14进行上下位移；上联动件13为齿轮组，联动轴12和上支架072上设置有与齿轮组相配合的齿条121，升降调节筒06和上支架072在同步调整机构1的带动下进行上下联动。

如图1、5、6所示，升降调节筒06采用原来的螺纹连接，可以不必去改动模具，降低结构改动的制造成本；在升降调节筒06外壁加工出螺旋槽061，可以在升降调节筒06旋转时，令螺旋槽061中的下联动件14即滚轴沿着螺旋槽061在上下方向上产生位移；本身联动轴12在卡架11上限定了其上下位移的状态，因此滚轴不会产生水平方向的位置，会由螺旋槽061的位置变化带动联动轴12进行升降。联动轴12上端和上支架072上设置齿条121，配合上联动件13具体的齿轮组进行传动，实现上支架072的上下移动，根据升降调节筒06具体的上下移动距离，可以设计具体多个齿轮组成齿轮组，来达到上支架072和升降调节筒06的上下活动相适应，满足两者活动后粉末的汇聚点和激光焦点的位置一致。当升降调节筒06向上运动，内活动支板05和外活动支板04绕铰链转动而抬起，使得送粉通道的末端出口向上移，粉末流的汇聚点较原来提升，同时下联动件14被螺旋槽061提升或下降，联动轴12上部的齿条121通过驱动上联动件13的转动来同时进行上支架072的上移，令激光焦点较原来提升。相反，当升降调节筒06向下运动时，内活动支板05和外活动支板04落下，送粉通道的末端出口向下移动，粉末流的汇聚点较之前下降，同时同步调整机构1的活动令上支架072的下移，令激光焦点较原来下降。从而使得粉末流的汇聚点和粉末浓度分布产生变化，而粉末流的汇聚点和激光焦点没有变化，满足具体的加工需要。

作为一种改进的具体实施方式，卡架11包括一对呈半环形的子架111，外筒壁01的上端具有一柱形连接体09，下支架071和外筒壁01之间通过柱形连接体09进行套设连接，子架111内侧具有与柱形连接体09相适配的卡槽112，一对子架111通过卡槽112定位卡设于柱形连接体09处，并由子架111两端设置紧固件进行安装固定；一处子架111上设置上下延伸的布置块113，布置块113上竖直设置供联动轴12在其中滑移配合的滑移轨114，布置块113上部设置供上联动件13容纳的安装腔115。

如图1所示，结构上采用原来的柱形连接体09设计，可以不必去改动模具，降低结构改动的制造成本，而需要改变的是透镜安装架07的配合结构。以柱形连接体09的结构为基础，设计卡架11的具体结构，即为一对呈半环形的子架111，通过卡槽112可以相匹配的限位安装于柱形连接体09处，保证了上下位置的固定；一对卡架11相合即可定位于柱形连接体09处，拆装方便，有利于上联动件13和下联动件14分别与上支架072和升降调节筒06的接触配合与分离，不会产生干扰。一处子架111用于设置联动轴12和上联动件13，具体为布置块113的结构，设置滑移轨114供联动轴12竖直滑移，设置安装腔115供上联动件13可旋转的安装容纳，结构简单便于制造，其集中位于同轴送粉装置的一侧，不影响其他部件的设置。

作为一种改进的具体实施方式，柱形连接体09上设置有一定位柱091，子架111的卡槽112中设置有与定位柱091相配合卡设的定位槽092。

如图1所示，定位柱091和定位槽092的设置良好的限定了子架111唯一的安装位置，在安装完成后能够保证上联动件13和下联动件14分别与上支架072和升降调节筒06的对应位置，实现准确安装，且使用过程不会出现子架111位移的情况，提高结构间配合的稳定性，降低零部件磨损的可能。

作为一种改进的具体实施方式，上支架072套设于下支架071内，布置块113上部向上支架072延伸形成抵触部116，抵触部116向下开设一嵌槽117，当卡架11安装至外筒壁01上到位时，嵌槽117与下支架071上端边缘相卡限位。

如图1所示，进一步的设置抵触部116，在子架111与柱形连接体09安装完成后，抵触部116的侧边靠近上支架072进行抵触，可以尽量封闭安装腔115，令上联动件13和齿条121的配合不被外界的粉尘干扰，粉尘或杂物不会进入安装腔115；作为优化可以在抵触部116的侧边设置滚珠等结构令抵触部116和上支架072的相对滑移为滚动摩擦，减少摩擦阻力。嵌槽117的设置可以在子架111与柱形连接体09安装完成后，与下支架071上端边缘相卡限位，从而稳定了同步调整机构1和下支架071的相对位置，令两者的结构更加稳定，提高产品一体性，降低零部件运行可能产生的抖动磨损。

作为一种改进的具体实施方式，切换机构2包括一可拆卸设置于下支架071上的定位销21、以及设置于上支架072外壁上的定孔22、滑槽23和让位槽24，让位槽24和上支架072上的齿条121左右相邻设置，滑槽23和定孔22左右相就间隔设置，定孔22与定位销21相匹配，滑槽23在上支架072上竖直设置且宽度与定位销21相匹配；当旋转上支架072令定位销21与定孔22相对并安装定位时，上支架072与下支架071相互的位置被锁定，且齿轮组与让位槽24相对；当旋转上支架072令定位销21与滑槽23相对并安装限位时，上支架072可相对下支架071进行上下滑移，且齿轮组与上支架072上的齿条121相对啮合。

如图3、4、5所示，切换机构2的具体结构实现了上联动件13和上支架072是否联动的切换。图3为联动状态，定位销21具体可为一螺纹件，定位销21安装在下支架071的一螺纹孔处，螺纹孔与滑槽23相对令定位销21安装至滑槽23处，此时上联动件13即齿轮组与齿条121相对，上支架072可相对下支架071进行上下滑移，滑槽23沿着定位销21进行相对上下活动；图4为不联动状态，在拆卸下定位销21后，旋转上支架072令上联动件13脱离齿条121到达让位槽24，同时定孔22与螺纹孔相对，把定位销21安装至定孔22处实现上支架072和下支架071相对锁定，上联动件13因处于让位槽24处而无法带动上支架072活动。以上结构良好的的实现了联动的切换，结构简单便于加工制造；让位槽24和齿条121相邻可以保证上联动件13的齿轮组良好的切换位置，受到的干扰较少，降低零部件的磨损；定位销21和定孔22、滑槽23可以对应的设置对组，可在上支架072的圆周上均匀设置，来保证更好的受力锁定以及导向。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。