一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置的制作方法

本发明涉及快速制造领域装置，具体涉及一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置。

背景技术：

3D打印机(3D Printers)又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3D打印机由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的。在打印之前，先在电脑中建模设计一个完整的三维立体模型，然后再进行打印输出。由于无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。

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，该粉末喷头组件只包括粉末喷头，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，所述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流的汇聚点。但是，该装置中，粉末从内外筒壁直接运动到送粉嘴内外圈时，不能很好的聚焦到激光的焦点，因此工件的成型质量会受到严重的影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置，其能够解决现有技术中粉末不能很好的聚焦到激光焦点的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置，包括：

透镜组件，包括透镜支架和安装在所述透镜支架上的透镜；

设置在所述透镜组件下面的送粉组件，所述送粉组件从上至下依次包括竖直设置的圆筒组件、与所述圆筒组件连接的第一圆弧组件、与所述第一圆弧组件连接的第一圆椎组件，所述第一圆锥组件包括内活动支板和外活动支板，在所述外活动支板的内壁上加工有粉末导流槽；

在所述送粉组件外部设置有冷却水腔组件。

优选的，所述所述第一圆弧组件的形状为从内圆弧过渡到外圆弧的形状。

优选的，所述第一圆弧组件包括内部圆弧壁板和外部圆弧壁板。

优选的，所述内活动支板与所述内部圆弧壁板铰接，所述外活动支板与所述外部圆弧壁板铰接。

优选的，所述粉末导流槽的截面形状为圆弧形。

优选的，在所述内活动支板与所述外活动支板之间设置有表面光滑的局部突起物，所述局部突起物固定在所述外活动支板的内表面。

优选的，在所述第一圆锥组件的下面设置有可上下活动的升降调节筒。

优选的，所述升降调节筒与外活动支板的外表面可滑动的相接触。

优选的，所述第一圆锥组件的锥度在20-40度的范围内调节。

本发明还提供一种3D打印装置，包括：

激光头组件，包括透镜组件和设置在所述透镜组件下面的权利要求1至9任一项所述的同轴送粉装置；

在所述激光头组件下部周围设置有电磁组件，所述电磁组件包括多个电磁感应线圈，在所述电磁感应线圈上部设置有电磁屏蔽组件。。

本发明公开一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置，包括：透镜组件，包括透镜支架和安装在所述透镜支架上的透镜；设置在所述透镜组件下面的送粉组件，所述送粉组件从上至下依次包括竖直设置的圆筒组件、与所述圆筒组件连接的第一圆弧组件、与所述第一圆弧组件连接的第一圆椎组件，所述第一圆锥组件包括内活动支板和外活动支板，在所述外活动支板的内壁上加工有粉末导流槽；在所述送粉组件外部设置有冷却水腔组件。与现有技术相比，本发明提供的同轴送粉装置在圆椎组件的外活动支板内部设置有粉末导流槽，这样可以更加方便的使粉末聚焦到激光加工中心，从而提高工件的成型质量

在一种优选的方式中，本发明提供的同轴送粉装置的圆弧组件的形状从内圆弧过渡到外圆弧的形状，这样粉末通过所述内圆弧形状过渡到外圆弧形状，然后再进入第一圆锥组件中，能够使得金属粉末在输送的过程中更加缓和的从竖直运动过渡到锥形聚焦运动，从而达到更稳定均匀的送粉效果，提高工件成型质量。

本发明提供的3D打印装置，在电磁组件上面设置有电磁屏蔽组件，电磁屏蔽组件可以防止粉末在喷出的过程中，运动方向受到电磁线圈的不良影响，从而保证粉末能够更均匀地喷出工作区域，达到激光焦点，从而提高工件的成型质量。

附图说明

图1本发明提供的同轴送粉装置的一种实施方式的示意图；

图2为同轴送粉装置中的第一圆弧组件示意图；

图3为本发明中圆椎组件的外活动支板的截面示意图；

图4为本发明提供的3D打印装置的示意图。

具体实施方式

请参见附图1，本发明提供同轴送粉装置的一种实施方式的示意图，包括透镜组件，包括透镜支架301和水平安装在所述透镜支架上的聚光透镜302，聚光透镜的作用在于对激光束进行聚焦。在透镜组件下面为送粉组件，所述送粉组件的作用在于输送金属粉末，金属粉末聚焦到聚光束的焦点上面，然后经过快速熔化和凝固，完成金属工件的3D打印工序。

在一种实施方式中，送粉组件从上至下依次包括竖直设置的圆筒组件401，所述圆筒组件由内筒壁401a和外筒壁401b组成，内筒壁和外筒壁之间与粉末输送管道401c连接，金属粉末从粉末输送管道输送到内筒壁和外筒壁之间，在内筒壁的上部安装有保护镜片501a，设置保护镜片的作用在于可以防止受激光加热的粉末飞起从而损伤激光头。在外筒壁的外侧设置有冷却水腔501b，冷却水腔连接有冷却水入口和冷却水出口，通过冷却水循环可以降低保护镜片的周围温度，防治保护镜片受热炸裂。粉末输送管道可以圆周连接在外筒壁的周围，向内输送金属粉末。

在圆筒组件的下方，设置有第一圆弧组件601，请同时参见图2，为第一圆弧组件的放大示意图，所述第一圆弧组件的形状是从内圆弧601a过渡到外圆弧601b的形状，包括内圆弧壁板601c、与外筒壁连接的外圆弧壁板601d，金属粉末从内外圆筒壁之间进入到第一圆弧组件内。

在所述第一圆弧组件的下部设置有第一圆锥组件，所述第一圆锥组件包括送粉嘴内圈701a和送粉嘴外圈701b，所述送粉嘴内圈由多个沿轴向分布的内活动支板组成，所述内活动支板与所述内圆弧壁板通过铰接的方式连接，这样可以绕着内圆弧壁板转动，所述外活动支板与所述外圆弧壁板也通过铰接的方式连接，这样可以绕着外圆弧壁板转动，内活动支板与外活动支板通过固定在外活动支板内表面的表面光滑的局部突起物801a连接，内活动支板与外活动支板平行设置。请同时参见图3，为外活动支板的截面示意图(图中只示出外圆筒和外活动支板)，在外活动支板的内侧上，加工有粉末导流槽901，通过所述粉末导流槽，可以使得粉末更加方便的向激光焦点聚焦，从而能够提高工件成型质量。

通过设置所述第一圆弧组件，所述粉末从圆筒壁往下运动到圆弧组件，由于圆弧组件的过渡效果，让粉末更缓和的运动到圆椎组件中去，可以防治产生粉末的瞬时阻碍效果。另外，第一圆锥组件的锥度优选为20-40度，更优选为30度，第一圆锥组件的锥度被定义为内活动支板或外活动支板与竖直轴向所成的夹角。这样，通过设置第一圆台组件，就可以防止产生粉末的瞬间受阻问题，从而使得粉末的输送更加均匀，提高工件的成型质量。

为了调节外活动支板的角度，进一步设置有升降调节筒801b，升降调节筒与外筒壁通过螺纹连接，升降调节筒可以沿外筒壁上下移动，升降调节筒与外活动支板的外表面可滑动的相接触。当升降调节筒上下运动时，可以带动外活动支板旋转运动，从而调节第一圆椎组件的角度，将粉末聚焦到不同的位置。

请参见图4，为本发明提供的3D打印装置的示意图，具体包括激光头组件，所述激光头组件包括透镜组件101和在所述透镜组件下面的送粉组件102。在所述激光头组件下部设置有电磁组件202，所述电磁组件包括多个电磁感应线圈203，所述电磁感应线圈由多组对称的缠绕在铁芯外面的铜线圈组成。通过所述电磁感应线圈，使得激光工作区域，即设置在工作台205上的工件206上的激光工作区时刻处于磁场的中心位置，电磁线圈的大小和转动速率可调，从而达到不同的电磁强度。进一步的，为了避免电磁线圈对金属粉末产生影响，在电磁线圈的上面水平设置有圆环状的屏蔽板204。通过所述屏蔽板，可以把电磁屏蔽到粉末以外，这样粉末在输送过程中就不会受到影响，从而提高工件的成型质量。本发明在电磁组件上面设置有电磁屏蔽组件，电磁屏蔽组件可以使得防止粉末的喷出的过程中，受到电磁线圈的不良影响，从而保证粉末能够更均匀的喷出到工作区域，提高工件的成型质量。

本发明公开一种用于3D打印金属工件的同轴送粉装置，包括：透镜组件，包括透镜支架和安装在所述透镜支架上的透镜；设置在所述透镜组件下面的送粉组件，所述送粉组件从上至下依次包括竖直设置的圆筒组件、与所述圆筒组件连接的第一圆弧组件、与所述第一圆弧组件连接的第一圆椎组件；所述第一圆弧组件的形状为从内圆弧过渡到外圆弧的形状；在所述送粉组件外部设置有冷却水腔组件。与现有技术相比，本发明提供的同轴送粉装置在圆椎组件的上部设置形状为从内圆弧过渡到外圆弧形状的圆台组件，粉末通过所述圆台组件再进入第一圆锥组件中，能够使得金属粉末在输送的过程中更加缓和的从竖直运动过渡到锥形聚焦运动，从而达到更稳定均匀的送粉效果，提高工件成型质量。

以上仅是本发明的优选实施方式，这些优选方式仅是本发明的一种示例性的说明，这种示例性的说明不应理解为对本发明的限制。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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。