同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置的制作方法

1.本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置。


背景技术：

2.激光增材制造技术作为一种新兴的制造技术，近年来，随着现代工业的发展，其应用范围越来越广泛。激光熔覆的送粉方式主要分为预置送粉和同步送粉两种，其中同步送粉是利用气载式送粉器，将激光熔覆粉末直接输送入光斑内，随着光斑在工件表面的移动，形成熔覆层。实现同步送粉的方法有两种，一种为侧向送粉，另一种为同轴送粉。与预置送粉方式比较，同步送粉可以很好的实现气氛保护，使熔覆粉末自身的性能不受空气内氧、氮等元素的影响，实现熔覆层的完美性能。
3.在工件成型的过程中，金属粉末或丝材在激光束的高温作用下熔化，会产生大量的烟尘充斥在设备中。这些烟尘不仅会影响成型质量，而且对激光头的光学部分和设备也会造成损害。现有技术中的集尘装置通常距离熔池较远，或位于激光头的一侧，且安装不便，无法有效的收集烟尘，不能满足实际需求。并且，传统的激光熔覆头在加工过程中，由于激光在工件上的反射作用，容易对激光头及上方的管路造成损坏，影响激光头使用。
4.现有技术文献：
5.专利文献1：cn109536947a 激光熔覆同轴送粉过程中粉尘回收装置
6.专利文献2：cn204209282u 激光加工用同轴集尘罩


技术实现要素：

7.本发明目的在于提供一种同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置，能够对金属粉末融化后产生的烟尘进行约束扩散和收集，并阻断激光在工件上的反射向上光路，保护激光头上方的管路。
8.为了实现上述目的，本发明提供一种同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置，包括：
9.集尘罩，设置于激光头和送粉头结合区域的外围，所述集尘罩具有中央开孔的环形板以及沿着环形板边沿向下延伸的环形壁面，所述中央开孔供激光头和送粉头穿过，所述环形壁面在集尘罩内侧限定了集尘区域；
10.冷却板，被相贴合的设置在所述集尘罩的上方，并与集尘罩固定；
11.至少一个集尘管，集尘管第一端贯穿所述冷却板连接到集尘区域，另一端连接到负压管，使位于集尘区域中的烟尘被负压吸附到集尘管中；
12.其中，所述集尘区域位于环形板下方、环形壁面内侧。
13.优选地，所述冷却板与所述环形板之间设有冷却机构，用于冷却所述冷却板和/或集尘罩。
14.优选地，所述冷却机构为水冷机构。
15.优选地，所述水冷机构包括位于冷却板与所述环形板之间的夹层，所述冷却板上
设有与夹层连通的两个接管，两个接管分别用于连接冷却介质的进水管和排水管，通过冷却介质循环流动使冷却板和/或集尘罩冷却。
16.优选地，所述夹层在冷却板与集尘罩之间闭合形成环形腔室，且多个集尘管穿过所述环形腔室。
17.优选地，所述冷却板与所述集尘罩之间设有密封结构，所述冷却板的下壁面和/或集尘罩的上壁面设有形成所述夹层的空腔。
18.优选地，所述密封结构包括所述空腔内缘的内凸缘和位于空腔外沿的外凸缘，所述内凸缘和外凸缘设置于冷却板或集尘罩的结合面上，所述内凸缘和外凸缘的端面设有第一密封圈。
19.优选地，所述冷却板或集尘罩上还设有与所述集尘管对应数量的环形凸缘，环形凸缘的端面设有第二密封圈，使冷却板和集尘罩贴合时，所述环形凸缘的内孔在所述空腔中形成供集尘管连接到集尘区域的通道。
20.优选地，所述负压管的一端连接负压装置，所述负压管的另一端连接分气装置，所述分气装置带有与集尘管对应数量的接口。
21.优选地，所述集尘管包括：
22.贯穿所述夹层的集尘连接管；
23.连接在集尘连接管排风端的软管，所述软管的另一端连接到所述分气装置。
24.优选地，所述分气装置为一体成型结构，第一端具有与负压管连接的接口，第二端带有与集尘管对应数量的接口。
25.优选地，所述冷却板和/或集尘罩上设有用于固定激光头的固定件。
26.优选地，所述冷却板和/或集尘罩为金属材质、合金材料或者不锈钢材质。
27.优选的，所述负压管被箍型固定件固定到激光头的一侧。
28.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
29.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
30.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
31.图1是本发明同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置的结构示意图；
32.图2是本发明同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置的正视图；
33.图3是本发明同轴送粉的激光熔覆头用集尘罩和冷却板的结构示意图；
34.图4是图3的另一种结构示意图；
35.图5是本发明同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置中冷却板和集尘罩的结构示意图；
36.图6是图5的另一种结构示意图；
37.图7是本发明同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置的俯视图。
具体实施方式
38.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
39.在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
40.金属粉末或丝材在激光束的高温作用下熔化，会产生大量的烟尘充斥在设备附近，这些烟尘不仅会影响成型质量，而且对激光头的光学部分和设备也会造成损害，本发明旨在实现，能对产生的烟尘约束在一个区域内，并利用负压系统将烟尘吸附收集，以保护激光头和设备。
41.结合图1和图2所示，本实施例中提供一种同轴送粉的激光熔覆头用集尘装置，主要包括集尘罩1、冷却板2以及负压吸附系统，其中，激光头6的下方设有四个送粉头61，送粉头61沿激光头6的光路呈中心对称分布，输送金属粉末延伸至与激光束重合时，被激光能量所融化。在可选的实施例中，集尘罩1、冷却板2均配套地采用环形设计。
42.进一步的，集尘罩1设置于激光头6和送粉头61结合区域的外围，具有呈环形向下延伸的壁面12，其中，该环形壁面12的下端面至少在金属粉末融化区域的上方，能在不干扰增材加工的情况下，尽可能的约束烟尘向外扩散，即在集尘罩1内侧形成集尘区域。
43.结合图1所示，冷却板2被设置在集尘罩1的上方，并与集尘罩1固定；冷却板2上方向上延伸出至少一个集尘管。其中，集尘管的第一端贯穿冷却板2连接到集尘区域，另一端连接到负压管5，负压管5与负压装置连接，使位于集尘区域中的烟尘被负压吸附到集尘管中。
44.优选地，集尘装置可设置多个集尘管，沿着冷却板的圆周方向均匀分布。
45.如此，在激光熔覆加工过程中，金属粉末融化后产生的烟尘能被约束到一个相对小的空间内，不会向外扩散，并被连接负压装置的集尘管所吸附，以有效的去除激光增材制造中产生的烟尘，减少烟尘在设备周围以及内部的扩散。
46.进一步的，结合图3
‑
6所示，集尘罩1被设置成环形板状，包括环形板11，环形板11圆心处设有供激光头6和送粉头61穿过的圆槽13，即中心开孔。环形板11外侧设置有呈环形向下延伸的壁面12，如此，集尘罩1可以对激光熔覆头上方起到防护作用，避免激光在工件上的反光和加工中产生的飞溅对激光熔覆头及管路的损坏。
47.如此，在激光增材制造过程中，激光在工件上的反光使激光被反射到集尘罩1上，实现对激光熔覆头上方结构的保护，但是使集尘罩1的热量变高，可能导致结构变形，这是不希望看到的。因此，为了延长集尘罩1的使用寿命，在本发明的进一步优选的实施例中，冷却板2和/或集尘罩1采用散热良好的材料，例如金属材料（例如铜），非金属材料，合金材料或不锈钢材质，能实现良好的散热。
48.应当理解，冷却板2和/或集尘罩1可以采用相同的材质，但他们并非必须采用相同的材质，在可选的实施例中，冷却板2与集尘罩1还可以为其他具有良好导热性的材料。
49.结合图3所示，在优选的实施例中，冷却板2与集尘罩1之间设置冷却机构，用于进一步对冷却板2与集尘罩1的散热，例如水冷、风冷或者其他散热方式，通过冷却气体或者冷却水的循环实现散热处理。
50.在本发明的示例中，以水冷机构为例，充分利用冷却板2与集尘罩1之间的空间，例如在冷却板2与集尘罩1形成一个夹层（图中未示出），冷却板2上设有与夹层连通的两个接管21，两个接管21分别用于连接冷却介质的进水管和排水管，通过冷却介质循环流动使使冷却板2和/或集尘罩1冷却，实现热量管理。
51.其中，冷却板2与集尘罩1之间设有密封结构，冷却板2的下壁面和/或集尘罩1的上壁面之间形成夹层的空腔，尤其是可通过密封圈进行密封，防止夹层的边缘漏液。
52.在可选的实施例中，结合图5和图6所示，冷却板2与集尘罩1贴合的一侧端面上设有空腔24，空腔24的内沿设有围成一周的内凸缘201，空腔24的外沿设有围成一周的外凸缘202，集尘罩1靠近冷却板2的一侧端面对应位置上设有内凸缘槽102和外凸缘槽101，使冷却板2与集尘罩1相贴合后，空腔24被封闭。
53.进一步的，为了提高密封性，冷却板2与集尘罩1之间垫设有两个密封圈，其中一个位于内凸缘槽102中，另一个位于外凸缘槽101中，使空腔24相对密封，夹层内的冷却介质可以对冷却板2、集尘罩1以及集尘连接管22降温，防止冷却板2与集尘罩1出现热变形，以提高装置的使用寿命。
54.对应的，在环形板11上还设有供集尘管安装的连接孔14，在冷却板2上设有环形凸缘203，集尘管安装在环形凸缘203的内孔204中，使集尘管由冷却板2上方穿过空腔24并连接到集尘空间。
55.在可选的实施例中，空腔也可以设置在集尘罩1上，或冷却板2与集尘罩1上均设置空腔，可根据实际的尺寸和冷却需要，设计空腔体积和流道，实现更好的冷却效果。
56.进一步的，结合图1
‑
3和图7所示，负压管5的一端连接负压装置（图中未示出），负压管5的另一端连接分气装置4，其中，分气装置为一体成型结构，一端具有与负压管连接的接口，另一端带有与集尘管对应数量的接口。
57.结合图1所示，集尘管包括贯穿夹层的集尘连接管22，连接在集尘连接管22排风端的软管3，软管3的另一端连接到分气装置4，其中，集尘连接管22优选为铜管，集尘连接管22从环形凸缘203的内孔204中穿过，集尘连接管22一端焊接在集尘罩1上，在下方具有一个集尘口221（如图4所示）。
58.在可选的实施例中，集尘连接管22还可以以过盈连接的方式连接在环形凸缘203的内孔204中。
59.结合图3和图6所示，冷却板2和/或集尘罩1上设有用于固定激光头6的固定件23，固定件23被通过螺钉固定在冷却板2和/或集尘罩1上，固定件23上设有一个限位柱，激光头6上带有与限位柱配合的限位孔。
60.如此，使激光头6被固定到冷却板2的内侧，在安装简便，无需拆装送粉头61即可安装。
61.结合图1所示,负压管5被箍型固定件固定到激光头6的一侧，以保持吸附管道连接
稳定，其中，箍型固定件具有与激光头6固定的连接座，以及连接到负压管5外壁的箍环。
62.如此，结合上述实施例，集尘罩1和冷却板2可以对激光增材制造中产生的烟尘进行约束并有效的去除，以减少烟尘在设备内部的扩散；同时也避免激光反光和加工中产生的飞溅对激光熔覆头及管路的损坏；集尘罩1和冷却板2间的冷却结构可以防止激光反射带来的热变形，延长使用寿命。
63.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。