一种三光束丝粉混合激光熔覆喷头

技术领域

本发明属于激光增材制造领域，具体而言涉及一种激光熔覆喷头。

背景技术

激光熔覆是一种激光表面改性技术，是在工件(或基体材料)表面加入溶覆材料(送粉、送丝、预置等)，通过高能密度激光加热，使熔覆材料和基体表面薄层金属迅速达到溶融状态，此时靠工件本身的导热，快速凝固结晶为溶覆层，以获得与基体材料之间冶金结合且稀释率低并具有各种特性的改性层或修复层。与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。因此，20世纪80年代以来，激光熔覆技术得到了国内外的广泛重视，并已在诸多工业领域获得应用。

三光束激光熔覆喷头目前已有相关的技术公开资料，其基本结构可参见中国专利一种激光熔覆装置（发明名称：激光熔覆装置，申请公布号CN 106583920 A）所述激光熔覆装置包括支撑架及设置在所述支撑架上的锥形反射扩散镜和反射聚焦组件，所述锥形反射扩散镜将入射光束扩束并沿该锥形反射扩散镜的圆周方向上反射以形成反射光束；所述反射聚焦组件包括反射聚焦面和反射面；所述反射聚焦面接收部分所述反射光束再反射形成聚焦光束，至基材上形成聚焦光斑，以熔化位于所述聚焦光斑内的被熔覆材料。

本案发明人通过对若干现有技术地分析及对实际应用层面不断深入，发现现有三光束激光熔覆喷头的结构仍然具有进一步改进的空间，以提高熔覆层表面质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三光束丝粉混合激光熔覆喷头，该激光熔覆喷头可保证熔覆材料熔化时热量均匀，有助于提高熔覆层和基材的冶金结合，以及提高表面质量及获得更小的稀释率。通过改变熔覆材料的组合（丝材、粉末），实现多种材料共同激光熔覆，有助于提高成形件质量和力学性能。所述丝粉混合包括或完全是粉末或者完全是丝材的特殊情况。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三光束丝粉混合激光熔覆喷头，包括一支撑架，所述支撑架上方设置有一个三棱镜和三个聚焦镜，三个所述聚焦镜圆周布置在所述三棱镜的三个投射光路上，在所述支撑架上位于所述聚焦镜下方开设有反射光通孔，通过所述三棱镜和三个所述聚焦镜将入射激光束反射成三光束通过所述反射光通孔投射聚焦到基材上，所述支撑架下方固定有一用于输送熔覆材料的喷嘴（4），所述喷嘴与所述三光束同轴布置，所述喷嘴下方安装有一材料通道连接支架，在所述材料通道连接支架的中心位置设置有一喷嘴通道，所述喷嘴设置在所述喷嘴通道内，在所述喷嘴通道的四周布置有三根用于输送熔覆材料的材料管道，所述材料管道固定在所述材料通道连接支架内，在所述材料通道连接支架上还开设有三个反射光通道，三个所述反射光通道依次布置在三根所述材料管道两两之间，所述三光束分别通过对应的所述反射光通道投射聚焦到基材上。

优选的，所述材料通道连接支架可拆卸的连接在所述喷嘴上。

进一步的，所述材料通道连接支架内设置有空腔，所述空腔通过进、出水口可与外部冷却水输送装置连接。

进一步的，三根所述材料管道与所述三光速同轴布置。

进一步的，所述支撑架上开设有送材通孔，所述送材通孔内设置有导材软管。

进一步的，所述喷嘴内开设有送材通道，所述导材软管与所述送材通道（401）联通或者设置在所述送材通道内。

进一步的，所述三光束投射到所述基材上形成三个独立的光斑，三个独立的所述光斑之间的区域为熔覆区，所述喷嘴内喷出的熔覆材料与所述材料管道内输送的熔覆材料位于所述熔覆区内。

本发明具有如下有益效果：

1、三根材料管道（粉末或丝材）、三光束（光斑）与喷嘴（粉末或丝材）实现同轴布置，保证丝材或粉末熔化时，热量均匀，有助于提高熔覆层和基材的冶金结合，以及提高熔覆层表面质量、获得更小的稀释率。

2、喷嘴中间的通道可以输送粉末或丝材，周边三个通道输送粉末或丝材输送，可以通过改变材料类型以及材料输送质量配比，实现多种材料同时熔化并形成高性能的熔覆层。

3、喷嘴中间的通道可以输送丝材或粉末，周边三个通道输送粉末或丝材输送，可以实现丝材与粉末同时输送到熔池，实现光、丝、粉充分熔合，提高冶金结合，实现高质量熔覆层成形。

4、材料通道连接支架作为单独零件连接在喷嘴上，当不需要周边粉末进行激光熔覆时，就可以拆卸掉，仅仅采用中间通道进行丝材或粉末的输送。当需要周边多通道粉末输送时，就可以安装到该喷嘴上，实现多粉束和中间通道丝材或粉末共同实现激光熔覆，提高激光能量利用率，减少光能损耗。

附图说明

图1为三光束丝粉混合激光熔覆喷头的结构示意图。

图2为三光束丝粉混合激光熔覆喷头的爆炸示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2所示，本发明提供的一种实施例：

一种三光束丝粉混合激光熔覆喷头，包括一支撑架1，所述支撑架1上方设置有一个三棱镜2和三个聚焦镜3，三个所述聚焦镜3圆周布置在所述三棱镜2的三个投射光路上，在所述支撑架1上位于所述聚焦镜3下方开设有反射光通孔103，通过所述三棱镜2和三个所述聚焦镜3将入射激光束201反射成三光束202通过所述反射光通孔103投射聚焦到基材上，所述支撑架1下方固定有一用于输送熔覆材料的喷嘴4，所述喷嘴4与所述三光束202同轴布置，所述喷嘴4下方安装有一材料通道连接支架5，在所述材料通道连接支架5的中心位置设置有一喷嘴通道502，所述喷嘴4设置在所述喷嘴通道502内，在所述喷嘴通道502的四周布置有三根用于输送熔覆材料的材料管道6，所述材料管道6固定在所述材料通道连接支架5内，在所述材料通道连接支架5上还开设有三个反射光通道503，三个所述反射光通道503依次布置在三根所述材料管道6两两之间，所述三光束分别通过对应的所述反射光通道503投射聚焦到基材上。

优选的，所述材料通道连接支架5可拆卸的连接在所述喷嘴4上。

进一步的，所述材料通道连接支架5内设置有空腔，所述空腔通过进、出水口501，501’可与外部冷却水输送装置连接。

进一步的，三根所述材料管道6与所述三光速202同轴布置。

进一步的，所述支撑架1上开设有送材通孔101，所述送材通孔101内设置有导材软管。

进一步的，所述喷嘴4内开设有送材通道401，所述导材软管与所述送材通道401联通或者设置在所述送材通道401内。

优选的，所述喷嘴4通过所述送材通道401和所述导材软管输送的熔覆材料为粉末或丝材。

优选的，三根所述材料管道6中输送的熔覆材料为粉末或丝材。

优选的，三根所述材料管道6中输送的熔覆材料相同或不同。

进一步的，所述三光束投射到所述基材上形成三个独立的光斑，三个独立的所述光斑之间的区域为熔覆区，所述喷嘴4内喷出的熔覆材料与所述材料管道6内输送的熔覆材料位于所述熔覆区内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。