專利名稱：一種激光精密微成形送粉方法及其光粉同軸裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光加工技術，具體涉及一種送粉均勻、分辨率高、可控性好、具有廣
適性的激光精密微成形送粉方法及其光粉同軸裝置。
背景技術：
激光精密微成形或微熔覆，成形零件尺寸小至毫米級，粉束、激光光斑與熔池尺寸要達到微米級，成形材料為微納米金屬粉體(粒徑小于50 i！ m)，送粉微管道或微噴嘴內徑要求達到微米級，而微納米粉體表面張力大，在微管道中輸送粉體，極易架橋堵塞，輸送不暢，而激光微成形或微熔覆高精度的梯度材料或多層復合材料的零件，對送粉的準確性、均勻度、穩定性、連續性及可控性要求更高，且送粉系統應具有高的分辨率，對粉體具有廣適性，光束與粉束保持同軸，粉束匯聚性能好，光粉耦合精度高，微噴嘴制造工藝簡單，成本低。 目前，用于激光成形或激光熔覆的送粉技術主要有偏置送粉和同軸送粉，對于偏置送粉，送粉系統與光束系統相對獨立，送粉器與噴嘴相對激光光束傾斜安裝，主要有自重式送粉器、螺桿式送粉器、磁力送粉器、霧化式送粉器等，如專利ZL92220906. 5，ZL02290424. 7、ZL200420120300. 5、ZL200720144035. 8等，此類送粉器雖可以輸送微米尺寸的粉體(小于100 ii m)，但不能實現數字化自動控制，粉體輸送與光路不同軸，光粉耦合性能差，可控性不好，送粉具有方向性，分辨率低，激光成形過程中易造成光粉偏離，成形件質量差，精度低，故不適合精密微成形。 對于同軸送粉，國內外許多研究人員作了相關的研究，如美國專利US5418350、US5477026、歐洲專利W02005028151、日本專利JP2005219060、中國專利CN01267740. X、CN200520128123. X、 CN200620026479. 7等公開了多種同軸送粉裝置，其基本結構均采用多層同心錐筒形式，即采用在筒體上圍繞中心光路通道均勻傾斜布置環形或2 8路送粉通道的結構方案，在同軸送粉基礎上，中國專利CN200510112041. 0、 CN200610024264. 6對反射鏡或聚焦鏡進行結構形狀改變，通過光路變換形成錐形無光區，從光束中心送粉，實現光粉同軸。與偏置送粉相比，同軸送粉其送粉的準確性、均勻度、穩定性、可控性以及光粉耦合精度得到提高，材料成形精度與質量也得到提高。但此類同軸送粉裝置，其送粉方式多采用載氣式，送粉的可控性、連續性較差，尤其對于微納米粉體(粒徑小于50 ii m)，表面張力大，粉體輸送容易架橋，阻隔通道，即使連續加壓，亦無明顯效果。因此，這種載氣式送粉不適合微納米粉體的輸送與精密成形要求，而且送粉噴嘴金屬材質，機械加工微米級內孔尺寸，成本高。 中國專利CN01131777. 9、 CN02114474. 5等公開了利用混流器送粉對梯度材料成形，材料的成分與組織可控，但此類專利采用側向送粉，成形精度與質量不高，不適合微納米粉體的精密微成形要求。 因而，目前需要一種送粉均勻、穩定、分辨率高、可控性好，具有廣適性，光粉耦合精度高，可激光微成形梯度材料的送粉方法與裝置，尤其是一種適合高精度激光精密微成形的送粉方法與光粉同軸裝置。
發明內容
為了克服現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種送粉均勻、分辨率
高、可控性好、具有廣適性的激光精密微成形送粉方法及其光粉同軸裝置，該送粉方法及其
光粉同軸裝置可以實現數字化自動控制，且光粉同軸，光粉耦合精度高，能夠滿足激光微成
形均一材質或梯度材料金屬零件的高精度高質量要求。 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的 本發明的一種激光精密微成形送粉方法采用送粉裝置進行壓電驅動送粉，送粉裝置中壓電驅動器的壓電陶瓷上電后，其逆壓電效應產生的脈沖慣性力傳導至石英微噴嘴，驅動金屬粉體克服阻力而向前脈沖連續噴出；壓電驅動器的壓電陶瓷由計算機控制工作。
在微成形或微熔覆均一材質的金屬零件時，采用中心單粉管送粉方法，即由送粉裝置垂直送粉，直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透射轉換得到的平行激光束，通過聚焦反射鏡反射聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑，通過調節機構靈活調節光斑大小，使光斑適應粉束中心位置，光粉充分耦合，成形精度高。 在微成形或微熔覆梯度材料或多層復合材料的金屬零件時，采用側向多路送粉方法，即一組送粉裝置的軸線與光路中心成小于25。的角度沿光筒周圍均勻對稱送粉，計算機根據成形要求，實時控制各路送粉獨立工作或相互配合工作。 本發明的一種實現中心單粉管送粉方法的光粉同軸裝置，該光粉同軸裝置包括送粉裝置、噴嘴、聚焦光路系統和激光光斑調節裝置，所述的送粉裝置通過定位支撐盤由筒體支撐長側板和筒體支撐短側板支撐，筒體支撐長側板、支撐短側板內側設有定位止口 ，方便送粉裝置更換裝卸；所述的聚焦光路系統包括光筒筒座、螺紋活動筒和安裝在聚焦反射鏡鏡座上的聚焦反射鏡，通過改變螺紋活動筒的螺紋尺寸規格實現與不同激光器工作頭的連接，光筒筒座通過筒體支撐短側板與噴嘴筒座的定位止口精確定位，裝卸方便，直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透射等轉換得到的平行激光束，通過本發明的聚焦反射鏡反射聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑；所述的噴嘴包括內錐筒、中間錐筒和噴嘴側擋板，內錐筒與噴嘴筒座通過螺紋連接，中間錐筒與內錐筒通過錐螺紋連接，裝卸方便，噴嘴內外錐筒采用耐高溫材料制成，噴嘴端部面向熔池加工成錐形結構，可以反射激光光束和粉末流，提高激光能量和金屬粉末的利用率；所述的激光光斑調節裝置包括調節絲杠、螺母和調節旋鈕，調節絲杠通過套筒與筒體支撐長側板固連，聚焦反射鏡鏡座通過中間連接塊與螺母連接，旋動調節旋鈕通過絲杠螺母副傳動，改變聚焦反射鏡的位置，從而靈活調節激光光斑的直徑與焦距，實現在筒體噴嘴外直接連續調節光斑直徑的功能；所述的聚焦反射鏡鏡座設有對聚焦反射鏡進行循環冷卻的第一冷卻水道，噴嘴中間錐筒與側擋板之間設有對噴嘴實施循環冷卻的第二冷卻水道，噴嘴中間錐筒內設有保護金屬熔池的保護氣流通道。本發明的石英微噴嘴由聚焦反射鏡內部穿出，結構緊湊，同軸送粉，光粉充分耦合。
所述的送粉裝置包括壓電驅動器、壓電驅動器夾頭、送粉管、石英微噴嘴、導套、鎖緊螺母、定位套和端蓋螺母，所述定位套與筒體用螺釘固連并通過鎖緊螺母鎖緊；所述的壓電驅動器通過螺釘連接由壓電驅動器夾頭固定支撐，且由擋圈軸向定位，所述的導套外圓柱面加工出螺紋，分別與鎖緊螺母、定位套、壓電驅動器夾頭、端蓋螺母的內螺紋配合連接，送粉管與導套內孔間隙配合連接，端蓋螺母支撐壓電驅動器及壓電驅動器夾頭結構；所述的石英微噴嘴上端部與導套內孔配合連接，且石英微噴嘴通過端蓋螺母內孔，由螺釘徑向鎖緊固定，再由聚焦反射鏡內孔穿出，實現軸向導向和徑向固定；所述的定位套上端部銑出四方形，便于旋動導套，通過螺紋傳動使石英微噴嘴上下移動，可以靈活調節石英微噴嘴的離焦距離，定位套與夾頭之間，端蓋螺母與聚焦反射鏡之間，送粉管與石英微噴嘴之間均留有合適間隙，便于調節石英微噴嘴的離焦距離。 —種實現側向多路送粉方法的光粉同軸裝置，該光粉同軸裝置包括一組送粉裝置、聚焦光路系統、噴嘴和激光光斑調節裝置，所述聚焦光路系統包括螺紋活動筒、光筒筒座和聚焦反射鏡，本發明中直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透射等轉換得到的平行激光束，通過聚焦反射鏡聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑；本發明通過改變螺紋活動筒的螺紋尺寸規格實現與不同激光器工作頭的連接，光筒筒座與內錐筒螺紋連接，旋合內錐筒可以調節聚焦反射鏡的聚焦光斑直徑大小；所述的一組送粉裝置均布于支承座上，送粉裝置通過定位孔與定位支撐盤固連，支承座設有使送粉裝置精確定位的定位止口 ，裝卸方便；所述的噴嘴包括內錐筒和噴嘴側擋板，噴嘴內外錐筒采用耐高溫材料制成，噴嘴端部面向熔池加工成錐形結構，可以反射激光光束和粉末流，提高激光能量和金屬粉末的利用率；所述內錐筒與支撐座之間設有對聚焦反射鏡與內錐筒進行循環冷卻的第一冷卻水道，噴嘴內錐筒與側擋板之間設有對噴嘴實施循環冷卻的第二冷卻水道，噴嘴內錐筒內設有保護金屬熔池的保護氣流通道。 所述的送粉裝置包括壓電驅動器、壓電驅動器夾頭、送粉管、石英微噴嘴、導套、鎖緊螺母、定位套和端蓋螺母，所述定位套與筒體用螺釘固連并通過鎖緊螺母鎖緊；所述的壓電驅動器通過螺釘連接由壓電驅動器夾頭固定支撐，且由擋圈軸向定位，所述的導套外圓柱面加工出螺紋，分別與鎖緊螺母、定位套、壓電驅動器夾頭、端蓋螺母的內螺紋配合連接，送粉管與導套內孔間隙配合連接，端蓋螺母支撐壓電驅動器及夾頭結構；所述的石英微噴嘴上端部與導套內孔配合連接，且石英微噴嘴通過端蓋螺母內孔，由螺釘徑向鎖緊固定；所述的定位套上端部銑出四方形，便于旋動導套，通過螺紋傳動使石英微噴嘴上下移動，可以靈活調節石英微噴嘴的離焦距離，定位套與夾頭之間，送粉管與石英微噴嘴之間均留有合適間隙，便于調節石英微噴嘴的離焦距離。 本發明的石英微噴嘴，由石英直管毛坯先通過高溫拉制成形，其端部拉長，外徑與內徑逐漸變小，再通過高溫煅制，其端部內徑最小尺寸可以控制在20 200iim，而該尺寸直接決定激光微成形時金屬粉末從微噴嘴噴射出時的散斑大小。 本發明在應用于激光微成形和微熔覆時，將待成形金屬零件基板或待熔覆零件置于水平安置的二維數控工作臺面上，壓電驅動光粉同軸噴頭與Z軸數控工作臺連接，并隨數控工作臺上下移動、進給，三維運動控制器控制數控工作臺移動，壓電驅動控制電源直接控制壓電陶瓷工作，從而使同軸噴頭按一定頻率噴出金屬粉末。基于分層疊加成形原理，激光精密微成形金屬零件的工作過程是計算機控制根據零件的三維實體模型進行分層處理，得到一系列層片數據，進行掃描路徑規劃后，生產執行系統的運動軌跡。計算機控制激光器與壓電驅動器工作，激光束照射并聚焦于金屬零件表面，同軸噴頭噴出金屬粉末，匯聚于激光光斑內，運動控制器根據生成的控制指令控制二維數控工作臺按軌跡運動，進行零件直接成形或熔覆堆積成形。成形好一層后，Z軸數控工作臺根據指令上移一定高度，計算
5機控制激光器、二維數控工作臺、壓電驅動光粉同軸噴頭協調工作，再在已成形部分上面熔覆新的層片。如此循環，直至零件全部成形完成。 與現有技術相比，本發明有如下優點(1)采用壓電驅動方法送粉，進行數字化控制，控制波形可選，振幅、頻率連續可調，使送粉具有廣適性，且送粉系統、光束系統、工作臺移動控制系統集成控制，使光路系統、送粉裝置與工作臺協調動作，以進行高精度的三維成形；(2)可采用中心單粉管送粉或側向多路送粉方法，成形材料的成分與組織可控，可微成形或微熔覆均一材質的金屬零件，亦可微成形或微熔覆梯度材料或多層復合材料的金屬零件，進行同軸送粉，匯聚度高，光粉耦合性能好，以適應高精度成形要求；(3)壓電驅動送粉裝置的離焦距離、送粉散斑，方便可調，送粉系統分辨率高，單脈沖噴量可精確到微克量級，且送粉均勻、穩定、連續，送粉密度符合微成形要求；(4)送粉微噴嘴采用石英材料，高溫拉制再熱煅成形，成本低，微噴嘴內徑尺寸可調，適應不同種類、不同物性干粉體的輸送要求；(5)同軸噴嘴多層組合式、端部錐形結構可二次反射光束與粉束；冷卻水道采用組合式結構，拆裝方便；組合式光筒采用螺紋連接，聚焦反射鏡設有調節機構，光斑與焦距調節方便，以適應精密微成形要求。
圖1是本發明的中心單粉管送粉方法的光粉同軸裝置結構示意 圖2是本發明中送粉裝置的結構示意圖； 圖3是本發明的側向多路送粉方法的光粉同軸裝置結構示意 圖4是本發明圖3的旋轉剖視結構示意 圖5是本發明中石英微噴嘴的結構示意 圖6是石英微噴嘴端部結構的局部視圖； 圖7是本發明在激光微成形和微熔覆中的應用實例示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。 如圖2所示，本發明的一種激光精密微成形送粉方法，采用送粉裝置2進行壓電驅動送粉，送粉裝置2中壓電驅動器26的壓電陶瓷上電后，其逆壓電效應產生的脈沖慣性力傳導至石英微噴嘴27，驅動金屬粉體克服阻力而向前脈沖連續噴出；壓電驅動器26的壓電陶瓷由計算機控制工作。 本發明的一種激光精密微成形送粉方法，根據金屬粉末的不同成分、均勻度、球形度及粉體成形方法的不同，其石英微噴嘴27噴射粉體的散斑直徑可以控制在100 500 ii m之間，單脈沖噴量可精確到P g量級；本發明中的控制波形根據需要可變，頻率、振幅連續方便可調，實現數字化控制，以適應激光精密微成形需要。 如圖1所示，在微成形或微熔覆均一材質的金屬零件時，采用中心單粉管送粉方法，即由送粉裝置2垂直送粉，直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透射轉換得到的平行激光束，通過聚焦反射鏡15反射聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑，通過光斑調節機構靈活調節光斑大小，使光斑適應粉束中心位置，光粉充分耦合，成形精度高。
如圖3所示，在微成形或微熔覆梯度材料或多層復合材料的金屬零件時，采用側向多路送粉方法，即一組送粉裝置2的軸線與光路中心成小于25°的角度沿光筒周圍均勻 對稱送粉，計算機根據成形要求，實時控制各路送粉裝置2獨立工作，也可控制相向對稱的 兩路送粉裝置2同時輸送同一種金屬粉末。如圖4所示，六路送粉裝置2的軸線分別與光路 中心成20°的角度沿光筒周圍均勻對稱送粉，A、 B兩路、C、 D兩路與E、 F兩路，根據成形要 求，依次輸送三種金屬粉末，實現三層復合材料或梯度材料成形，由光筒上方入射的平行激 光束，沿著噴嘴中心，通過聚焦鏡41聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑，光粉充分耦合，
成形精度高。 如圖1所示，本發明的一種實現中心單粉管送粉方法的光粉同軸裝置，該光粉同 軸裝置包括送粉裝置2、噴嘴10、聚焦光路系統和激光光斑調節裝置，送粉裝置2通過定位 支撐盤1由筒體支撐長側板3和筒體支撐短側板17支撐，筒體支撐長側板3和支撐短側板 17內側設有定位止口，方便送粉裝置2更換裝卸；聚焦光路系統包括光筒筒座13、螺紋活 動筒14和安裝在聚焦反射鏡鏡座4上的聚焦反射鏡15，通過改變螺紋活動筒14的螺紋尺 寸規格實現與不同激光器工作頭的連接，光筒筒座13通過筒體支撐短側板17與噴嘴筒座 12的定位止口精確定位，裝卸方便，直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透 射等轉換得到的平行激光束，通過本發明的聚焦反射鏡15反射聚焦后投射到工件表面形 成聚焦光斑；噴嘴10包括內錐筒103、中間錐筒102和噴嘴側擋板101，內錐筒103與噴嘴 筒座12通過螺紋連接，中間錐筒102與內錐筒103通過錐螺紋連接，裝卸方便，噴嘴內外錐 筒采用耐高溫材料制成，噴嘴端部面向熔池加工成錐形結構，可以反射激光光束和粉末流， 提高激光能量和金屬粉末的利用率；激光光斑調節裝置包括調節絲杠6、螺母7和調節旋鈕 8，調節絲杠6通過套筒與筒體支撐長側板3固連，聚焦反射鏡鏡座4通過中間連接塊5與 螺母7連接，旋動調節旋鈕8通過絲杠螺母副傳動，改變聚焦反射鏡15的位置，從而靈活調 節激光光斑的直徑與焦距，實現在筒體噴嘴外直接連續調節光斑直徑的功能；聚焦反射鏡 鏡座4設有對聚焦反射鏡15進行循環冷卻的第一冷卻水道16，噴嘴中間錐筒102與側擋板 101之間設有對噴嘴實施循環冷卻的第二冷卻水道ll，噴嘴中間錐筒102內設有保護金屬 熔池的保護氣流通道9。本發明的石英微噴嘴27由聚焦反射鏡15內部穿出，結構緊湊，光 粉充分耦合。 如圖1和2所示，送粉裝置2包括壓電驅動器26、壓電驅動器夾頭25、送粉管22、石 英微噴嘴27、導套21、鎖緊螺母23、定位套24和端蓋螺母28，定位套24與筒體用螺釘固連 并通過鎖緊螺母23鎖緊；壓電驅動器26通過螺釘連接由夾頭25固定支撐，且由擋圈29軸 向定位，導套21外圓柱面加工出螺紋，分別與鎖緊螺母23、定位套24、壓電驅動器夾頭25、 端蓋螺母28的內螺紋配合連接，送粉管22與導套21內孔間隙配合連接，端蓋螺母28支撐 壓電驅動器26及夾頭25結構；石英微噴嘴27上端部與導套21內孔配合連接，且石英微噴 嘴27通過端蓋螺母28內孔，由螺釘徑向鎖緊固定，再由聚焦反射鏡15內孔穿出，實現軸向 導向和徑向固定；定位套24上端部銑出四方形，便于旋動導套21，通過螺紋傳動使石英微 噴嘴27上下移動，可以靈活調節石英微噴嘴27的離焦距離，定位套24與夾頭25之間，端 蓋螺母28與聚焦反射鏡3之間，送粉管22與石英微噴嘴27之間均留有合適間隙，便于調 節石英微噴嘴27的離焦距離。 如圖3和4所示， 一種實現側向多路送粉方法的光粉同軸裝置，該光粉同軸裝置包 括一組送粉裝置2、聚焦光路系統、噴嘴和激光光斑調節裝置，聚焦光路系統包括螺紋活動筒31、光筒筒座32和聚焦反射鏡41，本發明中直接由激光器發射出的、或激光器發射后通 過反射、透射等轉換得到的平行激光束，通過聚焦反射鏡41聚焦后投射到工件表面形成聚 焦光斑；本發明通過改變螺紋活動筒31的螺紋尺寸規格實現與不同激光器工作頭的連接， 光筒筒座32與內錐筒33螺紋連接，旋合內錐筒33可以調節聚焦反射鏡41的聚焦光斑直 徑大小；一組送粉裝置2均布于支承座35上，送粉裝置2通過定位孔與定位支撐盤34固 連，支承座35設有使送粉裝置2精確定位的定位止口，裝卸方便；噴嘴包括內錐筒36和噴 嘴側擋板38，噴嘴內外錐筒采用耐高溫材料制成，噴嘴端部面向熔池加工成錐形結構，可以 反射激光光束和粉末流，提高激光能量和金屬粉末的利用率；所述內錐筒33與支撐座35之 間設有對聚焦反射鏡41與內錐筒33進行循環冷卻的第一冷卻水道40，噴嘴內錐筒33與側 擋板38之間設有對噴嘴實施循環冷卻的第二冷卻水道37，噴嘴內錐筒33內設有保護金屬 熔池的保護氣流通道39。 如圖2和3所示，送粉裝置2包括壓電驅動器26、壓電驅動器夾頭25、送粉管22、 石英微噴嘴27、導套21、鎖緊螺母23、定位套24和端蓋螺母28，定位套24與筒體用螺釘固 連并通過鎖緊螺母23鎖緊；壓電驅動器26通過螺釘連接由夾頭25固定支撐，且由擋圈29 軸向定位，導套21外圓柱面加工出螺紋，分別與鎖緊螺母23、定位套24、壓電驅動器夾頭 25、端蓋螺母28的內螺紋配合連接，送粉管22與導套21內孔間隙配合連接，端蓋螺母28 支撐壓電驅動器26及夾頭25結構；石英微噴嘴27上端部與導套21內孔配合連接，且石英 微噴嘴27通過端蓋螺母28內孔，由螺釘徑向鎖緊固定；定位套24上端部銑出四方形，便于 旋動導套21 ，通過螺紋傳動使石英微噴嘴27上下移動，可以靈活調節石英微噴嘴27的離焦 距離，定位套24與夾頭25之間，送粉管22與石英微噴嘴27之間均留有合適間隙，便于調 節石英微噴嘴27的離焦距離。 如圖5和6所示，本發明的石英微噴嘴27，由石英直管毛坯先通過高溫拉制成 形，其端部拉長，外徑與內徑逐漸變小，再通過高溫煅制，其端部內徑最小尺寸可以控制在 20 200iim，而該尺寸直接決定激光微成形時金屬粉末從微噴嘴噴射出時的散斑大小。
圖7為本發明在激光微成形和微熔覆中的應用實例，將待成形金屬零件基板或待 熔覆零件置于水平安置的二維數控工作臺面上，壓電驅動光粉同軸噴頭與Z軸數控工作臺 連接，并隨數控工作臺上下移動、進給，三維運動控制器控制數控工作臺移動，壓電驅動控 制電源直接控制壓電陶瓷工作，從而使同軸噴頭按一定頻率噴出金屬粉末。基于分層疊加 成形原理，激光快速精密微成形金屬零件的工作過程是計算機根據零件的三維實體模型 進行分層處理，得到一系列層片數據，進行掃描路徑規劃后，生產執行系統的運動軌跡。計 算機控制激光器與壓電驅動器工作，激光束照射并聚焦于金屬零件表面，同軸噴頭噴出金 屬粉末，匯聚于激光光斑內，運動控制器根據生成的控制指令控制二維數控工作臺按軌跡 運動，進行零件直接成形或熔覆堆積成形。成形好一層后，Z軸數控工作臺根據指令上移一 定高度，計算機控制激光器、二維數控工作臺、壓電驅動光粉同軸噴頭協調工作，再在已成 形部分上面熔覆新的層片。如此循環，直至零件全部成形完成。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種激光精密微成形送粉方法，其特征在于該方法采用送粉裝置(2)進行壓電驅動送粉，送粉裝置(2)中的壓電驅動器(26)的壓電陶瓷上電后，其逆壓電效應產生的脈沖慣性力傳導至石英微噴嘴(27)，驅動金屬粉體克服阻力而向前脈沖連續噴出；壓電驅動器(26)的壓電陶瓷由計算機控制工作。
2. 根據權利要求1所述的一種激光精密微成形送粉方法，其特征在于在微成形或微熔覆均一材質的金屬零件時，采用中心單粉管送粉方法，即由送粉裝置(2)垂直送粉，直接由激光器發射出的、或激光器發射后通過反射、透射轉換得到的平行激光束，通過聚焦反射鏡反射聚焦后投射到工件表面形成聚焦光斑，通過激光光斑調節裝置調節光斑大小，使光斑適應粉束中心位置，光粉充分耦合。
3. 根據權利要求1所述的一種激光精密微成形送粉方法，其特征在于在微成形或微熔覆梯度材料或多層復合材料的金屬零件時，采用側向多路送粉方法，即一組送粉裝置(2)的軸線與光路中心成小于25°的角度沿光筒周圍均勻對稱送粉，計算機根據成形要求，實時控制各路送粉獨立工作或相互配合工作。
4. 一種實現權利要求2所述的中心單粉管送粉方法的光粉同軸裝置，該光粉同軸裝置包括送粉裝置(2)、噴嘴(10)、聚焦光路系統和激光光斑調節裝置，其特征在于所述的送粉裝置(2)由定位支撐盤(1)支撐，送粉裝置(2)包括壓電驅動器(26)、壓電驅動器夾頭(25)、送粉管(22)、石英微噴嘴(27)、導套(21)、鎖緊螺母(23)、定位套(24)和端蓋螺母(28)，所述的壓電驅動器(26)固定在壓電驅動器夾頭(25)上，且由擋圈(29)軸向定位；在導套(21)的外圓柱面設有螺紋，并通過螺紋分別與鎖緊螺母(23)、定位套(24)、壓電驅動器夾頭(25)、端蓋螺母(28)配合連接，端蓋螺母(28)支撐壓電驅動器(26)及壓電驅動器夾頭(25);所述的石英微噴嘴(27)由端蓋螺母(28)固定，且石英微噴嘴(27)的上端部與導套(21)內孔配合連接。
5. —種實現權利要求3所述的側向多路送粉方法的光粉同軸裝置，其特征在于該光粉同軸裝置包括一組送粉裝置(2)、聚焦光路系統、噴嘴和激光光斑調節裝置，所述的一組送粉裝置(2)均布于支承座(35)上并與定位支撐盤(34)固連，送粉裝置(2)包括壓電驅動器(26)、壓電驅動器夾頭(25)、送粉管(22)、石英微噴嘴(27)、導套(21)、鎖緊螺母(23)、定位套(24)和端蓋螺母(28);所述的壓電驅動器(26)固定在壓電驅動器夾頭(25)上，且由擋圈(29)軸向定位；在導套(21)的外圓柱面設有螺紋，并通過螺紋分別與鎖緊螺母(23)、定位套(24)、壓電驅動器夾頭(25)、端蓋螺母(28)配合連接，端蓋螺母(28)支撐壓電驅動器(26)及壓電驅動器夾頭(25);所述的石英微噴嘴(27)由端蓋螺母(28)固定，且石英微噴嘴(27)的上端部與導套(21)內孔配合連接。
全文摘要
本發明公開了一種激光精密微成形送粉方法及其光粉同軸裝置，本發明的一種激光精密微成形送粉方法采用送粉裝置進行壓電驅動送粉，送粉裝置中壓電驅動器的壓電陶瓷上電后，其逆壓電效應產生的脈沖慣性力傳導至石英微噴嘴，驅動金屬粉體克服阻力而向前脈沖連續噴出；壓電驅動器的壓電陶瓷由計算機控制工作。當微成形或微熔覆均一材質的金屬零件時，采用中心單粉管送粉方法；當微成形或微熔覆梯度材料或多層復合材料的金屬零件時，采用側向多路送粉方法。實現本發明的激光精密微成形送粉方法的光粉同軸裝置，其離焦距離和送粉散斑方便可調，送粉分辨率高，單脈沖噴量可精確到微克量級，且送粉均勻、穩定、連續，送粉密度符合微成形要求。
文檔編號B22F3/105GK101695752SQ20091023337
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者劉秀波, 王明娣, 陳書法, 陳勁松, 雷劍波 申請人:淮海工學院;