同轴送粉喷嘴-激光3D打印的核心部件

同轴送粉喷嘴是激光3D打印的核心部件之一，有以下几个关键作用：

1. 激光束通道。让激光通过并且保护激光透镜等昂贵器材是一个激光喷嘴最基本的作用。即使激光透镜外面安装有保护镜片，但激光3D打印过程中，产生的烟尘、飞溅和等离子体喷发等现象也会对激光保护镜片造成不良影响，比如加工过程中产生的烟尘和飞溅喷发到保护镜片上，造成了保护镜片透光率的下降，间接的降低了激光能量的输出。
   

2. 控制粉末流形状。在激光3D打印过程中，金属粉末经过送粉器送到喷嘴，再从喷嘴喷出。因此喷嘴粉末流出口处形状和宽度对于粉末流的特性有很大的影响。
   

3. 使粉末流中轴与激光束中轴同轴。同轴送粉喷嘴最基本也最重要的作用是实现粉末流汇聚中心与激光束中轴线同轴，该同轴度对激光3D打印制造成形质量有重要影响。
   

因此，为了满足研究需求，自主设计制造了适用于激光3D打印的喷嘴。在设计同轴送粉喷嘴时，遵循以下几点依据：

1. 良好的导热。在激光3D打印加工过程中，通常伴随着长时间的加工制造，来自激光反射和来自熔池的热辐射和来自等离子体的热量喷发会在喷嘴不断的累积，所以喷嘴需要良好的导热性能。故设计时采用紫铜作为喷嘴最前端激光出口处的材料，采用铝合金作为喷嘴的主体结构材料，这样在保证散热量良好的前提下，降低喷嘴的整体重量。
   

2. 激光通道、粉末流通道和辅助气通道的三层分离式结构。由于众多学者都对辅助气体的辅助汇聚作用进行了肯定，因此也采用三层分离式结构设计。
   

3. 合适的喷嘴出口大小和出口角度。出口角度对于粉末流的汇聚影响巨大，一定程度上决定了试样的成形和质量。在经过了前期模拟和参考了其它文献之后，本文将出口角度设计为72.5°。

设计并加工完成的激光喷嘴如图2.3所示。观察送出的粉末流形态，具有良好的汇聚性和同轴性，并且送粉参数可以调节，满足实验需求。

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