为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴，采用了Fluent软件的离散相模型，对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验，研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明，宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布，验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为：倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时，喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性，为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。

同轴送粉喷嘴是激光金属增材制造系统装备的核心部件之一,直接影响着激光增材制造零件的成形精度及性能。因其重要性,国内外学者们已开发出多种新型送粉喷嘴。简要从“光外送粉”和“光内送粉”两种光粉相对位置不同的送粉方式概括了国内外对同轴送粉喷嘴的研究,并从激光束和粉末束是否可变焦的角度进行了分析,指明了现有同轴送粉喷嘴的特点,对未来同轴送粉喷嘴的发展进行了展望。

为了设计一种适用于大功率的宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴, 采用FLUENT软件中的离散相模型, 对送粉喷嘴的送粉道在不同倾角和不同出口间隙条件下的粉末汇聚特性和浓度分布特性进行了研究。分析了其它条件不变时, 外层保护气流速对粉末汇聚的影响, 得到了较优的结构尺寸, 并利用设计研制的宽带同轴送粉喷嘴装置, 进行了送粉和熔覆实验。结果表明, 宽带激光同轴送粉喷嘴的焦点浓度在汇聚中心的径向和轴向都近似服从高斯分布; 随着倾角的增大, 出口间隙对焦距的影响也越来越大, 且出口间隙越小, 焦距越大; 当倾角为70°, 出口间隙为3.5mm时粉末汇聚性较好, 粉末利用率较高; 在其它条件不变时, 外层保护气体流速过大或过小均不利于粉末汇聚, 当外层保护气体流速略小于载气速率时, 送粉喷嘴的粉末汇聚特性最佳。表面熔覆质量达到了预期要求, 验证了该结构的合理性。所设计的宽带同轴送粉喷嘴对后续宽带激光熔覆的研究与应用具有重要意义。

作为金属粉末激光快速成型技术中送粉系统的关键部件之一, 送粉喷嘴的送粉效率直接影响金属粉末激光快速成型的效率和精度。国内外对此领域都进行了深入研究, 并研制出多种新型送粉喷嘴, 其中同轴送粉喷嘴能有效提高金属粉末的熔覆效果和利用率。详细介绍了同轴送粉喷嘴的送粉原理及国内外研究现状, 分析及总结了影响光粉耦合效果和粉末利用率的主要因素, 并提出了改进方法。针对激光聚焦、粉末偏聚和反弹、冷却效果不佳等缺陷提出了改进措施, 并对同轴送粉喷嘴的应用前景进行了展望。

送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一, 直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展, 国内外对送粉喷嘴进行了深入研究, 研制出了多种新型送粉喷嘴, 都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理, 分析了现有同轴送粉喷嘴现状, 指出了现有送粉喷嘴存在的不足, 提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一, 并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。

在激光熔覆成形过程中，送粉喷嘴性能的好坏对熔覆成形件的质量具有重要影响。为探究影响送粉喷嘴性能的关键参数，建立了数值计算模型，应用FLUENT软件对送粉通道不同收缩角度和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟，并依据模拟结果确定了送粉喷嘴的关键参数。计算结果表明，在其他参数一定的前提下，选样送粉通道收缩角度2.5°和送粉口直径1.5 mm时，有利于提高送粉喷嘴的粉末汇聚性，改善熔覆成形效果。依据该关键参数制造出送粉喷嘴的实体，进行了粉末汇聚、激光熔覆成形实验，验证了该送粉喷嘴的效果。

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点，设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道，沿中心锥孔轴向均布的4个小孔，为粉末通道。建立了数值计算模型，应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟，选择最优方案。计算结果表明，在其他工艺参数一定的前提下，采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验，验证该送粉喷嘴的实验效果。