CN102238999A - 沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通常涉及一种沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的装置(1)，包括：多个罐(R1，R2)，分别容纳不同粉末(A1，A2)；安置在所述罐下且包括安装得能够旋转的混合件(32)的粉末混合器(30)；多个粉末分配工具(4，6)，其分别与罐配合，且每个粉末分配工具适合于调节从罐流向所述混合器的粉末的质量流率；粉末混合物收集器(56)，放置在所述混合器的下面；以及粉末混合物分配器(60)，放置在所述粉末混合物收集器的下面。

Description

沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的装置和方法
本发明通常涉及具有组分梯度的对象的领域，又被称为FMG(功能梯度材料)。
这类对象在许多技术领域均获得应用。例如：这可以是由陶瓷材料和金属材料制成的对象，混合物中两种材料的质量比例(也叫质量比)在同种材料中经历随时间而变化，且根据需要设置。例如：一种对象可能被设计成在给定的方向上呈梯度变化，给定的方向指：当通过这两种材料之间的瞬变(过渡)混合区域时，从完全由陶瓷材料构成的组分过渡到完全由金属材料构成的组分。一种则指在相关对象的所述给定方向上的组分梯度。
一般依靠粉末沉积技术制造此类对象，一沉积物而后通过已知技术(诸如烧结或热等压成型)加固。
因此，制造具有组分梯度的此类对象所使用的设备包括沉积粉末混合物的装置，所述装置被设置成例如借助于机械手相对于混合物将沉积于其上的支撑件移动。
然而，通过已知沉积装置的设计，不可能获得从中提取的粉末混合物的完全令人满意的均匀性，这意味着在所制造的对象与理想对象之间会出现均一性缺陷。当然，理想对象的可再现性问题也表示了这种缺陷。
为了弥补这些缺陷，首先，本发明的目标是一种装置，用来沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象，所述装置包括以下元件：
多个罐(R1，..，Rn)，分别容纳不同粉末(A1，..，An)；
安置在所述罐(R1，..，Rn)下面的粉末混合器，所述混合器包括可旋转安装的混合件，且定为受到来自于罐的粉末(A1，..，An)的冲击；
多个粉末分配工具，其分别与罐(R1，..，Rn)配合，且每个均被设计成用于调节从所述罐流向所述混合器的粉末的质量流率；
粉末混合物收集器，放置在所述混合器的下面，且与所述混合器相通；及
粉末混合物分配器，放置在所述粉末混合物收集器的下面，且与所述粉末混合物收集器相通。
根据本发明的装置有利地具有简单的设计，该设计给出了以下可能性：获得来自分配器的粉末混合物的完全令人满意的均匀性；限制或完全消除在所制造的对象与理想对象之间有关均一性的缺陷。因此，这种沉积装置可实现对象的可靠、可控制和可重复性的制造，确保所形成对象的每个点中的特定组分。
根据制造同种对象所需的不同粉末的理想数量来选择罐的数量“n”。因此，该数量绝不是限制为2个。此外，不管装置内集成的罐的数量为多少，装置可自然包括已相当于几种给定粉末的混合物的一种粉末。
优选地，所述可旋转安装的混合件具有用于受粉末冲击的大致为圆锥形的第一表面，所述第一表面具有与该混合件的旋转轴线相对应的轴线。
优选地，所述混合器包括用于受粉末冲击的一般为圆锥形的第二表面，该第二表面设置为与所述第一粉末冲击表面同轴且面向所述第一粉末冲击表面，以便与所述第一粉末冲击表面之间形成大致圆锥形的空隙以便让粉末通过。
优选地，用于受粉末冲击的一般圆锥形的所述第一冲击表面有一个或数个凹槽。这些凹槽允许进一步改善粉末的混合。
优选地，所述混合件可旋转地安装在混合器的导向部上，并配有与所述粉末混合物收集器相通的一个或多个通道孔，所述通道孔形成在所述粉末混合物收集器上方。
优选地，为使粉末混合物在重力作用下有效流动通过导向部，在表面的限定了每个通道孔的任意位置中，预定使该限定表面相对竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。
出于同样的目的，优选地，在所述粉末混合物收集器的限定表面的任意位置，该限定表面相对竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。
优选地，所述装置还包括粉末(A1，..，An)的收集器，放置在所述分配工具下面，介于后者与所述混合器之间。为此，出于实现与粉末在重力作用下在该收集器中有效流动相同的目，优选地，在所述粉末混合物收集器的限定表面的任意位置，该限定表面相对于竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。
优选地，每个所述分配工具均为通过粉末支撑元件的振动来输送粉末的装置的形式。因此，根据分配工具的振动频率和振幅，可完美地控制从每个分配工具流出的粉末的质量流率。因此，所获得的对象的组分也完全在控制之下。
本发明的目的还在于一种沉积粉末混合物的装置，所述粉末混合物用于形成具有组分梯度的对象，该装置包括如上所述的沉积装置且装配在用于将其设置为空间移动的工具上，所述装置包括控制单元，通过该控制单元所述运动启动工具可与每个所述分配工具一样被控制。
优选地，为了在一段时间段T内控制每个所述分配工具，所述控制单元考虑：
在所述时间段T内，待沉积的粉末混合物中粉末A1，..，An的质量比随时间的变化；
取决于混合物中粉末A1，..，An的质量比，沉积后粉末混合物的比重的代表值；以及
与沉积装置相关的等待时间(t1)，相当于当将控制输送到粉末分配工具以获得具有给定质量比的粉末混合物的时刻与该粉末混合物被沉积的时刻之间消逝的时间。
优选地，该时间段T对应于形成整个粉末混合物层的持续时间，或甚至对应于形成多个叠置层的时间。
在时间段T内待沉积的粉末混合物中的粉末A1，..，An的质量比随时间的变化，可根据待制造的对象的每个位置中的所需组分事先确定。这种随时间的变化可同等采用与时间关系的连续曲线(具有用于给定时刻的值形式的)，或其他形式的。
优选地，为确保沉积的粉末混合物层具有基本恒定的厚度，尤其是考虑到若干层的叠加，对于时间段T内的时刻t，每种粉末的质量流率实际上根据该时刻t混合物的理想质量比以及沉积后该混合物的比重的代表值决定。在这方面，应当指出，可通过例如定标而事先确定这些代表值。这可能是实际比重、密度或估计为具有代表性的其他值。
此外，从所述情况看出，为了考虑粉末在装置内的通过时间，在时间段T的每个时刻t时施加的质量流率的测定考虑前述等待时间。换句话说，所述等待时间对应于与粉末相关的分配顺序之间以及粉末离开分配器后实际沉积在支撑件上粉末所经历的延迟。
接下来，以上述方式测定的粉末质量流率被转换成用于分配这些粉末的工具的控制，例如，采取供入这些工具的电信号的形式，流率与控制之间的连接也例如通过校准而预先测定。
优选地，为了在时间段T内控制所述工具以将沉积装置设定为移动的，所述控制单元考虑时间段T内所述粉末混合物分配器所采用的位置(x，y)随时间的变化。
该位置的坐标x和y可对应于与粉末混合层需沉积于其上的支撑件相关的平面参考系中的坐标。在有意通过层的叠置而制造对象的情况下，所述坐标还包括与分配器相对于支撑件(层沉积在该支撑件上)的高度有关的变量z。
当然，这能确保对用于使装置移动的工具的控制与对分配工具的控制能及时地相对于彼此固定。
本发明的目标还在于一种通过以上描述的装置或设施制造具有组分梯度的对象的方法，其中，通过将所述粉末混合物分配器设定为相对于所述支撑件移动，具有组分梯度的对象由沉积在支撑件上的至少一层粉末混合物的形式构成。
优选地，为制造所述粉末混合物层，将所述粉末混合物分配器设定为移动的，以对所述层必须沉积在其上的支撑件的表面产生扫掠(sweep)，在所述扫掠过程中对至少一种分配工具的控制是可变的。这样，可利于在沉积层厚度的平面上得到一或多种组分梯度，因此，这些梯度可添加到通过叠置多个不同组分的层而可获得的梯度上。
在以下非限制性的详细描述中本发明的其他优点和特征将变得显而易见。
将参考附图进行描述，其中：
图1示出了根据本发明优选实施例的用于沉积粉末混合物的装置的截面图；
图2示出了图1中所示装置的一部分的立体图；
图3示出了属于图1和2中所示装置的混合件的立体图；
图3a示出了属于图1和2中所示装置的粉末混合器的导向部的立体图；
图3b示出了属于图1和2中所示装置的粉末混合物收集器的立体图；
图4示出了属于通过振动输送粉末的装置的粉末支撑件的立体图，其为图1和2中所示装置的组成部分；
图5是示出了用于通过振动输送粉末的操作的示意图；
图6示出了用于沉积粉末混合物的设施的局部立体图，结合有前面图中所示的沉积装置；
图7示意性地示出了前面图的设施所装备的控制单元的操作；
图8示意性地示出了根据本发明的优选实施例的由用于产生粉末混合物层的分配器执行的扫掠，且在用于制造具有组分梯度的对象的方法的应用中执行的扫掠(sweep)的示意图；
图8a类似于图8，示出了根据替换实施例的扫掠的示意图；
图9示意性地示出了根据本发明优选实施例的方法的示意图，其中，具有组分梯度的理想对象由一堆多个粉末混合物层制成；
图9a类似于图9，示出了替换实施例；
图10a到图10c是示出了本发明可获得的具有组分梯度的对象的截面图。
参考图1和2，其中示出了根据本发明优选实施例的用于沉积粉末混合物的装置1。所述装置1(也叫沉积头)，具有沿竖直方向连续定位的一系列元件，竖直方向对应于此装置的轴线2的方向，该轴线2的方向优选设置为与对象制造过程中粉末混合物待沉积于其上的支撑件大体上正交。这样，特别是以下要详细介绍的，它能确保粉末从装置1被逐出之前基本上利用重力就能通过装置1。
多个粉末罐放置在沉积头1的上部中。更具体地说，在所示的优选实施例中，提供两种不同的罐，即围绕轴线2放置的罐R1和罐R2。如所示的，应注意到从顶部看(即沿轴线2所示方向看)，罐优选相对于该轴线以偏心的方式放置，其中轴线2成为所有罐的对称中心。
罐R1填充有粉末A1，而罐R2填充有与A1不同组分梯度的粉末A2。
作为参考实例，粉末A1是金属材料，例如市场上以Inconel 600(铬镍铁合金600)商标销售的特种合金而已知类型的，其对应于镍铬铁的复合合金，且包含少量的碳、硅和锰，且同时有强大的抗腐蚀性和优异的机械特性。其晶粒尺寸可大约在50到120μm之间。另外，作为示例，粉末A2是陶瓷材料(例如氧化锆ZrO2类型的)，可选地，与氧化钇Y2O3预混合。其晶粒尺寸可大约在1到120μm之间。
在所示的实施例中，沉积装置中只提供了两个罐，且每个罐包含一种不同的粉末。然而，根据理想对象，用于得到此对象所需不同粉末的数量可能多于两种，例如为三种、四种或甚至更多。在这种情况下，根据本发明的沉积装置适合于根据需要组合所需数量的罐，所述罐优选围绕轴线2分布。此外，根据所使用的不同粉末的数量，下文中将详细介绍的此装置的控制当然是适合的。
每个罐优选有上部孔以将粉末装载到装置中，以及沿竖直方向与该上部孔相对设置的出口孔。此外，在每个罐的限定表面的任意位置上，这个限定表面与竖直方向形成优选小于40°的角度，甚至更优选的相对于竖直方向形成小于30°的角度。这样，粉末可专门通过重力从罐的顶部到底部朝向出口孔适当地流动。
每个罐R1，R2配备了粉末分配工具，该粉末分配工具跟与之相关的罐的孔口配合，该粉末分配工具布置在该孔口下面。
在所示的优选实施例中，每个分配工具均采用通过粉末支撑元件的振动而输送粉末的装置的形状，这种类型的输送装置本身是已知的，如文献FR2 666 077 A中描述的类型纳入此处作为参考。
因此，输送装置4与罐R1相连，同时输送装置6与罐R2相连。通常，每个装置4，6均具有振动发生器8，该振动发生器8驱动一杆10沿该杆的轴线12作往复运动，该轴线12与水平方向倾斜角度a，如图1针对装置4所示的。这个角度大约在20°到40°之间。
杆10的另一端牢固地承载粉末支撑元件14(也叫分配盘)，该粉末支撑元件14优选是水平放置或相对于水平方向略有倾斜。因此，当振动发生器8被通电时，根据给定的幅度和频率，取决于施加至该振动发生器8的控制信号，支撑元件14沿与轴线12相对应的方向作快速往复运动。
在图5中示出了输送装置6的一部分以解释其操作。如图4中可以看到的，粉末支撑元件14包括意图将其连接于杆10的附接部分16，及用来分配粉末的相对部分18。相对部分18形成具有用于排出粉末的凹口20的粉末接收器，且罐R2的出口孔22被相对地设置且与该接收器18的底部有段小距离，如图5所示。出口孔22与接收器18的底部之间的间隙根据需要调整，如设置为大约1或2mm。
当支撑元件14振动时，如沿其经历的往复运动的方向定向的双向箭头24所示出的，来自孔22且容纳在接收器18底部中的粉末A2在由于重力作用而朝向粉末收集器26(将在下文介绍)落下之前逐渐朝向凹口20移动。
取决于支撑元件14的振动幅度和频率，可非常准确调节通过凹口20流出且因重力作用而专门落入粉末收集器26的粉末A2的质量流率。就此，在施加至输送装置6的控制(诸如电信号)与从凹口20流出的粉末A2的质量流率(该质量流率可能与从罐R2流出的质量流率相似)之间要预先建立相关性。优选地，在使用装置1制造对象之前，通过装置1执行的校准操作而获得这种相关性(例如假定为数值对应表形式的)。因而针对要使用的每种粉末建立这种相关性。此外，如果只描述了装置6的操作，应该理解装置4(假定装置4具有与装置6相同的设计)的操作是相同或相似的。
由于庞大，振动输送装置4、6从其支撑元件14相对于轴线2基本沿径向向外延伸。
回来参考图1并结合图2，沉积头1具有位于两个支撑元件14下方的粉末收集器26，因此从支撑元件14各自凹口流出的粉末A1和A2通过重力落入到该收集器中。
收集器采用收敛管的形状，具有与轴线2呈锥形的限定表面28。为了有助于粉末A1和A2通过重力在该收敛管26内流动，在限定表面28的任意位置，该限定表面28优选与竖直方向形成优选小于40°的角度，就这个方向上更好形成小于30°的角度。
收集器26向下打开进入粉末混合器30，该粉末混合器30包括沿轴线2旋转安装的混合件32，混合件32以轴线2为中心。该混合件32具有朝向沉积头1上部穿过收集器26的杆34，此杆的上端与工具36相连以启动例如装有传送带的电机围绕轴线2的旋转。
杆34的下端与混合件32的更庞大部分相连，以形成用于粉末冲击的第一表面40，其相对于轴线2大致是锥形的，并向下加宽。此外，混合器30还包括围绕旋转混合件32的外固定部分。这个固定部分具有用于粉末42的第二冲击表面，其相对于轴线2大致是锥形的，向下加宽，且放置成面对第一冲击表面40以与第一冲击表面40之间形成大致也为锥形的空隙44，该空隙用于使粉末通过。
如图3所示，粉末40的冲击表面有一个或多个凹槽46，优选是沿着锥形面的母线延伸，例如在穿过轴线2的竖直平面中延伸。如果在图3中看到单个凹槽46，那么应注意到，由于旋转件32的动态行为，优选是提供多个凹槽，在360°的角度范围均匀地分布在轴线2的周围。
形成在用于粉末的两个冲击表面40、42之间的基本锥形间隙44布置成允许粉末多次冲击混合件32的表面40。因此，有利地，该间隙具有1mm与1cm之间的厚度，该厚度被看作是沿与锥形的轴线(该轴线对应于轴线2)正交的方向。应注意到，间隙44的厚度因为凹槽46的存在而变化，该厚度例如在3和7mm之间变化。
因此，在重力作用下落入由收集器26的出口孔与通过这个孔的杆34形成的环形空间中的粉末A1和A2，被引入到间隙44，在间隙44中一旦粉末A1和A2与具有凹槽46的锥形面40开始冲击，它们就密切地混合。在这点上，单元32的转速被设定为这样一个数值，当粉末位于混合器中时，通过该转速例如可实现同一粉末颗粒被旋转表面40冲击大约10次，这例如由工具36施加的大约3000rpm的转速表示。有利地是，假定当操作时，旋转件32沿着与凹槽64定位的方向相反的方向转动，以避免材料积聚在这些凹槽46处。在图3所示的例子中，旋转件32沿逆时针方向旋转，如箭头47所示。因此，凹槽的性质和方向优选确定旋转件32的旋转方向。
为了轮流地导引旋转件32，在杆34的上部处设置一滚动轴承50，且在旋转件32的下端与板形式的导向部件52之间设置另一个滚动轴承50。水平放置在大致锥形向下加宽的间隙44下面的这个导向部件52装配有一个或多个通道孔54，该通道孔54与粉末收集器56相通，通道孔形成在所述粉末收集器56上方。
粉末混合物在重力作用下意图通过的每个孔54是这样的，在其限定表面的任意位置，该限定表面与竖直方向形成优选小于40°的角度，更好地是与这个方向形成小于30°的角度，目的是促进粉末在沉积头1内的适当流动。围绕轴线2分布的这些孔54有球面收敛的形状，如图3a示出了导向板52的例示性实施例。在图3a中可以看到，沿球面以轴线2为中心的部件52包括毂53，所述毂53具有用于容纳滚动轴承的中心壳体55，所述毂53的倾斜外表面57形成孔54的径向内表面。外套圈59与毂53同心放置，其倾斜内表面61形成孔54的径向外表面。另一方面，径向臂63连接毂53与外套圈59。每个径向臂63通过满足相对于竖直方向角度方面的上述限定的倾斜表面在其两侧划分2个孔54。每个径向臂63的上部优选采用尽可能薄的边缘形状，以限制粉末在这些边缘积累的危险。
回来参考图2，可以看出，就像穿过部件52的孔54那样，位于该部件52下方的粉末混合物收集器56有球面收敛的形状。这里，在该收集器56的限定表面的任意位置上，限定表面与竖直方向形成优选小于40°的角度，甚至更好地是小于30°的角度。以轴线2为中心的收集器56具有形成一底座65的一个上部，在该底座65上搁置有导向部件52的外套圈。为了能够收集从设在部件52的每个孔54流出的粉末混合物，其必须有合适的尺寸。如图3b所示，可进一步提供两个90°交叉不锈钢钢板形式的工具67，所述工具67将被插入收集器56，此工具67可能会打破孔54出口处的粉末混合物所采取的漩涡效应。
粉末混合物分配器60位于收集器56延伸部的下方，通过该粉末混合物分配器60，混合物简单地通过重力从装置1中提取。此分配器具有小直径(例如2和5mm之间)直通道的形状，且以轴线2为中心。
应注意到打算用金属元件(如不锈钢316)装配该装置。
因此，从所述情况看这是明显的，在粉末A1和A2从沉积头1流出以便形成粉末混合层之前，粉末A1和A2连续通过罐R1和R2、振动输送装置的支撑件14、收集器26、空隙44、用于允许导向部件52通过的孔54、收集器56、以及分配器60。因此，注意到，表述“粉末混合物”应该是广义的解释，即表示离开沉积头1且包括粉末A1和粉末A2的成分以及离开头1且只包括粉末A1或只包括粉末A2的成分。
最后，应指出，可与粉末接触的装置1的每个表面具有低粗糙度，同时例如具有约0.4μm平均间隙Ra。
现在参考图6，可以看到用于沉积粉末混合物的设备100集成有以上描述的沉积头1。沉积头1安装在用于启动空间移动的装置102上，该装置102优选是机械手类型的。机械手102优选设计成能够在正交参考系x，y，z方向上的任意位置使沉积头移动，其坐标z对应于冲击头1的高度方向，因此平行轴线2。
设备100包括通过输出S′1控制机械手102的控制单元104，与粉末A1相关的分配工具4可由输出S1控制，与粉末A2相关的分配工具6可由输出S2控制。此外，包括计算机、转换器类型等传统元件的控制单元104，也可处理工具36的控制，以将混合件32设定为转动的，即使这并没有说明。
图7示出了示例性控制单元104的示意图。第一部分负责产生对粉末分配工具的控制，第二部分负责对机械手102的控制。
对于第一部分，单元104通过输入端E1、E2、E3收到若干条信息。输入端E1涉及待沉积的粉末混合物中的粉末A1、A2的质量比例随时间的变化，这个随时间的变化是在时间段T内测定的，所述时间段T将被看作是可能沉积整个粉末混合物层的时间段。当然，混合物质量比例的该随时间变化根据需沉积的层所需的成分确定，其可能在后者的任意方面变化，或在某些特定情况下为恒定的。
输入端E2涉及沉积后粉末混合物的比重的代表值，其取决于混合物中粉末A1、A2的质量比例。这些代表值可预先确定，优选是通过该相同设备执行的校准而预先确定。这可能是实际的比重或密度。
输入端E3涉及与沉积装置1相关的等待时间(tl)，其对应于当控制被输送至粉末分配工具4、6以获得具有给定质量比例的粉末混合物的时刻与该粉末混合物退出分配器60后沉积的时刻之间消逝的时间。这个等待时间也可以通过由相同的设备执行的校准来决定。
首先通过在时间段T内测定要采用的粉末A1、A2的质量流率随时间的变化而开始单元104。一般地，对时间段T内的每一时刻t，输入端E1允许设定两者的流率之间的比率，当观察到有序的比率时输入端E2允许设定这两个流率中每个的值，而输入端E3允许及时地预定流率的顺序，以补偿在给出流率顺序的时刻与粉末从分配器60提取出来后沉积的时刻之间存在的延时。
应该注意到，考虑到输入端E2，可将流率设置为确保形成具有基本不变厚度的层的值，而与该层中粉末混合物的成分随时间的变化无关。当所需对象要求若干层叠置时这证明是有利的，这意味着任意给定层应具有基本平坦且水平的上表面，以形成用于堆栈的直接最上层的合适支撑。
然后，从流率在时间段T内所需的随时间变化，单元104在输出S1处产生对用于分配粉末A1的第一工具4的控制，以及在输出S2产生对用于分配粉末A2的第二工具6的控制。要做到这点，优先使用在施加至输送装置4、6的控制与从凹口20流出的粉末A1，A2的质量流率之间预先建立的上述相关性。
专门用于控制机械手102的单元104的第二部分，接收来自输入端E′1的信息，该信息涉及在时间段T内沉积头1的分配器60所采用的位置(x，y)随时间的变化。这部分信息是预先测定的，且全面描述分配器60需遵循的路径以完成粉末混合层，以及描述速度，所述速度可任选地随时间变化但优选在时间段T内恒定，在此期间，路径应优选被覆盖。单元104从E′1在输出S′1处产生对用于将沉积头1设定为运动的工具的控制，以确保其在x，y平面内的移动。
为了完成所需的层，当然需确保对用于将装置设置为运动的工具的控制和对分配工具的控制相互之间及时地固定。
现在参考图8，可以看到参考系x、y、z可与层应该被沉积于其上的支撑件或基板108相关。在通常为盘状层的具体案例中示出了分配器60的示范路径110。这路径对应于对支撑件108的表面的扫掠，该路径趋向于由层追随，且比如采取沿方向x的多个来回行程的形式，且在每个来回行程之间具有沿方向y的偏离。在此过程中，粉末混合物的成分当然可随时间变化，尤其是在所获得层的x，y平面内形成一种或多种组分梯度的情况下。图8a中示出了替换实施例，其中路径110a是螺旋形。
最后，应该指出，该方法可延伸至通过沿方向z堆叠若干层114而形成对象，如图9示出。在这种情况下，可在对应于制造所有层所需的时间周期的时间段T提供控制S1，S2和S′1。这可能尤其意味着，控制S′1还控制分配器60相对支撑件108的表面的高度z，优选地，以在分配器60的下端与预先沉积的层之间保持总是基本一致的距离。
在图9中，可以看到支撑件108是容器120的组成部分，该支撑件108形成其底部。不同层114一层接一层地沉积在这个容器120中，以形成期望的堆叠，其沿z方向可具有一种或多种组分梯度。
替换实施例包括假定底部108沿z方向可移动，且分配器60沿该同一方向固定，如图9a所示。在这种情况下，底部108采取活塞的形状，该活塞在制造每一层之后沿优选接近层的厚度或与层的厚度相同的距离向下移动。
作为参考，应该指出，每一层114可具有大约为0.25mm的厚度，最终堆叠具有大约为27mm的厚度。
此外，一旦完成了粉末混合物的沉积，可根据任何已知技术进行其烧结，这样可获得具有组分梯度的材料。在如图9所示的例子，堆叠随后进行冷压缩，以使组件能够被处理，即，没有使得堆叠的粉末顺序混乱的危险。其次，用热等静压压缩操作(也叫HIC)压实组件而使该制造方法继续进行，尽管在不偏离本发明范围的前提下也可使用其他技术。为了实现该热等静压压缩，首先对压缩堆进行脱气，且压缩堆由在压缩堆形成在其中的容器120密封。接下来，通过把组件放置在约1325℃温度且约1400巴(bar)压力的密封件中以获得热等静压压缩而实现致密化。
如上所述，得到的三维对象可在参考系x、y、z的任何方向上具有一个或多个组分梯度，在这方面，作为沿x，z平面的截面图，图10a-10c显示了通过本发明可获得的对象。
在这些图中，颜色越黑，混合物中粉末A1的质量比例越大，颜色越浅，混合物中粉末A2的质量比例越大。图10a和10b显示了在x，z平面内具有不同渐进组分梯度的实施例，而图10c的白点可对应于黑外壳中集成的球，所述黑外壳由不同于所述球的材料制成。
对于如此制造的具有组分梯度的对象有多种应用。对其而言，包括飞机喷气发动机的零件、热交换器、特别是核反应器、蒸汽转换装置、生物量反应器、燃料电池，电解槽等等。
当然，本领域技术人员可对仅作为非限制性示例描述的本发明做出各种修改。

Claims (15)

1.一种沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的装置(1)，所述装置的特征在于，其包括以下部分：
-多个罐(R1，..，Rn)，分别用于容纳不同粉末(A1，..，An)；
-安置在所述罐(R1，..，Rn)下面的粉末混合器(30)，所述混合器包括可旋转式安装的混合件(32)，且旨在受来自于罐的粉末(A1，..，An)的冲击；
-多个粉末分配工具(4，6)，其分别与罐(R1，..，Rn)配合，且每个粉末分配工具被设计成调节从罐(R1，..，Rn)流向所述混合器的粉末的质量流率；
-粉末混合物收集器(56)，放置在所述混合器(30)的下面，且与所述混合器相通；以及
-粉末混合物分配器(60)，放置在所述粉末混合物收集器(56)的下面且与所述粉末混合物收集器相通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可旋转式安装的混合件(32)具有大致圆锥形的受粉末冲击的第一表面(40)，所述第一表面的轴线(2)对应于所述混合件的旋转轴线。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述混合器(30)包括大致圆锥形的第二粉末冲击表面(42)，设置为与第一粉末冲击表面(40)同轴且面向所述第一粉末冲击表面，以与所述第一粉末冲击表面之间形成大致圆锥形的空隙(44)以使粉末通过。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，大致圆锥形的所述第一粉末冲击表面(40)有一个或多个凹槽(46)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述混合件(32)可旋转地安装在混合器的导向部件(52)上，所述导向部件配有与所述粉末混合物收集器(56)相通的一个或多个通道孔(54)，所述通道孔形成在所述粉末混合物收集器上方。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在每个通道孔(54)的限定表面的任意位置，这个限定表面与竖直方向形成小于40°的角度，优选小于30°的角度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述粉末混合物收集器(56)的限定表面(58)的任意位置，这个限定表面与竖直方向形成小于40°的角度，优选小于30°的角度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括粉末(A1，..，An)的收集器(26)，所述收集器(26)放置在所述分配工具(4、6)下面，介于所述分配工具与所述混合器(30)之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在粉末(A1，..，An)的所述收集器(26)的限定表面(28)的任意位置，这个限定表面(28)与竖直方向形成小于40°的角度，优选小于30°的角度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述分配工具(4，6)均采取通过粉末支撑元件(14)的振动来输送粉末的装置的形式。
11.一种沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的设备(100)，包括安装在启动空间移动的工具(102)上的根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，所述设备包括控制单元(104)，通过所述控制单元可控制所述移动启动工具(102)以及每个所述分配工具(4，6)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，为了在时间段T内控制每个所述分配工具(4，6)所述控制单元(104)考虑：
-在所述时间段T内，待沉积的粉末混合物中粉末(A1，..，An)的质量比随时间的变化；
-取决于该混合物中粉末(A1，..，An)的质量比，沉积后粉末混合物的比重的代表值；以及
-与沉积装置相关的等待时间(t1)，相当于当将控制输送到粉末分配工具以获得具有给定质量比的粉末混合物的时刻与该粉末混合物被沉积的时刻之间所经过的时间。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，为了在时间段T内控制所述工具(102)以将沉积装置运动设定为移动的，控制单元(104)考虑：在时间段T内粉末混合物分配器(60)所采用的位置(x，y)随时间的变化。
14.一种使用权利要求1至10中任一项的装置(1)或权利要求11至13中任一项的设备(100)制造具有组分梯度的对象的方法，其中，通过将所述粉末混合物分配器(60)设定为相对于所述支撑件(108)移动，具有组分梯度的对象由沉积在支撑件(108)上的至少一个粉末混合物层(114)的形式构成。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，为制造所述粉末混合物层(114)，所述粉末混合物分配器(60)被设定为移动的以执行对所述层待沉积于其上的支撑件(108)表面的扫掠，在所述扫掠期间分配工具(4，6)中至少一个的控制是可变的。
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