CN105618755A - 一种多材料零件3d打印的粉末供给、铺展方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置。多个供粉漏斗用于贮存不同的粉末材料并定量供给，各供粉漏斗内的粉末依靠重力下落至均粉器，均粉器将来自各供粉漏斗的粉末均匀分散下落到铺粉盒。铺粉盒的铺粉盒体两侧分别设置高位柔性刮板和低位柔性刮板，铺粉盒在成形平台上方运动时，高位柔性刮板负责将粉末材料铺展到平台上方，低位柔性刮板负责将成形层内每种粉末被熔化或烧结后多余的粉末回收到粉末收集箱。本发明采用了重力定量供粉、高位柔性刮板铺粉及低位柔性刮板回收余粉等手段，为实现自由按点选材3D打印多材料零件提供了一种简单易行的粉末供给、铺展方法及装置。

Description

一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置

技术领域

本发明涉及3D打印设备领域，尤其涉及一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置。

背景技术

3D打印技术，也称为增材制造技术，可以根据三维模型快速制造出各种结构复杂的零件。3D打印技术使零件的结构设计可以不受传统工艺制造技术的限制，提高了工艺制造能力；同时，3D打印技术还具有使产品研发周期短、研发成本低等优势。3D打印技术近几年得到迅速发展，其已经广泛的应用于医疗、汽车、航空航天、艺术等行业，几乎能够直接成型任意复杂几何形状的零件。

在生活及工业上的物品有很多是由两种或两种以上的多材料制造而成的，例如一根带塑料外皮的电线，外部是塑料皮，内部是金属线芯；一把锤子，柄是塑料的，锤头是钢材的；一种双金属滑动轴承，其基底为低碳钢，轴承面是青铜合金；高端船用甲板上采用的功能梯度材料；汽车活塞头上采用的金属－陶瓷梯度涂层材料；航天航空用的功能梯度热障材料-梯度陶瓷/金属复合材料；HA/Ti-6Al-4V功能梯度材料制成的人工植入体等等。由于不同材料具有不同的性能或功能，因而，多材料零件拥有十分优异的使用性能，也使零件结构轻量化，实现结构属性与功能属性的完美结合。

理想的多材料3D打印应是在三维的零件模型上，任一点所对应的材料信息都能被3D打印机所识别，并调用相应的材料执行打印，即自由按点选材3D打印成型。

目前，基于粉末材料的多材料3D打印技术尚未成熟，采用粉末材料的3D打印技术主要包括选区激光烧结(SelectiveLaserSintering-SLS)、选区激光熔化(又称激光选区熔化)(SelectiveLaserMelting-SLM)、电子束熔融成型(ElectronBeamMelting-EBM)、激光工程化净成形技术(LaserEngineeredNetShaping-LENS)等几种。激光工程化净成形技术通过采用同轴或旁轴喷粉技术，可以实现同一层内不同区域的不同金属粉末的供给及铺展。但是，该技术存在喷粉量难以精确控制、成型零件精度差、需较多成形后处理量、粉末材料仅限于金属或陶瓷材料、一般需要采用保护气体运载粉末等缺点。选区激光熔化、选区激光烧结以及电子束熔融成型技术采用铺粉刮板或铺粉棍进行铺粉，成型精度及成型结构复杂程度比激光工程化净成形技术好很多，传统上这三种技术在一次3D打印过程中仅能采用一种材料(单组元材料、合金、包覆粉末等)，目前这三种3D打印方法都难做到在任意区域灵活调用不同粉末材料成型。

申请号为201410220310.4，名为“异质材料选区激光熔化的铺粉及粉末回收装置”的中国专利公开了一种多材料铺粉方法及装置，采用含多个铺粉槽的铺粉装置及带吸附罩的粉末回收装置，每层都可执行一次以上的铺粉、选区激光熔化、吸附罩回收未固化粉末的动作，每一层都可通过调用不同铺粉槽实现异质材料供给及铺展，如此逐层成形，实现异质零件的3D打印。这种方法及装置能实现自由按点选材3D打印成型理念，但一层内每次固化完后，都需采用真空吸附去除成形平台上所有材料，各层供粉量及粉末回收量将逐层增多，如零件层数很多，将较难实现零件的3D打印，并且相对传统工艺增加了吸附回收动作也降低了成形效率。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法，包括以下步骤：

a.设多材料零件每个层片包含至少一个材料区域，每个材料区域使用一种粉末材料，将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗内；

b.成形平台下降一个层厚的距离；

c.执行当前层的某个材料区域的粉末供给及铺展：

铺粉盒在粉末收集箱上移至均粉器的正下方；根据当前材料区域所需的材料类型，3D打印机控制某个供粉漏斗定量泄出粉末材料，粉末材料在重力的作用下经均粉器均匀分散后落入铺粉单元的铺粉盒中；

铺粉盒载着粉末材料在3D打印机的成形平台上方柔性铺粉，在铺粉过程中，铺粉盒的高位柔性刮板将铺粉盒中的粉末材料平铺一层到成形平台上方，若不是当前层第一次铺粉，低位柔性刮板将成形平台上方前次未清除干净的多余粉末材料刮走并被粉末收集箱收集；

将粉末材料铺展完毕后，3D打印机控制激光束或电子束对当前材料区域内的粉末材料进行熔化或烧结；

铺粉盒返回，铺粉盒返回过程中，铺粉盒的低位柔性刮板将成形平台上方多余的粉末材料刮走并被粉末收集箱收集，完成当前层的该材料区域打印；

d.判断当前层是否打印完成，如没有，重复执行步骤c，直至完成当前层的打印。

进一步地，若当前层打印完毕且不是最后一层，则下一层的打印继续从步骤b开始执行；若当前层是最后一层，则完成对多材料零件的打印。

本发明还提供了一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，包括供粉单元和位于供粉单元下方的铺粉单元；

所述供粉单元包括多个供粉漏斗、多根连接管及均粉器，所述各供粉漏斗用于贮存不同的粉末材料并定量供给，所述多根连接管将各供粉漏斗的底部与均粉器连接，所述各供粉漏斗内的粉末材料依靠重力经由连接管下落至均粉器，所述均粉器将来自各供粉漏斗的粉末材料均匀分散；

所述铺粉单元包括铺粉盒和粉末收集箱，所述铺粉盒在粉末收集箱的顶板上接收自均粉器下来的粉末材料，所述粉末收集箱的顶板可将铺粉盒的底部动态封闭使铺粉盒无泄漏地装载粉末材料，接粉完毕后，铺粉盒在3D打印机的成形平台上方铺粉，所述粉末收集箱的顶板设置有余粉收集口并用于收集铺粉盒及成形平台上方多余的粉末材料。

进一步地，所述供粉漏斗包括漏斗主体，所述漏斗主体的下部固定有一盛粉板，所述盛粉板的下方依次设置有一转动的转盘和一固定的泄粉板；所述盛粉板、转盘和泄粉板上均开设有用于泄粉的孔。

进一步地，所述转盘的中心固定连接有一由电机带动的转轴，所述转轴带动转盘转动。

进一步地，所述漏斗主体的顶部还设置有一漏斗盖，所述漏斗盖上开设有一添粉口，所述添粉口上设置有一添粉塞；所述泄粉板的下方还设置有一锥形的泄粉斗。

进一步地，均粉器包括多根泄粉支管、与各泄粉支管连通的泄粉总管和位于泄粉总管下方的多块用于均匀分散粉末材料的粉末分散导流板，所述各泄粉支管分别通过连接管与各供粉漏斗连接，所述泄粉总管将来自泄粉支管的粉末材料导向各粉末分散导流板，粉末材料经粉末分散导流板降落到铺粉盒内。

进一步地，所述铺粉盒包括铺粉盒体和位于铺粉盒体两侧的高位柔性刮板和低位柔性刮板，所述铺粉盒体用于盛放来自均粉器的粉末材料，所述低位柔性刮板的底部低于高位柔性刮板的底部，所述高位柔性刮板用于将粉末材料铺展到成形平台上方，所述低位柔性刮板用于刮走成形平台上方多余的粉末材料。

进一步地，所述高位柔性刮板和低位柔性刮板均包括两块或两块以上的夹板和粘附在各夹板之间的多根柔性铺粉齿。

进一步地，所述粉末收集箱为两个且分别位于成形平台的两侧。

相对于现有技术，本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法实现多种不同粉末材料的定量供给；能在不同层采用不同的材料成型，也能在同一层内采用两种以上材料成型，零件的同一层内不同区域甚至不同点可以是不同材料，实现了自由按点选材成型；采用重力送粉，无需如一般激光工程净成形工艺那样粉末供给需要消耗保护气体；可操作性强，可通过扩充供粉漏斗的数量实现多种粉末材料的定量供给及铺展；易于实现具有复杂结构的多材料零件的选区激光熔化、选区激光烧结或电子束熔融成型3D打印，实现多材料零件的结构属性与功能属性的结合，充分利用不同材料的优异性能。本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置构思巧妙、可操作性强、实用性强，具有很强的市场推广价值。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的侧视图。

图2是多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的正视图。

图3是供粉漏斗的结构及其“关”状态示意图。

图4是供粉漏斗的结构及其“开”状态示意图。

图5是均粉器的正视图。

图6是均粉器的立体示意图。

图7是高位柔性刮板或低位柔性刮板的正视图。

图8是高位柔性刮板或低位柔性刮板的侧视图。

图9是本实施例当前层的材料区域示意图。

图10是本实施例当前层第1材料区域打印过程示意图。

图11是本实施例当前层第2材料区域打印过程示意图。

图12是本实施例下一层的材料区域示意图。

具体实施方式

请参阅图1-图12。图1是多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的侧视图。图2是多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的正视图。图3是供粉漏斗的结构及其“关”状态示意图。图4是供粉漏斗的结构及其“开”状态示意图。图5是均粉器的正视图。图6是均粉器的立体示意图。图7是高位柔性刮板或低位柔性刮板的正视图。图8是高位柔性刮板或低位柔性刮板的侧视图。图9是本实施例当前层的材料区域示意图。图10是本实施例当前层第1材料区域打印过程示意图。图11是本实施例当前层第2材料区域打印过程示意图。图12是本实施例下一层的材料区域示意图。

本发明的一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法，包括以下步骤：

a.设多材料零件每个层片包含至少一个材料区域，每个材料区域使用一种粉末材料，将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗11内；

b.成形平台30下降一个层厚的距离；

c.执行当前层的某个材料区域的粉末供给及铺展：

铺粉盒21在粉末收集箱22上移至均粉器12的正下方；根据当前材料区域所需的材料类型，3D打印机控制某个供粉漏斗11定量泄出粉末材料，粉末材料在重力的作用下经均粉器12均匀分散后落入铺粉单元20的铺粉盒21中；

铺粉盒21载着粉末材料在3D打印机的成形平台30上方柔性铺粉，在铺粉过程中，铺粉盒21的高位柔性刮板212将铺粉盒21中的粉末材料平铺一层到成形平台30上方，若不是当前层第一次铺粉，低位柔性刮板213将成形平台30上方前次未清除干净的多余粉末材料刮走并被粉末收集箱22收集；

将粉末材料铺展完毕后，3D打印机控制激光束或电子束对当前材料区域内的粉末材料进行熔化或烧结；

铺粉盒21返回，铺粉盒21返回过程中，铺粉盒21的低位柔性刮板213将成形平台30上方多余的粉末材料刮走并被粉末收集箱22收集，完成当前层的该材料区域打印；

d.判断当前层是否打印完成，如没有，重复执行步骤c，直至完成当前层的打印。

若当前层打印完毕且不是最后一层，则下一层的打印继续从步骤b开始执行；若当前层是最后一层，则完成对多材料零件的打印。

下面介绍本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置。为了更好地理解本发明，以下介绍本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的结构和使用时，会将其与3D打印机的结构结合起来。请参阅图1-图8、图10和图11。

本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，包括供粉单元10和位于供粉单元10下方的铺粉单元20。本发明的供粉单元10包括多个供粉漏斗11、多根连接管13及均粉器12，各供粉漏斗11用于贮存不同的粉末材料并定量供给，多根连接管13将各供粉漏斗11的底部与均粉器12连接，各供粉漏斗11内的粉末材料依靠重力经由连接管13下落至均粉器12，均粉器12将来自各供粉漏斗11的粉末材料均匀分散；铺粉单元20包括铺粉盒21和粉末收集箱22，铺粉盒21在粉末收集箱22的顶板221上接收自均粉器12下来的粉末材料，粉末收集箱22的顶板221可将铺粉盒21的底部动态封闭使铺粉盒21无泄漏地装载粉末材料，接粉完毕后，铺粉盒21在3D打印机的成形平台30上方铺粉，粉末收集箱22的顶板221设置有余粉收集口并用于收集铺粉盒21及成形平台30上方多余的粉末材料。

具体地，本实施例的供粉漏斗11包括漏斗主体111，漏斗主体111的下部固定有一盛粉板112，盛粉板112的下方依次设置有一转动的转盘113和一固定的泄粉板114；盛粉板112、转盘113和泄粉板114上均开设有用于泄粉的孔，为了达到好的泄粉效果，盛粉板112和泄粉板114的孔上下错开设置，即盛粉板112的孔在泄粉板114上的投影不能与泄粉板114的孔位置发生重合或部分重合，以免泄粉板发生漏粉的情况。转盘113的中心固定连接有一由电机117带动的转轴118，电机117驱动转轴118带动转盘113转动，可以对旋转角度进行精确控制。在漏斗主体111的顶部设置有一漏斗盖115，漏斗盖115上开设有一添粉口，添粉口上设置有一添粉塞116，打开添粉塞116，即可往漏斗主体111内添加粉末材料。本实施例的电机117通过电机安装架119固定在漏斗盖115上，转轴118穿过漏斗盖115和盛粉板112，盛粉板112和泄粉板114上均设置固定转轴118的滑动轴承。转轴118在电机117的驱动下带动转盘113转动，当转盘113的孔与盛粉板112的孔相连通时，盛粉板112上的粉末材料便落入转盘113的孔内，而落入转盘113的孔内的粉末材料的量恰好为转盘113的孔的容积，即为供粉漏斗11一次的泄粉量，一般设计为对应成形层厚为10μm的粉量，此即实现对粉末材料定量供给，在转盘113的孔转至泄粉板114的孔上方之前，由于此时转盘113的孔与泄粉板114的孔不连通，转盘113的孔内虽盛满粉末，但并不下泄，因此，供粉漏斗11不能泄粉，即为供粉漏斗11“关”的状态(如图3所示)；转轴118带动转盘113继续转动，当转盘113的孔转至与泄粉板114的孔相连通时，此时转盘113的孔与盛粉板112的孔不连通，存储在转盘113的孔内的粉末材料便从泄粉板114的孔中泄出，此即为供粉漏斗11“开”的状态(如图4所示)。通过设置转动的转盘113和固定的盛粉板112、泄粉板114以及在三者上设置孔，实现供粉漏斗11的自动开关以及对粉末材料的定量供给。当多材料零件一层所需的粉量大于转盘113的孔的容积时，可以通过控制电机117带动转盘113旋转两周或两周以上，增加供粉漏斗11的供粉次数，以满足打印对所需粉末材料的需求，例如，当转盘113的孔的容积设计为对应成形层厚10μm的粉量时，如果成形层厚设定为20μm或30μm，则电机117带动转盘113转动的2圈或3圈即可。为了更好地接住自泄粉板114下落的粉末材料，本实施例的供粉漏斗11还优选地在泄粉板114的下方设置有一锥形的泄粉斗120，泄粉斗120的末端为圆管状。本实施例的连接管113为塑料、橡胶或金属等材料制成的管道。

本实施例的均粉器12包括多根泄粉支管121、与各泄粉支管121连接的泄粉总管122和位于泄粉总管122下方的多块用于均匀分散粉末材料的粉末分散导流板123，各泄粉支管121分别通过连接管13与各供粉漏斗11的泄粉斗120末端连接，泄粉总管122为扁嘴型结构，泄粉总管122将来自泄粉支管121的粉末材料导向各粉末分散导流板123，粉末材料经粉末分散导流板123将流束宽度整理成铺粉盒21的铺粉宽度，并均匀地降落到铺粉盒21中。本实施例的粉末分散导流板123下方还设置有一成形室连接座124，通过成形室连接座124将粉末分散导流板123与3D打印机的成形室40连接在一起，粉末分散导流板123内的粉末便可落入位于成形室40内粉末收集箱22上的铺粉盒21内，成形室40上设置有用于激光束或电子束扫描控制的扫描装置50。安装时，将供粉漏斗11、均粉器12和连接管13固定在3D打印机的成形室40的上方，供粉漏斗11内的粉末材料便可自供粉漏斗11下落并借助重力经由连接管13通过均粉器12，最终落入铺粉盒21内。

铺粉盒21包括铺粉盒体211和位于铺粉盒体211两侧的高位柔性刮板212和低位柔性刮板213，铺粉盒体211用于盛放来自均粉器12的粉末材料，铺粉盒体211及高位柔性刮板212的底部与成形平台30的成形平面(也即是粉末收集箱22的顶板221所在平面)在同一水平面上，低位柔性刮板213的底部低于高位柔性刮板212的底部。通常低位柔性刮板213比高位柔性刮板212设置低一个层厚以上(含一个层厚)的厚度。高位柔性刮板212用于粉末材料铺展，低位柔性刮板213用于刮走成形平台30上方多余的粉末材料。高位柔性刮板212和低位柔性刮板213均包括两块或两块以上的夹板214和粘附在各夹板214之间的多根柔性铺粉齿215，每根柔性铺粉齿215通过点接触实现对粉末材料的驱动，当遇到硬性凸起时，柔性铺粉齿215能绕开硬性凸起，对该凸起区域不作铺粉处理。另外，当整个铺粉盒21在粉末收集箱22的顶板221上时，低位柔性刮板213底部也会因柔性铺粉齿215的变形与顶板221紧密贴合，即使铺粉盒21在粉末收集箱22上运动，也可无泄漏地装载粉末材料。通常柔性铺粉齿215的横截面为圆形，其直径为0.02-1mm；也可以将柔性铺粉齿215的横截面设置为矩形，则其宽为0.5-1.5mm，厚为0.02-0.1mm。本实施例的柔性铺粉齿215优选地设置为弹簧丝。本实施例的粉末收集箱22为两个且分别位于成形平台30的两侧，粉末收集箱22用于收集铺粉盒21及成形平台30上方多余的粉末材料。

以下结合一具体实施例，来具体说明本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置的工作过程。

设一种多材料零件由三种不同的粉末材料通过选区激光熔化方法打印而成，可对该多材料零件的3D打印零件模型中某一切片层内所采用的每种材料的所在区域进行编号，应该指出，有些切片层内，可能仅有一个材料区域，有些切片层内，可能有二个甚至三个材料区域，并且某种个材料区域可能是单独连续的一块区域，也可能是由相互分离的几个小区域组成。

下面就以包含三个材料区域的切片层为例进行具体说明。如图9所示，设当前层包括三个材料区域：第1材料区域，采用316L不锈钢粉末材料；第2材料区域，采用Ti6Al4V钛合金粉末材料；第3材料区域，采用纯钛粉末材料。假设3D打印机采用20μm一层的厚度进行打印，而供粉漏斗11的转盘113的孔的容积对应10μm一层的粉量。多材料零件的切片扫描路径数据中包括了粉末类型及材料区域信息，计算机导入多材料零件切片扫描路径数据并控制3D打印机执行各动作：

a.将三种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗11内。

为了简洁，以下的1号供粉漏斗、2号供粉漏斗和3号供粉漏斗均不再标注供粉漏斗11的后缀11，且，1号供粉漏斗、2号供粉漏斗和3号供粉漏斗在图中已经分别单独标示出来；但，不影响1号供粉漏斗、2号供粉漏斗和3号供粉漏斗均是供粉漏斗11。

分别使用1号供粉漏斗、2号供粉漏斗和3号供粉漏斗贮存三种粉末材料，其中，1号供粉漏斗装316L不锈钢粉末材料，2号供粉漏斗装Ti6Al4V钛合金粉末材料，3号供粉漏斗装纯钛粉末材料。

b.成形平台30下降20μm；

c.执行当前层的第1材料区域的粉末供给及铺展：

如图10所示。铺粉盒21在粉末收集箱22上移至均粉器12的正下方。1号供粉漏斗的电机117带动转盘113转动两周，定量泄出316L不锈钢粉末材料，316L不锈钢粉末材料在重力的作用下经连接管13、均粉器12均匀分散后落入铺粉单元20的铺粉盒21中。

将低位柔性刮板213的底部比高位柔性刮板212的底部设置为低20μm(取值也可大于20μm，代价是多一些粉末材料被回收掉，每层对应供粉量需更多一些)，且高位柔性刮板212的底部恰好在成形平台30的成形平面上。

铺粉盒21载着316L不锈钢粉末材料在3D打印机的成形平台30上方经过时，高位柔性刮板212与成形平台30的成形平面在同一水平面，高位柔性刮板212将316L不锈钢粉末材料均匀地在成形平台30上方铺上一层。

将316L不锈钢粉铺展完毕后，3D打印机控制成形室40上方的激光扫描装置50发射激光束熔化当前层的第1材料区域内的316L不锈钢粉末材料，此时铺粉盒21保持不动。

熔化动作完成后，铺粉盒21返回，铺粉盒21返回过程中，铺粉盒21的低位柔性刮板213将成形平台30上方多余的316L不锈钢粉末材料刮走并被粉末收集箱22收集，完成当前层的第1材料区域打印。

d.执行当前层的第2材料区域的粉末供给及铺展：

如图11所示。铺粉盒21在粉末收集箱22上移至均粉器12的正下方。2号供粉漏斗的转盘113转动两周泄出定量的Ti6Al4V钛合金粉末材料至铺粉盒21内，铺粉盒21的高位柔性刮板212将铺粉盒21中的Ti6Al4V钛合金粉末材料平铺一层到成形平台30上方，低位柔性刮板213将成形平台30上方前次未清除干净的多余316L不锈钢粉末材料刮走并被粉末收集箱22收集；将Ti6Al4V钛合金粉末材料铺展完毕后，3D打印机控制激光束熔化当前层的第2材料区域内的Ti6Al4V钛合金粉末材料，熔化动作完成后，铺粉盒21返回，返回过程与第1材料区域过程相同，完成当前层的第2材料区域打印。

e.执行当前层的第3材料区域的粉末供给及铺展：

3号供粉漏斗的转盘113转动两周泄出定量的纯钛粉末材料至铺粉盒21内，铺粉盒21载着纯钛粉末材料在成形平台30上方完成铺粉，3D打印机控制激光束熔化当前层的第2材料区域内的纯钛粉末材料，熔化动作完成后，铺粉盒21返回，完成当前层的第3材料区域打印。此过程与第2材料区域的打印过程类同，便不再赘述。

由于当前层的最后一个材料区域为第3材料区域，至此，当前层的所有三个材料区域均打印完毕。若当前层不是最后一层，则下一层的打印继续从步骤b开始执行，设本实施例的下一层包含两个材料区域，如图12所示，则根据该层的切片扫描路径数据，自b开始执行，直至打印完该层；若当前层是最后一层，则完成对多材料零件的打印。

相对于现有技术，本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法实现多种不同粉末材料的定量供给；能在不同层采用不同的材料成型，也能在同一层内采用两种以上材料成型，零件的同一层内不同区域甚至不同点可以是不同材料，实现了自由按点选材成型；采用重力送粉，无需如一般激光工程净成形工艺那样粉末供给需要消耗保护气体；可操作性强，可通过扩充供粉漏斗的数量实现多种粉末材料的定量供给及铺展；易于实现具有复杂结构的多材料零件的选区激光熔化、选区激光烧结或电子束熔融成型3D打印，实现多材料零件的结构属性与功能属性的结合，充分利用不同材料的优异性能。本发明的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置构思巧妙、可操作性强、实用性强，具有很强的市场推广价值。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法，包括以下步骤：

a.设多材料零件每个层片包含至少一个材料区域，每个材料区域使用一种粉末材料，将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗内；

b.成形平台下降一个层厚的距离；

c.执行当前层的某个材料区域的粉末供给及铺展：

铺粉盒在粉末收集箱上移至均粉器的正下方；根据当前材料区域所需的材料类型，3D打印机控制某个供粉漏斗定量泄出粉末材料，粉末材料在重力的作用下经均粉器均匀分散后落入铺粉单元的铺粉盒中；

铺粉盒载着粉末材料在3D打印机的成形平台上方柔性铺粉，在铺粉过程中，铺粉盒的高位柔性刮板将铺粉盒中的粉末材料平铺一层到成形平台上方，若不是当前层第一次铺粉，低位柔性刮板将成形平台上方前次未清除干净的多余粉末材料刮走并被粉末收集箱收集；

将粉末材料铺展完毕后，3D打印机控制激光束或电子束对当前材料区域内的粉末材料进行熔化或烧结；

铺粉盒返回，铺粉盒返回过程中，铺粉盒的低位柔性刮板将成形平台上方多余的粉末材料刮走并被粉末收集箱收集，完成当前层的该材料区域打印；

d.判断当前层是否打印完成，如没有，重复执行步骤c，直至完成当前层的打印。

2.根据权利要求1所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法，其特征在于：若当前层打印完毕且不是最后一层，则下一层的打印继续从步骤b开始执行；若当前层是最后一层，则完成对多材料零件的打印。

3.一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：包括供粉单元和位于供粉单元下方的铺粉单元；

所述供粉单元包括多个供粉漏斗、多根连接管及均粉器，所述各供粉漏斗用于贮存不同的粉末材料并定量供给，所述多根连接管将各供粉漏斗的底部与均粉器连接，所述各供粉漏斗内的粉末材料依靠重力经由连接管下落至均粉器，所述均粉器将来自各供粉漏斗的粉末材料均匀分散；

所述铺粉单元包括铺粉盒和粉末收集箱，所述铺粉盒在粉末收集箱的顶板上接收自均粉器下来的粉末材料，所述粉末收集箱的顶板可将铺粉盒的底部动态封闭使铺粉盒无泄漏地装载粉末材料，接粉完毕后，铺粉盒在3D打印机的成形平台上方铺粉，所述粉末收集箱的顶板设置有余粉收集口并用于收集铺粉盒及成形平台上方多余的粉末材料。

4.根据权利要求3所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述供粉漏斗包括漏斗主体，所述漏斗主体的下部固定有一盛粉板，所述盛粉板的下方依次设置有一转动的转盘和一固定的泄粉板；所述盛粉板、转盘和泄粉板上均开设有用于泄粉的孔。

5.根据权利要求4所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述转盘的中心固定连接有一由电机带动的转轴，所述转轴带动转盘转动。

6.根据权利要求4所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述漏斗主体的顶部还设置有一漏斗盖，所述漏斗盖上开设有一添粉口，所述添粉口上设置有一添粉塞；所述泄粉板的下方还设置有一锥形的泄粉斗。

7.根据权利要求3所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述均粉器包括多根泄粉支管、与各泄粉支管连通的泄粉总管和位于泄粉总管下方的多块用于均匀分散粉末材料的粉末分散导流板，所述各泄粉支管分别通过连接管与各供粉漏斗连接，所述泄粉总管将来自泄粉支管的粉末材料导向各粉末分散导流板，粉末材料经粉末分散导流板降落到铺粉盒内。

8.根据权利要求3所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述铺粉盒包括铺粉盒体和位于铺粉盒体两侧的高位柔性刮板和低位柔性刮板，所述铺粉盒体用于盛放来自均粉器的粉末材料，所述低位柔性刮板的底部低于高位柔性刮板的底部，所述高位柔性刮板用于将粉末材料铺展到成形平台上方，所述低位柔性刮板用于刮走成形平台上方多余的粉末材料。

9.根据权利要求8所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述高位柔性刮板和低位柔性刮板均包括两块或两块以上的夹板和粘附在各夹板之间的多根柔性铺粉齿。

10.根据权利要求3-9任一项所述的多材料零件3D打印的粉末供给、铺展装置，其特征在于：所述粉末收集箱为两个且分别位于成形平台的两侧。