CN106180711B - 一种面向粉末材料的slm/sls铺粉工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向粉末材料的选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)/激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)铺粉工艺，采用选区铺粉和激光选区熔化的个性化梯度材料制造。主要功能是通过多个喷头在粉末床定点精准铺放不同材料组分的粉末，然后通过SLM/SLS制造能够实现不同部位之间材料连续梯度变化。沿材料配比线进行铺粉，通过各个流量控制器相互配合，可以得到不同配比的混合粉末。本发明事先调节好不同粉末之间的比例，然后进行铺粉；也可以在铺粉过程中进行动态调节不同粉末之间的配比，实现不同部位之间材料连续梯度变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种铺粉工艺，特别涉及一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺。
背景技术
大段骨缺损严重影响人体健康和患者生活质量，成为严峻的社会问题。目前，骨、外科迫切需要假体具有多材料梯度渐变结构，以满足不同部位对材质力学性能的不同需求。例如：人工关节面要求强度高、耐磨性好，可采用钴基合金，而关节柄则要求重量轻，生物相容性好，等比强度高和避免应力屏蔽，一般采用钛合金。
增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)，亦即3D打印技术，被誉为第三次工业革命的重要标志，在医学领域具有重要的应用。采用AM制造复杂宏观形状和多孔结构的金属植入物具有无可比拟的优势。激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)和选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)增材制造技术用于制造金属植入物的工艺已相对成熟。但目前的选区激光熔化技术的铺粉装置一次只能加工一种材料，难以满足个性化梯度材料的制造，这是阻碍3D打印发展的一个瓶颈。现有的铺粉装置难以满足梯度材料的制造，有必要开发一种新型装置。
发明内容
为了克服传统制造方法存在的缺陷或不足，本发明提出一种面向粉末材料的选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)/激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)铺粉工艺，采用选区铺粉和激光选区熔化的个性化梯度材料制造思路。即通过多个喷头在粉末床定点精准铺放不同材料组分的粉末，然后通过SLM/SLS制造能够实现材料和微结构双重梯度分布的个性化材料，不同部位之间实现材料连续梯度变化。
本发明通过下述技术方案来实现，它主要包括：
通过控制混粉器各粉末输入端的流量控制器的流量，可以得到混粉器输出端不同配比的混合粉末；通过控制输出端的流量控制器的流量实现不同的铺粉速度。
还可以通过事先在多个混粉器中装好不同比例的粉末，然后进行多材料铺粉。
不同粉末材料混合时，密度大的材料可使用空心结构，可以使不同材料粒度相同时重量相等。
多个混粉器安装在一个可旋转的铺粉盘上，混粉器可沿铺粉盘的半径方向运动。
铺粉盘在旋转时，通过控制混粉器的径向位置及输出端的流量控制器控制出粉速度，各混粉器可沿设计好的不同的等材料配比线在过渡粉末床上进行铺粉。
过渡粉末床将铺好的梯度粉末材料移动至扫描床上方，打开阵列开关，将粉末材料垂直向下移至扫描床。
激光可沿等材料配比线进行扫描，扫描与铺粉同时进行，即在进行扫描的同时，下一层的铺粉可同时在过渡粉末床上进行，大大提高工作效率。
每一层烧结完之后，再通过刮板铺入该层支撑材料，如熔点高的粉末材料。在加入支撑材料之后，方可进行下一层的多材料铺粉。
对于每一层，多个铺粉装置可同时进行铺粉，以满足不同材料配比的要求。在单层铺粉面积比较大时，使用多个铺粉装置可以提高铺粉速度。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.通过多个喷头在粉末床定点精准铺放不同材料组分的粉末，实现材料和微结构双重梯度分布的个性化材料。
2.通过控制粉末入口流量比例，在确保输出流量不变的前提下，调节粉末配比。
3.扫描与铺粉同时进行。
4.可使用多个铺粉装置同时进行铺粉，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的混粉器的基本结构图。其中:1.粉末流道入口，2.流量控制器,3.混合器,4.粉末流道出口(喷嘴),5.压实装置。
图2是沿等材料配比线的旋转铺粉图。其中:6.等材料配比线，7.多喷头旋转混粉铺粉盘,8.铺粉器转轴,9.混粉器,10.过渡粉末床，11.阵列开关。
具体实施方式
图1是混粉器的基本结构图。粉末流道入口1对称分布，数量为两个或多个，可以满足两种或多种材料的制造。流道方向与竖直方向夹角为30度。
流量控制器2位于流道中部，通过开口的大小来控制粉末的流量。每个流道都装有流量控制器，各个流量控制器相互配合，可以得到不同配比的混合粉末。
混合器3与粉末流道相连，不同种类的粉末在混合器中均匀混合。混合器中设有搅拌装置，可以使粉末充分均匀混合。
混合器下面是粉末流道出口(喷嘴)4，经均匀混合后的粉末由流道出口处流出到工作台上。
压实装置5与粉末流道出口相连接，该装置可以将流出来的粉末压实，有利于提高粉末的致密度。
图2是沿等材料配比线的旋转铺粉图。采用两种或多种粉末铺粉，读取截面材料组分数据形成等材料配比线，并转换为圆形坐标数据。根据圆形坐标数据控制铺粉器旋转速度和混粉器的实时位置，实现预铺粉。将过渡粉末床(面阵单元)移至工件上方，打开阵列开关，沿材料配比线进行铺粉。通过各个流量控制器相互配合，可以得到不同配比的混合粉末。扫描与铺粉可同时进行，在进行扫描的同时，下一层的铺粉可同时进行，大大提高工作效率。每一层烧结完之后，要及时加入支撑材料，如熔点高的粉末材料。在加入支撑材料之后，方可进行下一层的烧结。对于每一层，多个铺粉装置可同时进行铺粉，以满足不同材料配比的要求。在单层铺粉面积比较大时，使用多个铺粉装置可以提高铺粉速度。该铺粉装置既可以事先调节好不同粉末之间的比例，然后进行铺粉；也可以在铺粉过程中进行动态调节不同粉末之间的配比，实现不同部位之间材料连续梯度变化。
Claims (7)
1.一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：通过控制混粉器粉末材料输入端的横截面积0～10cm2，得到混粉器输出端的混合粉末，各混粉器沿等材料配比线在过渡粉末床上进行铺粉，过渡粉末床将铺好的梯度混合粉末移动至扫描床上方，再将混合粉末垂直向下移至扫描床，用激光沿等材料配比线进行扫描，扫描与铺粉同时进行，即在进行扫描的同时，下一层的铺粉可同时在过渡粉末床上进行。
2.如权利要求1所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：粉末材料为金属或金属合金粉末。
3.如权利要求1所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：先在多个混粉器中装入混合好的粉末，然后进行多材料铺粉。
4.如权利要求1所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：两种粉末混合时，密度大的粉末材料使用空心结构。
5.如权利要求1所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：多个混粉器安装在一个可旋转的铺粉盘上，混粉器沿铺粉盘的半径方向运动。
6.如权利要求1所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：每一层扫描完之后，通过刮板铺入熔点高的粉末材料作为该层支撑材料，在加入支撑材料之后，进行下一层的铺粉。
7.如权利要求1或5所述的一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，其特征在于：对于每一层铺粉，多个铺粉盘同时进行铺粉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180717 |