CN110369715A - 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法 - Google Patents

一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110369715A
CN110369715A CN201910643071.6A CN201910643071A CN110369715A CN 110369715 A CN110369715 A CN 110369715A CN 201910643071 A CN201910643071 A CN 201910643071A CN 110369715 A CN110369715 A CN 110369715A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
raw material
forming
storage bin
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910643071.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王猛
张丹
李闯闯
张云鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Northwest University of Technology
Original Assignee
Northwest University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest University of Technology filed Critical Northwest University of Technology
Priority to CN201910643071.6A priority Critical patent/CN110369715A/zh
Publication of CN110369715A publication Critical patent/CN110369715A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法。该装置有2～5个原料仓；各原料仓分别与混粉室、储粉仓、落粉器和控制阀门组成了具有2～5路通道的送粉系统。储粉仓出口与落粉器的入口连通。通过原料仓送粉、混流室混粉、储粉仓储粉、落粉器落粉的工序使各切片层所需的合金粉料按比例混合并打印成形，实现成分沿垂直方向连续变化的梯度材料的制备，得到的成形零件在宏观尺度上实现成分和组织的平缓过渡，消除现有技术中多种粉料逐层交替打印形成熔池尺度的冶金结合而带来的成分和性能突变，实现结构与功能的一体化整体制造。本发明在空间尺度上均匀过渡的性能指标能够避免变形不协调、应力集中的问题，有助于提升成形件的使用性能。

Description

一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种选区激光熔化制备梯度材料的装置和方法。
背景技术
梯度材料是通过在材料成形过程中对材料内部的成分和结构进行有目的的优化和设计，使其化学成分、组织结构和性能特征在材料内部呈现特定梯度分布的材料，可以满足零件不同部位具有不同性能的要求，满足对多重复杂环境的适应。目前对梯度材料的制备主要使用气相沉积、等离子喷涂法、粉料冶金法和自蔓延高温合成法等技术，梯度材料的成形尺寸及形状的复杂程度受到限制，因此需要寻找一种能够成形高性能复杂金属结构件的制备技术。
激光立体成形技术是基于快速原型制造技术和激光熔覆技术而发展起来的一种通过数字化的逐点、逐层增加材料的技术，可实现高性能金属结构件的无模具、快速和全致密度近净成形。激光立体成形技术由于逐点逐层制造的特性，原则上根据零件的实际应用要求改变各部位的成分和组织，实现零件各部位材料成分和性能的匹配。
在专利号为ZL02114474.5的发明专利中公开了一种成分及组织可控的激光立体成形方法，采用了三组到多组送粉器，通过辅助气流将不同粉料在混流室中充分混合，再从喷嘴将混合粉料流输出，从而在激光立体成形过程中实现了三维零件形貌、成分及组织的梯度控制，但该发明采用的送粉方式为气流控制的逐点送粉，成形精度和表面质量较差，无法实现高精度复杂零件的快速成形。
基于CN1411942A中所公开的多组分送粉方法和装置，西北工业大学许小静在2009年公开的博士学位论文中研究了激光立体成形Ti-Ni功能梯度材料的显微组织和性能，明确了梯度成分—激光立体成形工艺—组织—性能之间的关系；西北工业大学杨模聪在2009年公开的硕士学位论文中研究了激光立体成形Ti60-xTi2AlNb功能梯度材料的显微组织和相演化规律，在一定程度上平缓了梯度成分变化过程中组织和性能的波动；西北工业大学漆仲亮在2019年公开的硕士学位论文中研究了激光立体成形TA15-xTi2AlNb梯度材料成分分布及组织演变规律。但上述研究均采用了送粉式的激光立体成形方法，难以保证成形零件的表面质量及成形精度，同时也难以实现复杂结构零件的高精度成形。
选区激光熔化是一种基于粉末床的精密成形技术，先将金属零件的三维模型进行分层离散，继而逐层铺设金属粉料，使用激光作为热源按照设定的轨迹熔化成形，最终获得致密实体零件。这种制备技术突破了传统塑性成形或减材加工技术中夹具和刀具的束缚，在制造中加入了智能化、数字化等元素，使材料加工进入精密制造阶段。相比于传统加工工艺，选区激光熔化具有材料利用率高、加工周期短、易成形复杂内部结构零件并可实现个性化零件需求的优势。但选区激光熔化技术受到设备及送粉机构的限制，一般都只用于单种粉料材料的成形，目前文献中公开的选区激光熔化成形梯度材料方法主要有如下几种：
在公开号为CN104923787A的发明创造中公开了一种梯度材料结构的3D打印方法。该方法采用了一个铺粉喷头和一套铺粉装置，实现了多种材料的混合，并配合激光器使粉料材料快速熔凝，进而实现了功能梯度材料结构和复合材料的快速制造。但该发明采用的送粉方式为气流控制的逐点送粉，难以保证粉末床各个位置层厚均匀，进而影响成形的稳定性，铺粉精度也大大降低，影响成形效率和质量。
在公开号为CN108480630A的发明创造中公开了一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的装置及方法。该装置采用了储粉-混粉-铺粉的工序使每层粉料中两相粉料的配比不随层高的增加而变化，实现了水平方向的梯度材料制备。但该发明的两相粉料若不充分混合，则沿混粉器轴向会呈现出一定的梯度，若混合均匀，垂直于轴向的梯度分布也会受到影响，因此在水平方向很难保证材料梯度分布。
在公开号为CN10904776A的发明创造中公开了一种多材料选区激光熔化粉料分区预置的铺粉机构及方法。该发明采用了一个可沿储粉槽长度方向滑动的挡板，可实现多种材质粉料在储粉槽内的指定比例搭载，在同一铺粉层可铺设多种材质粉料，从而实现用选区激光熔化技术成形复合材料零件。但该发明无法在零件内实现成分的平缓过渡，成形件两种材料结合部位成分、组织和性能变化剧烈，对零件的使用造成不良影响。
在公开号为CN108393491A的发明创造中公开了一种选区激光熔化制备功能梯度材料的装置。该装置采用了一种双下置式送粉缸输送不同粉体材料，采用刮粉板保障粉层的均匀及平整性。但该发明一次铺粉仅能铺设单种粉料，不同粉料在层与层之间交替铺设，所形成的成分过渡区与熔池深度在一个数量级，同样无法实现垂直方向成分和组织的平缓过渡。
发明内容
为克服现有技术中存在的两种或多种材料在宏观尺度上难以实现成分连续变化的不足，本发明提出了一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法。
本发明提出的选区激光熔化装置包括原料仓、混粉室、储粉仓、落粉器、成形室、粉料回收仓、活塞、计算机和控制阀门；所述原料仓有2～5个；各所述原料仓分别与混粉室、储粉仓、落粉器和控制阀门共同组成了具有2～5路通道的送粉系统。各所述原料仓的出口分别与混粉室的入口通过粉料输送管连通，在该粉料输送管上均安装有控制阀门。所述混粉室的出口与储粉仓之间通过粉料输送管连通。所述储粉仓的出口与落粉器的入口连通。所述落粉器位于成形室内。各所述控制阀门分别与计算机通讯连接。在各所述粉料输送管上均安装有控制阀门。
所述储粉仓的上表面有粉料入口，下表面有粉料出口。在该储粉仓内安置有高度传感器或重力传感器。所述的高度传感器安置在该储粉仓壳体侧壁的内表面，所述的重力传感器安置在该储粉仓壳体底板内表面。
所述混粉室壳体的上部有分别连接各原料仓的开孔，该混粉室壳体下部有混合粉料的输出管道；所述混粉室分为机械搅拌和气流搅拌两种混合方式。当采用机械搅拌时，所述混粉室的中心安装有搅拌叶片，该搅拌叶片的叶片轴与电机的输出轴连接。当采用气流搅拌时，在该混粉室壳体下部开有两个与气瓶连通的气流孔，并使该气流孔分布在混粉室输出管口的两侧。
在所述落粉器内均布有多条挡板，并且各挡板的安装角度随着各挡板的安装位置不同而变化。所述各所述挡板上端固定在该落粉器的粉料入口，将该入口分割成为多个粉料通道，并使各所述粉料通道延伸至该落粉器的粉料出口，将该落粉器的粉料出口分割，从而使流入的混合粉料分流并分布在所述刮刀的前方。
本发明提出的利用所述选区激光熔化装置制备梯度材料的具体过程是：
步骤1，材料预处理。
所述的材料预处理是粉料的烘干。
各所述粉料分别置于该选区激光熔化装置的各原料仓内。
步骤2，建立成形零件三维模型。
通过CAD软件建立该零件的三维模型，并将该三维模型导入计算机中。
步骤3，对成形零件分层并设定成形参数。
Ⅰ对成形零件的分层：
所述对成形零件切片分层是指利用计算机对成形零件的三维模型将该零件模型从下到上切分为若干个切片层，切片层的总数为N，N≥1。将切片层中的每一层自下而上记为xi，i＝1～N。
根据设计要求，将成形零件沿其高度分为不同部位；各部位分别由多个的切片层xi组成，并且各部位的层数依据零件该部位的高度确定。
在成形时，所述成形零件的不同部位分别对应不同的成形阶段，所述成形阶段的数量为M。
根据对成形零件不同部位的性能要求，各部位中切片层的粉料配比应当满足以下各函数关系：
yPij＝kPjxi+bPj (1)
公式(1)中，yPij为分别来自各原料仓的粉料的配比，其中的P为原料仓的序数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M；所述系数kpj和bpj的值由设计确定。
将各层粉料总量用Vij表示，所述Vij由设计确定。
将各层来自各原料仓的粉料量用Vpij表示，所述Vpij＝Vij ypij.
至此，完成了对成形零件的分层。将得到的各分层的横截面和与之对应的粉料配比导入所述选区激光熔化装置中。
Ⅱ设定成形参数
所述成形参数包括激光功率p、扫描速度v、扫描道间距h和铺粉层厚t。
根据不同合金原料的熔点、粒径、配比，通过实验分别确定M个成形阶段的成形参数。
步骤4，选区激光熔化装置的准备。
步骤5，打印成形。
根据设定的成形参数，采用所述选区激光熔化装置，逐阶段实施打印成形。
计算机依据步骤3中所确定的粉末配比，控制所述选区激光熔化装置中的各原料仓输出粉料，并通过混粉室进行混粉。将充分混合后的粉料经粉末输送管送于储粉仓中备用。伺服电机控制粉末床下降一个铺粉层厚。储粉仓释放粉料至所述落粉器内，继而通过该落粉器将粉料均匀分布在所述成形室内刮刀的前方。通过刮刀将粉料均匀铺展于粉末床上。激光经汇聚镜照射在粉末床上，依照步骤3中设定的各成形阶段的工艺参数扫描粉末床，完成一个切片层的成形。
重复所述输出粉料--混粉--铺粉--激光器扫描成形的过程，依次完成第j阶段中各切片层的成形。
重复所述第j阶段中各切片层的成形过程，直至完成M个成形阶段的成形过程，结束目标成形零件的打印。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：
1、本发明所采用的制备梯度材料的选区激光熔化装置与现有技术相比，突破了现有技术中两种或多种材料在宏观尺度上难以实现成分连续变化的限制，通过原料仓送粉、混流室混粉、储粉仓储粉、落粉器落粉的工序使各切片层所需的合金粉料按比例混合并打印成形，最终实现成分沿垂直方向连续变化的梯度材料的制备。
2、本发明采用的制备梯度材料的方法与现有技术相比，成形零件在宏观尺度上实现成分和组织的平缓过渡，各阶段的成分变化曲线如图7所示。图7中所示的是实施例三中各阶段的成分变化曲线，包括Ti2AlNb粉料随切片层数量的增加的变化曲线31、TA15粉料随切片层数量的增加的变化曲线32和TC4粉料随切片层数量的增加的变化曲线33。图7中所示的各阶段的成分变化曲线显示，本发明消除了以往梯度材料的成形过程中，多种粉料逐层交替打印形成熔池尺度的冶金结合而带来的成分和性能突变，从而实现结构与功能的一体化整体制造。
将不同材料采用现有方式分区铺粉打印成形的试样，在材料结合界面附近性能指标会随成分突变而呈现出剧烈的阶跃式变化。以TC4和TA15两种材料分区打印试样的硬度指标为例，其在界面附近的变化趋势如图8所示，成形零件在结合界面的左侧呈现为TC4粉料34，其硬度指标为420±7Hv，在结合界面的右侧呈现为TA15粉料35，其硬度指标为528±8Hv，在两种材料成形的交替界面上硬度值出现跃变，这种性能分布会导致成形零件在承受外力时因局部变形量不协调而出现应力集中，降低零件使用性能并缩短零件使用寿命。而本发明提出的制备梯度材料的方法，通过使成分沿垂直方向连续变化从而消除了这种成分和性能的突变，因此性能随成分的连续变化而平缓过渡。以本发明所述方法获得的TC4、TA15和Ti2AlNb梯度试样为例，其硬度指标呈现出如图9所示的变化趋势，即从TC4一侧的420Hv逐渐过渡到Ti2AlNb一侧的532Hv，这种在空间尺度上均匀过渡的性能指标能够避免阶跃式性能突变所带来的变形不协调、应力集中的问题，有助于提升成形件的使用性能，尤其是抗疲劳性能。
3、本发明采用的制备梯度材料的方法，既能够实现某一成形阶段的合金粉料具有固定的配比，又能够实现不同粉料的比例随切片层的增大而在垂直方向上梯度连续变化。
4、适用范围广，能够实现多种合金原料粉料的梯度材料零件的3D打印成形。
附图说明
图1为成分及组织可控的梯度材料选区激光熔化成形方法流程框图。
图2为选区激光熔化成形装置示意图。
图3为混粉室的结构示意图，其中，图3a为搅拌混粉，图3b为气流混粉。
图4为储粉仓的结构示意图；其中：图4a为内置重力传感器的储粉仓，图4b为内置高度传感器的储粉仓。
图5为落粉器的结构示意图。
图6为所需打印目标零件的分阶段示意图。
图7为目标梯度材料不同切片层的粉末配比变化曲线。
图8为现有技术采用逐层交替打印的梯度材料维氏硬度分布。
图9为采用本发明制备梯度材料的方法打印的梯度材料维氏硬度分布。
图中：1.原料仓；2.混粉室；3.储粉仓；4.计算机；5.激光发生器；6.粉末床；7.粉料回收仓；8.伺服电机；9.活塞；10.目标样件；11.刮刀；12.成形室；13.落粉器；14.控制阀门；15.流量监测计；16.粉料输送管；17.搅拌杆；18.保护气流；19.重力传感器；20.高度传感器；21.挡板；22.实施例三中的第Ⅸ个成形阶段；23.实施例三中的第Ⅷ个成形阶段；24.实施例三中的第Ⅶ个成形阶段；25.实施例三中的第Ⅵ个成形阶段；26.实施例三中的第Ⅴ个成形阶段；27.实施例三中的第Ⅳ个成形阶段；28.实施例三中的第Ⅲ个成形阶段；29.实施例三中的第Ⅱ个成形阶段；30.实施例三中的第Ⅰ个成形阶段；31.Ti2AlNb粉料随切片层数量的增加的变化曲线；32.TA15粉料随切片层数量的增加的变化曲线；33.TC4粉料随切片层数量的增加的变化曲线；34.TC4粉料；35.TA15粉料。
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种选区激光熔化装置，包括原料仓1、混粉室2、储粉仓3、落粉器13、成形室12、粉料回收仓7、伺服电机8、活塞9和计算机4，其中，所述原料仓1根据实际打印需求为2～5个，并按照第一原料仓至第P原料仓的顺序依次命名，其中P为原料仓的数量，P≤5。所述原料仓的数量与实际打印目标样件所需的粉料种类数相同。
各所述原料仓的出口分别与混粉室2的入口通过粉料输送管连通，在各原料仓的出口与混粉室2的入口之间均安装有流量监测计15和控制阀门14。该混粉室的出口与储粉仓3之间通过粉料输送管连通，在该混粉室的出口与储粉仓之间安装有控制阀门。所述储粉仓的出口与落粉器13的入口连通，在该储粉仓的出口与落粉器之间安装有控制阀门。所述落粉器位于成形室12内。
各所述控制阀门14和流量监测计分别与计算机4通讯连接。
所述原料仓1、混粉室2、储粉仓3、落粉器13、流量监测计15和控制阀门14共同组成了多路送粉系统。
所述成形室通过对现有技术改进得到。该成形室包括刮刀11和激光发生器5，在该成形室箱体上表面有进料口。所述刮刀位于下料口一侧壁板处，在该成形室内底板的中部有用于安放所述粉末床6的开口。激光汇聚镜5位于成形室上表面，并使该激光汇聚镜的中心与所述开口的几何中心空间重合。所述落粉器的入口与进料口连通。所述粉料回收仓7位于所述成形室下方。所述粉末床安装在伺服电机的输出轴上，并通过该伺服电机调节其上下位置。
所述混粉室2用于将来自各所述原料仓的粉料充分混合。在该混粉室壳体的上部有分别连接原料仓的开孔，以承接各原料仓的粉料；该混粉室壳体下部有混合粉料的输出管道，用于将混合均匀后的混合合金粉料排出，本实施例所采用的混粉室为内腔呈圆柱状的壳体结构。
所述混粉室分为机械搅拌和气流搅拌两种混合方式。当采用机械搅拌时，所述混粉室的中心安装有搅拌叶片，该搅拌叶片的叶片轴与电机的输出轴连接。当采用气流搅拌时，在该混粉室壳体下部开有两个气流孔，并使该气流孔对称的分布在混粉室输出管口的两侧，所述气流孔与气瓶连通。
所述储粉仓3为壳体结构。在该储粉仓的上表面有粉料入口，下表面有粉料出口。为实时监测该储粉仓内粉料的储量，本实施例中在该储粉仓内安置有高度传感器20或重力传感器19。所述的高度传感器安置在该储粉仓壳体侧壁的内表面，所述的重力传感器19安置在该储粉仓壳体底板内表面。
所述落粉器13为盒体，其截面呈倒梯形。该落粉器下端出口的长度略小于所述刮刀的长度，该落粉器上端的开口与成形室箱体上表面的进料口固连。在该落粉器内均布有多条挡板21，并且各挡板的安装角度随着各挡板的安装位置不同而变化。所述各所述挡板上端固定在该落粉器的粉料入口，将该入口均匀分割成为多个等宽的粉料通道，并使各所述粉料通道延伸至该落粉器的粉料出口，将该落粉器的粉料出口均匀分割，从而将流入的混合粉料均匀分流，并均匀分布在所述刮刀的前方。
实施例二
本实施例是一种采用所述选区激光熔化装置制备复合梯度零件的方法。所述零件采用TC4-TA15制成。
本实施例的具体过程是：
步骤1，材料预处理。
所述的材料预处理是粉料的烘干。
选用TC4粉料和TA15粉料作为原材料，分别对两种粉料在120℃真空条件下烘干，以减少粉料中的水分并提高粉料的流动性。
所述TC4粉料和TA15粉料的粒径均为15～53μm。各所述粉料分别置于该选区激光熔化装置的两个原料仓内。
本实施例中，所述粉末床5的成形幅面为a×d＝300mm×250mm，所述a和d均为该粉末床的边长。
步骤2，建立成形零件三维模型。
所成形的零件10为长方体。通过CAD软件建立该零件的三维模型，并将该三维模型导入计算机4中。
步骤3，对成形零件分层并设定成形参数。
Ⅰ对成形零件的分层：
所述对成形零件切片分层是指利用计算机4对成形零件10的三维模型沿轴向将该零件模型从下到上切分为若干个切片层，切片层的总数为N，N≥1。
该切片层中的每一层记为xi，i＝1～N。
本实施例中，N＝700。
根据设计要求，将成形零件沿其高度方向分为不同部位；各部位分别由多个切片层xi组成，并且各部位的层数依据零件的高度确定。
在成形时，所述成形零件的不同部位分别对应不同的成形阶段，所述成形阶段的数量为M，本实施例中，M＝3。
根据对成形零件不同部位的性能要求，各部位中切片层的粉料配比应当满足以下函数关系：
yPij＝kPjxi+bPj (1)
公式(1)中，yPij为分别来自各原料仓的粉料的配比，其中的P为原料仓的序数，i是片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。系数kpj和bpj的值由设计确定
本实施例中，P＝2，所述来自各原料仓的粉料的配比分别为yAij和yBij，即各粉料分别来自第一原料仓A和第二原料仓B。
通过公式(2)～(3)表示：
yAij＝kAjxi+bAj (2)
yBij＝kBjxi+bBj (3)
所述各函数关系中：所述yAij和yBij均为分别来自各原料仓的粉料的配比。
A为第一原料仓，B为第二原料仓；i是该片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。
本实施例中，第一原料仓内的粉料为TC4粉料，第二原料仓内的粉料为TA15粉料。
其中，所述系数kAj、kBj和bAj、bBj的值由设计确定。
将各层粉料总量用Vij表示，所述Vij由设计确定。
将各层来自各原料仓的粉料量分别用Vpij表示，所述Vpij＝Vij ypij.
至此，完成了对成形零件的分层。将得到的各分层的横截面和与之对应的粉料配比导入所述选区激光熔化装置中。
Ⅱ设定成形参数
所述成形参数包括激光功率p、扫描速度v、扫描道间距h和铺粉层厚t。
根据不同合金原料的熔点、粒径、配比，通过实验确定各成形阶段的成形参数。
本实施例中，该目标零件分为三个成形阶段：
第1个待成形切片层至第99个待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅰ个成形阶段，即j＝1。在第Ⅰ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为100％的TC4粉料，该TC4粉料配比满足函数1：yAi1＝1，yBi1＝0。第Ⅰ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为200W，激光扫描速度为1250mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅰ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi1＝300mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi1＝Vi1yAi1。
第100待成形切片层至第600待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅱ个成形阶。在第Ⅱ个成形阶段，100％TC4连续变为100％TA15，粉料配比满足函数2：yAi2＝-0.002xi+1.2，yBi2＝0.002xi-0.2；第Ⅱ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为210W，激光扫描速度为1000mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅱ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi2＝300mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi2＝Vi2yAi2，TA15粉料的数量为VBi2＝Vi2yBi2。
第601待成形切片层至第700待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅲ个成形阶段。在第Ⅲ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为100％TA15粉料，粉料配比满足函数3：yAi3＝0，yBi3＝1；第Ⅲ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1100mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅲ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi3＝300mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TA15粉料的数量为VBi3＝Vi3yBi3。
至此，完成了成形参数的设定。
步骤4，选区激光熔化装置的准备。
向成形室内通入保护气以避免成形过程中成形零件的氧化，本实施例中，所述保护气为氩气。通过加热板加热粉末床，以降低成形中的应力，本实施例中，粉末床的加热温度为200℃。
步骤5，打印成形。
采用所述选区激光熔化装置，按照常规方法实施打印成形。
成形第Ⅰ个成形阶段。
计算机依据步骤3中所确定的粉末配比，控制所述选区激光熔化装置中的两个原料仓输出粉料，并通过混粉室进行混粉。将充分混合后的粉料经粉末输送管送于储粉仓中备用。伺服电机8控制粉末床6下降一个铺粉层厚。储粉仓3释放粉料至所述落粉器13内，继而通过该落粉器将粉料均匀分布在所述成形室内刮刀的前方。通过刮刀11将粉料均匀铺展于粉末床6上。激光经汇聚镜5照射在粉末床6上，依照步骤3中设定的各成形阶段的工艺参数扫描粉末床6，完成一个切片层的成形。
重复所述输出粉料--混粉--铺粉--激光器扫描成形的过程，依次完成第Ⅰ个成形阶段中各切片层的成形。
成形第Ⅱ个成形阶段。
重复所述第Ⅰ个成形阶段的成形过程，成形第Ⅱ个成形阶段。
成形第Ⅲ个成形阶段。
重复所述第Ⅰ个成形阶段的成形过程，成形第Ⅲ个成形阶段。
至此，完成700个切片层的成形，完成了目标成形零件的打印。
实施例三
本实施例是一种采用所述选区激光熔化装置制备复合梯度零件的方法。所述零件采用TC4-TA15-Ti2AlNb制成。
本实施例的具体过程是：
步骤1，材料预处理。
所述的材料预处理是粉料的烘干。
选用TC4粉料、TA15粉料以及Ti2AlNb粉料作为原材料，分别对三种粉料在120℃真空条件下烘干，以减少粉料中的水分并提高粉料的流动性。
所述TC4粉料、TA15粉料以及Ti2AlNb粉料的粒径均为15～53μm。各所述粉料分别置于该选区激光熔化装置的三个原料仓内。
本实施例中，所述粉末床5的成形幅面为a×d＝250mm×250mm，所述a和d均为该粉末床的边长。
步骤2，建立成形零件三维模型。
所成形的零件10为圆柱体。通过CAD软件建立该零件的三维模型，并将该三维模型导入计算机4中。
步骤3，对成形零件分层并设定成形参数。
Ⅰ对成形零件的分层：
所述对成形零件切片分层是指利用计算机4对成形零件10的三维模型沿高度方向将该零件模型从下到上切分为若干个切片层，切片层的总数为N，N≥1。
该切片层中的每一层记为xi，i＝1～N。
本实施例中，N＝2000。
根据设计要求，将成形零件沿其高度分为不同部位；各部位分别由多个的切片层xi组成，并且各部位的层数依据零件的高度确定。
在成形时，所述成形零件的不同部位分别对应不同的成形阶段，所述成形阶段的数量为M，本实施例中，M＝9。
根据对成形零件不同部位的性能要求，各部位中切片层的粉料配比应当满足以下函数关系：
yPij＝kPjxi+bPj (1)
公式(1)中，yPij为分别来自各原料仓的粉料的配比，其中的P为原料仓的数量，i是片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。系数kpj和bpj的值由设计确定。
本实施例中，P＝3，所述来自各原料仓的粉料的配比分别为yAij、yBij和yCij，即各粉料分别来自第一原料仓A、第二原料仓B和第三原料仓C。
通过公式(5)～(7)表示：
yAij＝kAjxi+bAj (5)
yBij＝kBjxi+bBj (6)
yCij＝kCjxi+bCj (7)
所述各函数关系中：所述yAij、yBij和yCij均为分别来自各原料仓的粉料的配比。
A为第一原料仓，B为第二原料仓，C为第三原料仓；i是该片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。
本实施例中，第一原料仓内的粉料为TC4粉料，第二原料仓内的粉料为TA15粉料，第三原料仓内的粉料为Ti2AlNb粉料。
其中，所述系数kAj、kBj、kCj和bAj、bBj、bCj的值由设计确定。
将各层粉料总量用Vij表示，所述Vij由设计确定。
将各层来自各原料仓的粉料量用Vpij表示，所述Vpij＝Vij ypij.
至此，完成了对成形零件的分层。将得到的各分层的横截面和与之对应的粉料配比导入所述选区激光熔化装置中。
Ⅱ设定成形参数
所述成形参数包括激光功率p、扫描速度v、扫描道间距h和铺粉层厚t。
根据不同合金原料的熔点、粒径、配比，通过实验确定各成形阶段的成形参数。
如图6所示，本实施例中，该目标零件分为九个阶段：
第1个待成形切片层至第99个待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅰ个成形阶段30，即j＝1。在第Ⅰ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为100％的TC4粉料，该TC4粉料配比满足函数1：yAi1＝1，yBi1＝0，yCi1＝0。第Ⅰ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为200W，激光扫描速度为1250mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅰ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi1＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi1＝Vi1yAi1。
第100待成形切片层至第399待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅱ个成形阶段29。在第Ⅱ个成形阶段，100％TC4连续变为70％TC4+30％TA15，粉料配比满足函数2：yAi2＝-0.001xi+1.099，yBi2＝0.001xi-0.099，yCi2＝0；第Ⅱ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为210W，激光扫描速度为1150mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅱ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi2＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi2＝Vi2yAi2，TA15粉料的数量为VBi2＝Vi2yBi2，Ti2AlNb粉料的数量为VCi2＝Vi2yCi2。
第400待成形切片层至第599待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅲ个成形阶段28。在第Ⅲ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为70％TC4+30％TA15粉料，粉料配比满足函数3：yAi3＝0.7，yBi3＝0.3，yCi3＝0；第Ⅲ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为230W，激光扫描速度为1150mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅲ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi3＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi3＝Vi3yAi3，TA15粉料的数量为VBi3＝Vi3yBi3，Ti2AlNb粉料的数量为VCi3＝Vi3yCi3。
第600待成形切片层至第999待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅳ个成形阶段27。在第Ⅳ个成形阶段，由70％TC4+30％TA15连续变为40％TC4+50％TA15+10％Ti2AlNb，粉料配比满足函数4：yAi4＝-0.00075xi+1.14925，yBi4＝0.0005xi+0.0005，yCi4＝0.00025xi-0.14975；第Ⅳ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为240W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，，第Ⅳ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi4＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi4＝Vi4yAi4，TA15粉料的数量为VBi4＝Vi4yBi4，Ti2AlNb粉料的数量为VCi4＝Vi4yCi4。
第1000待成形切片层至第1099待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅴ个成形阶段26。在第Ⅴ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为40％TC4+50％TA15+10％Ti2AlNb，粉料配比满足函数5：yAi5＝0.4，yBi5＝0.5，yCi5＝0.1；第Ⅴ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅴ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi5＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi5＝Vi5yAi5，TA15粉料的数量为VBi5＝Vi5yBi5，Ti2AlNb粉料的数量为VCi5＝Vi5yCi5。
第1100待成形切片层至第1499待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅵ个成形阶段25。在第Ⅵ个成形阶段，由40％TC4+50％TA15+10％Ti2AlNb连续变为40％TA15+60％Ti2AlNb，粉料配比满足函数6：yAi6＝-0.001xi+1.499，yBi6＝-0.00025xi+0.77525，yCi6＝0.00125xi-1.27375；第Ⅵ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅵ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi6＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi6＝Vi6yAi6，TA15粉料的数量为VBi6＝Vi6yBi6，Ti2AlNb粉料的数量为VCi6＝Vi6yCi6。
第1500待成形切片层至第1699待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅶ个成形阶段24。在第Ⅶ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为40％TA15+60％Ti2AlNb，粉料配比满足函数7：yAi7＝0，yBi7＝0.4，yCi7＝0.6；第Ⅶ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅶ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi7＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi7＝Vi7yAi7，TA15粉料的数量为VBi7＝Vi7yBi7，Ti2AlNb粉料的数量为VCi7＝Vi7yCi7。
第1700待成形切片层至第1899待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅷ个成形阶段23。在第Ⅷ个成形阶段，由40％TA15+60％Ti2AlNb连续变为100％Ti2AlNb，粉料配比满足函数8：yAi8＝0，yBi8＝-0.002xi+3.798，yCi8＝0.002xi-2.798；第Ⅷ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅷ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi8＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi8＝Vi8yAi8，TA15粉料的数量为VBi8＝Vi8yBi8，Ti2AlNb粉料的数量为VCi8＝Vi8yCi8。
第1900待成形切片层至第2000待成形切片层为粉料配比固定阶段，记为第Ⅸ个成形阶段22。在第Ⅸ个成形阶段，每一个切片层的粉料均为100％Ti2AlNb，粉料配比满足函数9：yAi9＝0，yBi9＝0，yCi9＝1；第Ⅸ个成形阶段的成形工艺参数为激光功率为250W，激光扫描速度为1050mm/s，扫描道间距为0.105mm，铺粉层厚为0.06mm，第Ⅸ个成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi9＝250mm×250mm×0.06mm，该切片层所需TC4粉料的数量为VAi9＝Vi9yAi9，TA15粉料的数量为VBi9＝Vi9yBi9，Ti2AlNb粉料的数量为VCi9＝Vi9yCi9。
至此，完成了成形参数的设定。
步骤4，选区激光熔化装置的准备。
向成形室内通入保护气以避免成形过程中成形零件的氧化，本实施例中，所述保护气为氩气。通过加热板加热粉末床，以降低成形中的应力，本实施例中，粉末床的加热温度为200℃。
步骤5，打印成形。
采用所述选区激光熔化装置，按照常规方法实施打印成形。
成形第Ⅰ个成形阶段。
计算机依据步骤3中所确定的粉末配比，控制所述选区激光熔化装置中的三个原料仓输出粉料，并通过混粉室进行混粉。将充分混合后的粉料经粉末输送管送于储粉仓中备用。伺服电机8控制粉末床6下降一个铺粉层厚。储粉仓3释放粉料至所述落粉器13内，继而通过该落粉器将粉料均匀分布在所述成形室内刮刀的前方。通过刮刀11将粉料均匀铺展于粉末床6上。激光经汇聚镜5照射在粉末床6上，依照步骤3中设定的各成形阶段的工艺参数扫描粉末床6，完成一个切片层的成形。
重复所述输出粉料--混粉--铺粉--激光器扫描成形的过程，依次完成第Ⅰ个成形阶段中各切片层的成形。
成形第Ⅱ个成形阶段：
重复所述第Ⅰ个成形阶段的成形过程，成形第Ⅱ个成形阶段。
成形其余各成形阶段：
重复所述第Ⅰ个成形阶段的成形过程，依次成形第Ⅲ至第Ⅸ个成形阶段。
至此，完成2000个切片层的成形，完成了目标成形零件的打印。
实施例四
本实施例是一种采用所述选区激光熔化装置制备复合梯度零件的方法。所述零件采用Mn-Ti-Fe-Co-Ni制成。
本实施例的具体过程是：
步骤1，材料预处理。
所述的材料预处理是粉料的烘干。
选用纯Mn粉料、纯Ti粉料、纯Fe粉料、纯Co粉料和纯Ni粉料作为原材料，分别对该五种粉料在120℃真空条件下烘干，以减少粉料中的水分并提高粉料的流动性。
所述纯Mn粉料、纯Ti粉料、纯Fe粉料、纯Co粉料和纯Ni粉料的粒径均为15～53μm。各所述粉料分别置于该选区激光熔化装置的五个原料仓内。
本实施例中，所述粉末床5的成形幅面为a×d＝250mm×250mm，所述a和d均为该粉末床的边长。
步骤2，建立成形零件三维模型。
所成形的零件10为长方体。通过CAD软件建立该零件的三维模型，并将该三维模型导入计算机4中。
步骤3，对成形零件分层并设定成形参数。
Ⅰ对成形零件的分层：
所述对成形零件切片分层是指利用计算机4对成形零件10的三维模型沿轴向将该零件模型从下到上切分为若干个切片层，切片层的总数为N，N≥1。
该切片层中的每一层记为xi，i＝1～N。
本实施例中，N＝101。
根据设计要求，将成形零件沿其高度方向分为不同部位；各部位分别由多个的切片层xi组成，并且各部位的层数依据零件的高度确定。
在成形时，所述成形零件的不同部位分别对应不同的成形阶段，所述成形阶段的数量为M，本实施例中，M＝1。
根据对成形零件不同部位的性能要求，各部位中切片层的粉料配比应当满足以下函数关系：
yPij＝kPjxi+bPj (1)
公式(1)中，yPij为分别来自各原料仓的粉料的配比，其中的P为原料仓的数量，i是片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。系数kpj和bpj的值由设计确定。
本实施例中，P＝5，所述来自各原料仓的粉料的配比分别为yAij、yBij、yCij、yDij和yEij，即各粉料分别来自第一原料仓A、第二原料仓B、第三原料仓C、第四原料仓D和第五原料仓E。
通过公式(8)～(12)表示：
yAij＝kAjxi+bAj (8)
yBij＝kBjxi+bBj (9)
yCij＝kCjxi+bCj (10)
yDij＝kDjxi+bDj (11)
yEij＝kEjxi+bEj (12)
所述各函数关系中：所述yAij、yBij、yCij、yDij和yEij均为分别来自各原料仓的粉料的配比。
A为第一原料仓，B为第二原料仓，C为第三原料仓，D为第四原料仓，E为第五原料仓；i是该片层的层数；j是该片层所处的成形阶段，j＝1～M。
本实施例中，第一原料仓内的粉料为纯Mn粉料，第二原料仓内的粉料为纯Ti粉料，第三原料仓内的粉料为纯Fe粉料，第四原料仓内的粉料为纯Co粉料，第五原料仓内的粉料为纯Ni粉料。
其中，所述系数kAj、kBj、kCj、kDj、kEj和bAj、bBj、bCj、bDj、bEj的值由设计确定。
将各层粉料总量用Vij表示，所述Vij由设计确定。将各层来自各原料仓的粉料量用Vpij表示，所述Vpij＝Vij ypij.
至此，完成了对成形零件的分层。将得到的各分层的横截面和与之对应的粉料配比导入所述选区激光熔化装置中。
Ⅱ设定成形参数
所述成形参数包括激光功率p、扫描速度v、扫描道间距h和铺粉层厚t。
根据不同合金原料的熔点、粒径、配比，通过实验确定各成形阶段的成形参数。
本实施例中，该目标零件为一个成形阶段：
第1待成形切片层至第101待成形切片层为梯度过渡区，记为第Ⅰ个成形阶段。在该成形阶段，60％Mn+10％Ti+10％Fe+10％Co+10％Ni连续变为10％Mn+30％Ti+20％Fe+20％Co+20％Ni，各粉料配比分别满足函数：yAi1＝-0.005xi+0.605，yBi1＝0.002xi+0.098，yCi1＝0.001xi+0.099，yDi1＝0.001xi+0.099，yEi1＝0.001xi+0.099。该成形阶段的成形工艺参数为激光功率为160W，激光扫描速度为600mm/s，扫描道间距为0.08mm，铺粉层厚为0.03mm，该成形阶段中打印每一个切片层需要粉料总体积为Vi2＝250mm×250mm×0.03mm，该切片层所需纯Mn粉料的数量为VAi1＝Vi1yAi1，纯Ti粉料的数量为VBi1＝Vi1yBi1，纯Fe粉料的数量为VCi1＝Vi1yCi1，纯Co粉料的数量为VDi1＝Vi1yDi1，纯Ni粉料的数量为VEi1＝Vi1yEi1。
至此，完成了成形参数的设定。
步骤4，选区激光熔化装置的准备。
向成形室内通入保护气以避免成形过程中成形零件的氧化，本实施例中，所述保护气为氩气。通过加热板加热粉末床，以降低成形中的应力，本实施例中，粉末床的加热温度为180℃。
步骤5，打印成形。
采用所述选区激光熔化装置，按照常规方法实施打印成形。
成形第Ⅰ个成形阶段。
计算机依据步骤3中所确定的粉末配比，控制所述选区激光熔化装置中的五个原料仓输出粉料，并通过混粉室进行混粉。将充分混合后的粉料经粉末输送管送于储粉仓中备用。伺服电机8控制粉末床6下降一个铺粉层厚。储粉仓3释放粉料至所述落粉器13内，继而通过该落粉器将粉料均匀分布在所述成形室内刮刀的前方。通过刮刀11将各粉料均匀铺展于粉末床6上。激光经汇聚镜5照射在粉末床6上，依照步骤3中设定的各成形阶段的工艺参数扫描粉末床6，完成一个切片层的成形。
重复所述输出粉料--混粉--铺粉--激光器扫描成形的过程，依次完成第Ⅰ个成形阶段中各切片层的成形。
至此，完成目标成形零件的打印。

Claims (7)

1.一种选区激光熔化装置，其特征在于，包括原料仓、混粉室、储粉仓、落粉器、成形室、粉料回收仓、伺服电机、活塞、计算机、流量监测计和控制阀门；所述原料仓有三个，分别为第一原料仓、第二原料仓和第三原料仓；所述三个原料仓、混粉室、储粉仓、落粉器、流量监测计和控制阀门共同组成了具有2～5路通道的送粉系统；各所述原料仓的出口分别与混粉室的入口通过粉料输送管连通，在该三个原料仓的出口与混粉室的入口之间均安装有流量监测计和控制阀门；该混粉室的出口与储粉仓之间通过粉料输送管连通，在该混粉室的出口与储粉仓之间安装有控制阀门；所述储粉仓的出口与落粉器的入口连通，在该储粉仓的出口与落粉器之间安装有控制阀门；所述落粉器位于成形室内；各所述控制阀门和流量监测计分别与计算机通讯连接。
2.如权利要求1所述选区激光熔化装置，其特征在于，所述成形室包括刮刀和激光发生器，在该成形室箱体上表面有进料口；所述刮刀位于下料口一侧壁板处，在该成形室内底板的中部有用于安放所述粉末床的开口；激光汇聚镜位于成形室上表面，并使该激光汇聚镜的中心与所述开口的几何中心空间重合；所述落粉器的入口与进料口连通；所述粉料回收仓位于所述成形室下方；所述粉末床安装在伺服电机的输出轴上，并通过该伺服电机调节其上下位置。
3.如权利要求1所述选区激光熔化装置，其特征在于，所述混粉室用于将来自三个原料仓的粉料充分混合；在该混粉室壳体的上部有分别连接原料仓的开孔，以承接三个原料仓的粉料；该混粉室壳体下部有混合粉料的输出管道，用于将混合均匀后的混合合金粉料排出。
4.如权利要求3所述选区激光熔化装置，其特征在于，所述混粉室分为机械搅拌和气流搅拌两种混合方式；当采用机械搅拌时，所述混粉室的中心安装有搅拌叶片，该搅拌叶片的叶片轴与电机的输出轴连接；当采用气流搅拌时，在该混粉室壳体下部开有两个气流孔，并使该气流孔对称的分布在混粉室输出管口的两侧，所述气流孔与气瓶连通。
5.如权利要求1所述选区激光熔化装置，其特征在于，所述储粉仓的上表面有粉料入口，下表面有粉料出口；在该储粉仓内安置有高度传感器或重力传感器，以实时监测该储粉仓内粉料的储量；所述的高度传感器安置在该储粉仓壳体侧壁的内表面，所述的重力传感器安置在该储粉仓壳体底板内表面。
6.如权利要求1所述选区激光熔化装置，其特征在于，所述落粉器下端出口的长度略小于所述刮刀的长度，该落粉器上端的开口与成形室箱体上表面的进料口固连；在该落粉器内均布有多条挡板，并且各挡板的安装角度随着各挡板的安装位置不同而变化；所述各所述挡板上端固定在该落粉器的粉料入口，将该入口均匀分割成为多个等宽的粉料通道，并使各所述粉料通道延伸至该落粉器的粉料出口，将该落粉器的粉料出口均匀分割，从而将流入的混合粉料均匀分流，并均匀分布在所述刮刀的前方。
7.一种利用权利要求1所述选区激光熔化装置制备梯度材料的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，材料预处理；
所述的材料预处理是粉料的烘干；各所述粉料分别置于该选区激光熔化装置的各原料仓内；
步骤2，建立成形零件三维模型；
通过CAD软件建立该零件的三维模型，并将该三维模型导入计算机中；
步骤3，对成形零件分层并设定成形参数；
步骤4，选区激光熔化装置的准备；
步骤5，打印成形；
根据设定的成形参数，采用所述选区激光熔化装置，逐阶段实施打印成形；
计算机依据步骤3中所确定的粉末配比，控制所述选区激光熔化装置中的各原料仓输出粉料，并通过混粉室进行混粉；将充分混合后的粉料经粉末输送管送于储粉仓中备用；伺服电机控制粉末床下降一个铺粉层厚；储粉仓释放粉料至所述落粉器内，继而通过该落粉器将粉料均匀分布在所述成形室内刮刀的前方；通过刮刀将粉料均匀铺展于粉末床上；激光经汇聚镜照射在粉末床上，依照步骤3中设定的各成形阶段的工艺参数扫描粉末床，完成一个切片层的成形；
重复所述输出粉料--混粉--铺粉--激光器扫描成形的过程，依次完成第j阶段中各切片层的成形；
重复所述第j阶段中各切片层的成形过程，直至完成M个成形阶段的成形过程，结束目标成形零件的打印。
CN201910643071.6A 2019-07-17 2019-07-17 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法 Pending CN110369715A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910643071.6A CN110369715A (zh) 2019-07-17 2019-07-17 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910643071.6A CN110369715A (zh) 2019-07-17 2019-07-17 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110369715A true CN110369715A (zh) 2019-10-25

Family

ID=68253558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910643071.6A Pending CN110369715A (zh) 2019-07-17 2019-07-17 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110369715A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110819987A (zh) * 2019-12-23 2020-02-21 芜湖舍达激光科技有限公司 一种激光熔覆机用送粉装置
US20200189001A1 (en) * 2018-03-30 2020-06-18 University Of Science And Technology Beijing Apparatus and Method Based on Selective Laser Melting Technique for Preparing Functionally Gradient Material
CN111408718A (zh) * 2020-03-26 2020-07-14 西安增材制造国家研究院有限公司 一种用于粉末床熔融的多材料供粉铺粉装置及其控制方法
CN112008078A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 华中科技大学 一种用于多金属材料3d打印设备的铺粉系统
CN112517923A (zh) * 2020-11-06 2021-03-19 西安交通大学 一种基于slm设备实现多材料增材制造成型的装置及方法
CN112590205A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 首都航天机械有限公司 一种梯度材料结构激光熔化沉积成形用自动混粉装置
CN112676576A (zh) * 2020-12-21 2021-04-20 中北大学 一种化学梯度Cr-Fe-Ni组元合金的SLM成形方法
CN112719307A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 苏州倍丰激光科技有限公司 一种连续式3d打印供粉系统
CN112893878A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 韶关学院 一种梯度材料粉末混合装置及其方法
CN113182519A (zh) * 2021-04-23 2021-07-30 北京科技大学 一种连续梯度材料粉末层制备装置及方法
CN113976923A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 上海科技大学 一种多材料同时打印的铺粉成型装置和铺粉成型方法
CN113976921A (zh) * 2021-09-28 2022-01-28 北京科技大学 基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法
CN114309666A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 桂林理工大学 基于梯度功能材料制备的电子束3d打印双送粉机构
CN114653974A (zh) * 2022-03-11 2022-06-24 华中科技大学 一种用于多材料粉末增材制造的落粉罐及其使用方法
CN115430844A (zh) * 2022-11-09 2022-12-06 四川工程职业技术学院 一种变层厚金属零件激光选区熔化成形方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101310964A (zh) * 2008-07-10 2008-11-26 华南理工大学 医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法及装置
CN102514950A (zh) * 2011-11-16 2012-06-27 华中科技大学 一种移动臂式粉床铺粉装置
CN104001917A (zh) * 2014-05-26 2014-08-27 华南理工大学 一种基于铺粉加工的梯度功能材料制备装置及方法
CN104588650A (zh) * 2015-02-26 2015-05-06 上海交通大学 基于三维异质铺粉的功能梯度零件增材制造方法
JP2015166178A (ja) * 2014-01-14 2015-09-24 アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ 選択的レーザー溶融付加製造による金属またはセラミックの部品の製造方法
CN109295454A (zh) * 2018-09-25 2019-02-01 江苏大学 一种激光熔覆用侧方送粉头
CN109926586A (zh) * 2019-03-29 2019-06-25 西北有色金属研究院 一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101310964A (zh) * 2008-07-10 2008-11-26 华南理工大学 医用植入体蜡模的选区激光熔化快速成型方法及装置
CN102514950A (zh) * 2011-11-16 2012-06-27 华中科技大学 一种移动臂式粉床铺粉装置
JP2015166178A (ja) * 2014-01-14 2015-09-24 アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ 選択的レーザー溶融付加製造による金属またはセラミックの部品の製造方法
CN104001917A (zh) * 2014-05-26 2014-08-27 华南理工大学 一种基于铺粉加工的梯度功能材料制备装置及方法
CN104588650A (zh) * 2015-02-26 2015-05-06 上海交通大学 基于三维异质铺粉的功能梯度零件增材制造方法
CN109295454A (zh) * 2018-09-25 2019-02-01 江苏大学 一种激光熔覆用侧方送粉头
CN109926586A (zh) * 2019-03-29 2019-06-25 西北有色金属研究院 一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置及方法

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200189001A1 (en) * 2018-03-30 2020-06-18 University Of Science And Technology Beijing Apparatus and Method Based on Selective Laser Melting Technique for Preparing Functionally Gradient Material
US11618085B2 (en) * 2018-03-30 2023-04-04 University Of Science And Technology Beijing Apparatus and method based on selective laser melting technique for preparing functionally gradient material
CN110819987A (zh) * 2019-12-23 2020-02-21 芜湖舍达激光科技有限公司 一种激光熔覆机用送粉装置
CN111408718A (zh) * 2020-03-26 2020-07-14 西安增材制造国家研究院有限公司 一种用于粉末床熔融的多材料供粉铺粉装置及其控制方法
CN112008078A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 华中科技大学 一种用于多金属材料3d打印设备的铺粉系统
CN112517923B (zh) * 2020-11-06 2022-05-20 西安交通大学 一种基于slm设备实现多材料增材制造成型的装置及方法
CN112517923A (zh) * 2020-11-06 2021-03-19 西安交通大学 一种基于slm设备实现多材料增材制造成型的装置及方法
CN112590205A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 首都航天机械有限公司 一种梯度材料结构激光熔化沉积成形用自动混粉装置
CN112676576A (zh) * 2020-12-21 2021-04-20 中北大学 一种化学梯度Cr-Fe-Ni组元合金的SLM成形方法
CN112719307A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 苏州倍丰激光科技有限公司 一种连续式3d打印供粉系统
CN112893878B (zh) * 2021-01-18 2022-11-29 韶关学院 一种梯度材料粉末混合装置及其方法
CN112893878A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 韶关学院 一种梯度材料粉末混合装置及其方法
CN113182519A (zh) * 2021-04-23 2021-07-30 北京科技大学 一种连续梯度材料粉末层制备装置及方法
CN113182519B (zh) * 2021-04-23 2023-08-11 北京科技大学 一种连续梯度材料粉末层制备装置及方法
CN113976921A (zh) * 2021-09-28 2022-01-28 北京科技大学 基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法
CN113976923A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 上海科技大学 一种多材料同时打印的铺粉成型装置和铺粉成型方法
CN114309666A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 桂林理工大学 基于梯度功能材料制备的电子束3d打印双送粉机构
CN114309666B (zh) * 2022-01-07 2024-01-26 桂林理工大学 基于梯度功能材料制备的电子束3d打印双送粉机构
CN114653974A (zh) * 2022-03-11 2022-06-24 华中科技大学 一种用于多材料粉末增材制造的落粉罐及其使用方法
CN115430844A (zh) * 2022-11-09 2022-12-06 四川工程职业技术学院 一种变层厚金属零件激光选区熔化成形方法
CN115430844B (zh) * 2022-11-09 2023-04-07 四川工程职业技术学院 一种变层厚金属零件激光选区熔化成形方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110369715A (zh) 一种选区激光熔化装置及梯度材料的制备方法
CN106001568B (zh) 一种梯度材料金属模具3d打印一体化制备方法
Ashley Rapid prototyping is coming of age
Wang et al. A model research for prototype warp deformation in the FDM process
CN100404174C (zh) 一种快速制造功能梯度材料的制备方法
CN107470624A (zh) 多丝材功能梯度结构的增材制造方法与装置
US6251340B1 (en) Adaptable filament deposition system and method for freeform fabrication of three-dimensional objects
CN109922936A (zh) 通过在工件上沉积材料层来制造模具，通过该工艺得到的模具和制品
CN111957962B (zh) 一种用于钛合金成型的激光选区熔化的增材制造方法及增材制造装置
CN106825504B (zh) 一种适用于多卡材料的高通量制备装置及其制备方法
CN111331136A (zh) 一种送粉激光3d打印性能均一金属薄壁件方法
Leu et al. An experimental and analytical study of ice part fabrication with rapid freeze prototyping
CN105772723A (zh) 一种梯度材料结构的快速成形系统及方法
CN103357875B (zh) 一种矢量烧结系统及增材制造方法
CN108145160B (zh) 一种梯度复合结构的激光成形方法
CN107570696B (zh) 金属粉末混合装置及其方法、高通量金属合金制备系统
CN108273999A (zh) 一种基于3d打印技术的金属材料高通量制备方法
CN1883852A (zh) 一种镍基合金粉末激光熔覆烧结成型方法
CN108559997A (zh) 一种基于平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺和装置
CN110920060B (zh) 一种梯度供粉装置、3d打印系统及方法
CN110976866B (zh) 梯度变化构件的一体化制备方法
CN104745843A (zh) 一种自动化合金流变浆料制备及流变成型的装置和方法
CN109773124A (zh) 一种混流式水轮机转轮整体铸造工艺
CN108746621A (zh) 一种自清洁的多孔网络结构随形冷却流道及其成形方法
CN110369860A (zh) 变直径复杂内流道结构的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191025