CN112404459A - 一种粉末床熔融增材制造装备以及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种粉末床熔融增材制造装备，包括：基板；铺粉装置，设置为使基础颗粒在基板上方形成基础颗粒层；颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到基础颗粒层的颗粒沉积区域；以及热源，设置为可加热基础颗粒层的热源加热区域。本申请还公开了一种粉末床熔融增材制造方法，包括：在平面上形成由基础颗粒组成的基础颗粒层；将至少一种填充颗粒沉积到基础颗粒层的颗粒沉积区域；对基础颗粒层施加压力；使用热源扫描基础颗粒层的热源加热区域，使得热源加热区域中的基础颗粒及/或填充颗粒熔化，形成零件二维截面层。

Description

一种粉末床熔融增材制造装备以及方法

技术领域

本申请属于增材制造领域，更具体涉及一种粉末床熔融增材制造装备以及方法。

背景技术

增材制造技术具有无需模具、直接制造，且对零件复杂程度无要求等优点，在航空航天、医疗、汽车、模具、珠宝等领域越来越受到重视。但是增材制造零件的性能仍然不能完全达到工业领域的要求，如表面精度、力学性能、致密度、表面缺陷等，且增材制造成型零件微观组织呈现连续的外延生长，导致成型件力学性能出现各向异性，这些不足严重制约着增材制造技术的工业化应用。

目前，粉末床增材制造面临的问题主要有三个：第一，材料利用率较低。粉末床增材制造技术的原材料是特定粒度段的粉末颗粒，如激光选区熔化技术合适的粒度为15–53微米，电子束选区熔化技术的粉末粒度为75– 120微米，所以粉末颗粒必须经过一定网筛的筛分，才能达到现有粉末床增材制造的粒度要求，而粒度要求之外的粉末颗粒将会造成很大程度的浪费。第二，制造零件的表面缺陷较多。目前粉末床熔融设备在铺粉臂铺展金属粉末薄层之后，薄层在基材/已成型层上分布不均匀，致密程度不够，厚度不一致，在热源加热熔化时会出现零件表面粗糙度较高，表面突起和和孔洞等缺陷较多，零件需要进行二次机械加工，来提高表面精度；且一些材料的增材制造零件表面还会出现裂纹，难以成型致密的零件，如高强铝合金(5xxx)和镍基单晶高温合金(CMSX-4/CMSX-8)。第三，成型件力学性能达不到锻件水平。目前激光熔覆增材制造可以采用外加法实现增强颗粒的添加，来强化材料的性能；但是粉末床增材制造技术由于每次只能制备一种材料，同时受到成型空间的限制，同步外加法难以实现。虽然有学者采用外加法提前混合强化颗粒与基础颗粒，但是基础颗粒与强化相颗粒无法分离，这样会造成基础颗粒的极大浪费。

梯度材料和多层复合金属材料目前只能通过传统加工方法或者激光熔覆方法制备，对于粉末床熔融增材制造较为困难，一方面是几种材料的相互污染，另一方面受到设备等硬件的限制，因此，利用粉末床增材制造制备梯度材料或多层复合材料目前未见报道。

多功能零件的制备目前仍然依靠传统加工费加工方法，即先制备各个零件，在通过各种连接技术，连接成为一个装配体整体，从而实现同一零件不同部位具有不同的力学性能及功能用途。而利用粉末床增材制造技术制备多功能零件的技术目前尚未见报道。

发明内容

针对现有粉末床熔融增材制造技术成型件存在表面粗糙度较高、表面出现突起、孔洞及裂纹的问题，本发明提供了一种通过添加填充颗粒，实现高精度的粉末床熔融增材制造的装备及方法。

本发明的另一个目的在于，提供了一种金属基陶瓷复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于，提供了一种软硬材料交替出现的多层复合材料的制备方法，即可制备在Z方向具有梯度的材料。

本发明的第四个目的在于，提供同一零件不同区域实现不同功能的多功能零件的制备方法，可以制备X-Y 方向具有梯度的材料或者同时在X-Y、Z方向具有梯度的材料。

本申请提供了一种粉末床熔融增材制造装备，包括：基板；铺粉装置，设置为使基础颗粒在基板上方形成基础颗粒层；颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，多个颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到基础颗粒层的填充颗粒沉积区域；以及热源，设置为可加热基础颗粒层的热源加热区域。

在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的组成成分不同。在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的粒径不同。在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的组成成分不同，且填充颗粒与基础颗粒的粒径不同。

在一些实施例中，填充颗粒沉积区域不同于热源加热区域。在一些实施例中，填充颗粒沉积区域位于热源加热区域之内。在一些实施例中，热源加热区域包括属于填充颗粒沉积区域的部分以及不属于填充颗粒沉积区域的部分。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括：颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动颗粒沉积机构依照涵盖填充颗粒沉积区域的颗粒沉积路径移动；以及热源驱动装置，设置为可驱动热源沿涵盖热源加热区域的热源加热路径。

在一些实施例中，铺粉装置设置为可在平行基板的铺粉装置移动平面上移动。在一些实施例中，颗粒沉积装置设置为可平行基板移动，或垂直基板移动。在一些实施例中，铺粉装置移动平面与基板的距离小于颗粒沉积装置与基板的距离。

在一些实施例中，铺粉装置包括：刮刀，用于将基础颗粒移动至基板上方，并形成基础颗粒层；及滚筒，用于对基础颗粒层施加压力。在一些实施例中，刮刀为二个或二个以上，其中的至少二个分别位于滚筒的相对二侧。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括成型仓。在一些实施例中，成型仓包括粉料缸，用于盛装基础颗粒，其中铺粉装置移动粉料缸之上的基础颗粒以形成基础颗粒层。在一些实施例中，成型仓包括成型缸，其中基板设置在成型缸中。在一些实施例中，成型仓与铺粉装置为滑动连接。在一些实施例中，成型仓与颗粒沉积装置为滑动连接。在一些实施例中，成型仓与热源为固定连接、滑动连接或转动连接。在一些实施例中，成型仓与基板为滑动连接。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括：调平板，位于基板之下，用于使得基板维持水平；固定板，位于调平板之下，用于承载调平板及固定板；及垂直移动装置，位于固定板之下，用于使得固定板、调平板及基板垂直移动。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括第一滑轨，滑动连接铺粉装置。在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括第二滑轨，滑动连接颗粒沉积装置。在一些实施例中，第二滑轨为三轴滑轨。在一些实施例中，三轴滑轨包括独立控制且可独立运行的三个轴。在一些实施例中，成型仓与第一滑轨为固定连接。在一些实施例中，成型仓与第二滑轨为固定连接。

在一些实施例中，热源选自电子束、激光、等离子束及电弧的发生装置中的一种或多种。

在一些实施例中，多个颗粒沉积机构为可各自独立在平行基板的第二平面上移动。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括：粉筒，用于盛装填充颗粒；发生器，用于发出能量；及换能器，设置于粉筒的侧壁上，用于将发生器发出的能量传导至粉筒中。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括搅拌棒，位于粉筒中，用于搅拌粉筒中的填充颗粒。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括位移传感器，位于粉筒下端，用于侦测粉筒的位置。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括开关阀门，位于粉筒下端的开口上，用于控制单位时间填充颗粒离开粉筒的量。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括送粉管道，位于粉筒下端的开口上并连通开口，用于降低填充颗粒离开粉筒的速率。

在一些实施例中，本申请的颗粒沉积机构驱动装置包括：第一颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动多个颗粒沉积机构中的第一颗粒沉积机构依照涵盖填充颗粒沉积区域中第一颗粒沉积区域的第一颗粒沉积路径移动；及第二颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动多个颗粒沉积机构中的第二颗粒沉积机构依照涵盖填充颗粒沉积区域中第二颗粒沉积区域的第二颗粒沉积路径移动。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域不同于第二颗粒沉积区域。在一些实施例中，第一颗粒沉积路径不同于第二颗粒沉积路径。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括成型仓。在一些实施例中，成型仓连接第一滑轨。在一些实施例中，成型仓连接第二滑轨。在一些实施例中，第一滑轨固定在成型仓上。在一些实施例中，第二滑轨固定在成型仓上。在一些实施例中，成型仓连接热源。在一些实施例中，成型仓连接垂直移动装置。在一些实施例中，成型仓连接基板。

本申请提供了一种粉末床熔融增材制造方法，包括：在基板上形成由基础颗粒组成的第一基础颗粒层；将至少一种第一填充颗粒沉积到第一基础颗粒层的第一填充颗粒沉积区域；对第一基础颗粒层施加压力；以及使用热源扫描第一基础颗粒层的第一热源加热区域，使得第一热源加热区域中的基础颗粒及/或第一填充颗粒熔化，形成第一零件二维截面层。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造方法包括使第一零件二维截面层下降。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造方法包括：在第一零件二维截面层之上形成由基础颗粒组成的第二基础颗粒层；将第二填充颗粒沉积到第二基础颗粒层的第二填充颗粒沉积区域；对第二基础颗粒层施加压力；以及使用热源扫描第二基础颗粒层的第二热源加热区域，使得第二热源加热区域中的基础颗粒及/或第二填充颗粒熔化，形成第二零件二维截面层。

在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造方法包括：在第一零件二维截面层之上形成由基础颗粒组成的第二基础颗粒层；对第二基础颗粒层施加压力；以及使用热源扫描第二基础颗粒层的第二热源加热区域，使得第二热源加热区域中的基础颗粒熔化，形成第二零件二维截面层。

在一些实施例中，在第一零件二维截面层之上形成N层第二零件二维截面层，其中N为正整数。在一些实施例中，N为介于1至100之间的正整数。在一些实施例中，N为介于1至10之间的正整数。在一些实施例中，N为介于1至5之间的正整数。

在一些实施例中，第一填充颗粒沉积区域不同于第一热源加热区域。在一些实施例中，第一填充颗粒沉积区域位于第一热源加热区域之内。在一些实施例中，第一热源加热区域包括属于第一填充颗粒沉积区域的部分以及不属于第一填充颗粒沉积区域的部分。在一些实施例中，第二填充颗粒沉积区域不同于第二热源加热区域。在一些实施例中，第二填充颗粒沉积区域位于第二热源加热区域之内。在一些实施例中，第二热源加热区域包括属于第二填充颗粒沉积区域的部分以及不属于第二填充颗粒沉积区域的部分。在一些实施例中，第一填充颗粒沉积区域不同于第二填充颗粒沉积区域。在一些实施例中，第二填充颗粒沉积区域包括属于第一填充颗粒沉积区域的部分以及不属于第一填充颗粒沉积区域的部分。在一些实施例中，第一填充颗粒沉积区域包括属于第二填充颗粒沉积区域的部分以及不属于第二填充颗粒沉积区域的部分。在一些实施例中，第二热源区域位于第一热源区域之内。在一些实施例中，第一热源加热区域包括属于第二热源加热区域的部分以及不属于第二热源加热区域的部分。

在一些实施例中，将至少一种第一填充颗粒沉积到第一基础颗粒层的第一填充颗粒沉积区域，包括：将第一颗粒沉积至第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域；以及将不同于基础颗粒且不同于第一颗粒的第二颗粒沉积至第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域。在一些实施例中，第一颗粒与基础颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第二颗粒与基础颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第二颗粒与第一颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第一颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。在一些实施例中，第二颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域不同于第二颗粒沉积区域。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域包括属于第二颗粒沉积区域的部分以及不属于第二颗粒沉积区域的部分。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域与第二颗粒沉积区域没有交集。

在一些实施例中，将第一颗粒沉积至第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域，与将第二颗粒沉积至第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域，为同时进行。在一些实施例中，将第一颗粒沉积至第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域，与将第二颗粒沉积至第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域，为先后进行。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域与第二颗粒沉积区域的交集包括第一交集区域，其中将第一颗粒沉积至第一交集区域，与将第二颗粒沉积至第一交集区域，为先后进行。在一些实施例中，第一颗粒沉积区域包括不属于第二颗粒沉积区域的第一颗粒沉积子区域，且第二颗粒沉积区域包括不属于第一颗粒沉积区域的第二颗粒沉积子区域，其中将第一颗粒沉积至第一颗粒沉积子区域，与将第二颗粒沉积至第二颗粒沉积子区域，为同时进行。在一些实施例中，将第一颗粒沉积至第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域，是通过第一颗粒沉积机构将第一颗粒沉积至第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域，且将第二颗粒沉积至第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域，是通过第二颗粒沉积机构将第二颗粒沉积至第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域。在一些实施例中，第一颗粒沉积机构不同于第二颗粒沉积机构。

在一些实施例中，将至少一种第二填充颗粒沉积到第二基础颗粒层的第二填充颗粒沉积区域，包括：将第三颗粒沉积至第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域；以及将不同于基础颗粒且不同于第三颗粒的第四颗粒沉积至第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域。在一些实施例中，第三颗粒与基础颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第四颗粒与基础颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第四颗粒与第三颗粒的组成成分及/或粒径不同。在一些实施例中，第三颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。在一些实施例中，第四颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。在一些实施例中，第三颗粒沉积区域不同于第四颗粒沉积区域。在一些实施例中，第三颗粒沉积区域包括属于第四颗粒沉积区域的部分以及不属于第四颗粒沉积区域的部分；或第三颗粒沉积区域与第四颗粒沉积区域没有交集。

在一些实施例中，将第三颗粒沉积至第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域，与将第四颗粒沉积至第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域，为同时进行。在一些实施例中，将第三颗粒沉积至第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域，与将第四颗粒沉积至第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域，为先后进行。在一些实施例中，第三颗粒沉积区域与第四颗粒沉积区域的交集包括第二交集区域，其中将第三颗粒沉积至第二交集区域，与将第四颗粒沉积至第二交集区域，为先后进行。在一些实施例中，第三颗粒沉积区域包括不属于第四颗粒沉积区域的第三颗粒沉积子区域，且第四颗粒沉积区域包括不属于第三颗粒沉积区域的第四颗粒沉积子区域，其中将第三颗粒沉积至第三颗粒沉积子区域，与将第四颗粒沉积至第四颗粒沉积子区域，为同时进行。在一些实施例中，将第三颗粒沉积至第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域，是通过第三颗粒沉积机构将第三颗粒沉积至第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域，且将第四颗粒沉积至第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域，是通过第四颗粒沉积机构将第四颗粒沉积至第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域。在一些实施例中，第三颗粒沉积机构不同于第四颗粒沉积机构。

在一些实施例中，形成第一基础颗粒层，是使用刮刀铺展基础颗粒以在基板上方形成第一基础颗粒层。在一些实施例中，形成第一基础颗粒层，是使用二个以上的刮刀从基板的二侧铺展基础颗粒以在基板上方形成第一基础颗粒层。在一些实施例中，形成第一基础颗粒层，是在基板上表面上形成第一基础颗粒层。

在一些实施例中，将第一填充颗粒沉积到第一基础颗粒层的第一填充颗粒沉积区域，包括：移动颗粒沉积机构；及当颗粒沉积机构的位移传感器侦测到颗粒沉积机构进入沉积路径时，开启颗粒沉积机构的开关阀门，使得第一填充颗粒移动至第一基础颗粒层上。

在一些实施例中，在进行将第一填充颗粒沉积到第一基础颗粒层的第一填充颗粒沉积区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种。

在一些实施例中，对第一基础颗粒层施加压力，是使用滚筒对第一基础颗粒层施加压力。

在一些实施例中，使用热源扫描第一基础颗粒层的第一热源加热区域，是使用电子束、激光、等离子束及电弧中的一种或多种扫描第一基础颗粒层的第一热源加热区域。在一些实施例中，在进行使用热源扫描第一基础颗粒层的第一热源加热区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种。

在一些实施例中，使第一零件二维截面层下降，是使第一零件二维截面层下降第一零件二维截面层的厚度。

在一些实施例中，基础颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，基础颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，基础颗粒选自SS316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V钛合金、IN718镍基高温合金、AlSi10Mg铝合金中的一种或多种。

在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径大于等于1μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径大于等于15 μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径大于等于75μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径小于等于 500μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径小于等于100μm。

在一些实施例中，第一基础颗粒层的层厚大于等于10μm。在一些实施例中，第一基础颗粒层的层厚大于等于50μm。在一些实施例中，第一基础颗粒层的层厚大于等于100μm。

在一些实施例中，第一填充颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，第一填充颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，第一填充颗粒选自SS316L不锈钢、碳化铌、Ti6Al4V钛合金、碳化钛、二硼化钛中的一种或多种。

在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为小于15μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为 0.1nm至15μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为0.1nm至1.0μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为0.1μm至15μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为0.1nm至0.1μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为1nm至50nm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为0.1μm至 1.0μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为1.0μm至15μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为0.5μm至10μm。在一些实施例中，第一填充颗粒的平均粒径为1.0μm至5μm。

在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为第一填充颗粒的平均粒径的1至1000000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为第一填充颗粒的平均粒径的5至1000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至20倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至10倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的200至1000倍。

在一些实施例中，第一填充颗粒的熔点大于基础颗粒的熔点。在一些实施例中，第一填充颗粒的熔点小于基础颗粒的熔点。

在一些实施例中，第一填充颗粒为陶瓷材料，且基础颗粒为金属材料。在一些实施例中，第一填充颗粒为金属材料，且基础颗粒为陶瓷材料。

在一些实施例中，第一填充颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。

在一些实施例中，将第二填充颗粒沉积到第二基础颗粒层的第二填充颗粒沉积区域，包括：移动颗粒沉积机构；及当颗粒沉积机构的位移传感器侦测到第二颗粒沉积机构进入沉积路径时，开启颗粒沉积机构的开关阀门，使得第二填充颗粒移动至第二基础颗粒层上。

在一些实施例中，在进行将第二填充颗粒沉积到第二基础颗粒层的第二填充颗粒沉积区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种。

在一些实施例中，对第二基础颗粒层施加压力，是使用滚筒对第二基础颗粒层施加压力。

在一些实施例中，使用热源扫描第二基础颗粒层的第二热源加热区域，是使用电子束、激光、等离子束及电弧中的一种或多种扫描第一基础颗粒层的第二热源加热区域。在一些实施例中，在进行使用热源扫描第二基础颗粒层的第二热源加热区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种。

在一些实施例中，第二填充颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，第二填充颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种。在一些实施例中，第二填充颗粒选自SS316L不锈钢、碳化铌、Ti6Al4V钛合金、碳化钛、二硼化钛中的一种或多种。

在一些实施例中，第二填充颗粒与第一填充颗粒的材质相同。在一些实施例中，第二填充颗粒与第一填充颗粒的粒径相差10％以内。在一些实施例中，第二填充颗粒与第一填充颗粒的材质不同。

在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为小于15μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为 0.1nm至15μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为0.1nm至1.0μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为0.1μm至15μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为0.1nm至0.1μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为1nm至50nm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为0.1μm至 1.0μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为1.0μm至15μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为0.5μm至10μm。在一些实施例中，第二填充颗粒的平均粒径为1.0μm至5μm。

在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为第二填充颗粒的平均粒径的1至1000000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为第二填充颗粒的平均粒径的5至1000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至20倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至10倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的200至1000倍。

在一些实施例中，第二填充颗粒的熔点大于基础颗粒的熔点。在一些实施例中，第二填充颗粒的熔点小于基础颗粒的熔点。

在一些实施例中，第二填充颗粒为陶瓷材料，且基础颗粒为金属材料。在一些实施例中，第二填充颗粒为金属材料，且基础颗粒为陶瓷材料。

在一些实施例中，第二填充颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。

本申请还提供了一种粉末床熔融增材制造装备在执行一种粉末床熔融增材制造方法中的应用。

本申请的一些实施例具有以下有益效果中的一种或多种：

1、提高填充颗粒选区沉积的稳定性。本申请所述的颗粒沉积装置可以在其他能场辅助作用下工作，可以大大提高纳米颗粒、亚微米颗粒、微米颗粒等填充颗粒的沉积稳定性和精确性，保证填充颗粒稳定连续沉积且沉积速率容易控制。还可通过实施调整能场的大小，随时调整填充颗粒的沉积量。能场辅助沉积机构避免了传统的载气式送粉固有的较大的气体动量对基础颗粒薄层完整性造成的破坏。另外，能场辅助具有精确控制颗粒沉积量和沉积位置的特点，且可以通过调节能场实现在沉积过程中沉积量的实时调整和变换，可以较容易实现X-Y 方向梯度材料的制备。

2、提高材料的利用率和成型件的表面精度。当填充颗粒与基础颗粒材料相同时，尺寸较小填充颗粒可以填充基础颗粒之间的间隙，形成致密的粉末薄层，在热源熔化粉末薄层时，形成较为稳定的微小熔池，进而形成表面精度高、无表面孔洞及裂纹的零件。另外，细小的同材质填充颗粒的利用也增加了该种粉末材料的真实利用率。

3、制备金属基陶瓷复合材料。当微小的填充颗粒与基础颗粒材质不同，且熔点/硬度较高时，填充颗粒不仅可以填充基础颗粒的颗粒间隙，在材料熔化和凝固过程中，微小的填充颗粒还可以作为异质形核的质点，促进等轴晶的形成，消除成型件力学性能各向异性，形成填充颗粒均匀分布在成型件内部的零件，可以制备金属基陶瓷复合材料。

4、制备多层复合材料。当高熔点、高硬度的填充颗粒在零件的每个二维截面内部都进行沉积时，可以形成致密的高性能零件。当高熔点、高硬度的填充颗粒只在某些零件二维截面进行沉积时(如每隔一层二维截面沉积一次；每隔两层二维截面沉积一次；每隔N层二维截面沉积一次)，这样就会形成由填充材料形成的高硬度、高性能二维截面与基体材料形成的二维截面交替出现，即实现软硬交替多层复合材料的制备，实现在Z方向梯度材料的制备。

5、制备多功能零件。当热源的扫描路径与填充颗粒的沉积路径不同时，即热源扫描零件的整个二维截面，填充颗粒的沉积路径只扫描零件二维截面特定的区域(填充颗粒沉积系统的多个沉积机构可同时工作，也可依次工作；沉积路径可以相同也可以不同)，在热源熔化凝固后在二维截面内形成特定的强化区域，最终制备出不同区域具有不同特性及力学性能的多功能零件，实现在X-Y方向呈梯度的材料。

附图说明

图1为本申请的一些实施例中，粉末床熔融增材制造装备的结构示意图；

图2为本申请的一些实施例中，微米颗粒沉积机构的结构示意图；

图3为本申请的一些实施例中，亚微米颗粒沉积机构的结构示意图；

图4为本申请的一些实施例中，纳米颗粒沉积机构的结构示意图；

图5为本申请的一些实施例中，铺粉装置的结构示意图；

图6为本申请的一些实施例中，粉末床熔融增材制造方法的流程示意图；

图7为本申请的一些实施例中，基础颗粒的铺展以及填充颗粒的选区沉积的示意图。

图8至图11为本申请的一些实施例中，填充颗粒对零件的特定层二维截面进行沉积的示意图。

图12为本申请的一些实施例中，填充颗粒的选区沉积与热源扫描的示意图。

图13为本申请的一些实施例中，热源扫描路径的示意图。

图14–图19分别为实施例1–6的粉末床熔融增材制造方法所获得零件上表面形貌。

图20–图23分别为对比例1–4的粉末床熔融增材制造方法所获得零件上表面形貌。

其中的附图标记说明如下：

1：装备主体；10：填充层；20：基础材料层；30：基础颗粒层；31、32、33：区域；100：成型仓；101：扫描路径；102：扫描矢量；103：扫描间距；110、110A、110B、110C、121：滑轨；120：铺粉装置；122a、 122b：刮刀；123：滚筒；124a、124b、124c：支架；200：热源；300：微米颗粒沉积机构；400：亚微米颗粒沉积机构；500：纳米颗粒沉积机构；310、410、510：粉筒；311、411、511：送粉管道；312、412、512：位移传感器；313、413、513：开关阀门；320、420、520：搅拌棒；330、430、530：齿轮；340、712：微米颗粒； 440、713：亚微米颗粒；540、714：纳米颗粒；350、450、550：换能器；360、460、560：发生器；600、800：粉料缸；700：成型缸；610、711、810：基础颗粒；620、720、820：基板；630、750、830：垂直移动装置； 710：基础颗粒层；715：已填充颗粒层；716：间隙；730：调平板；740：固定板；760：零件已形成部份；A：硬度较低的层；B：硬度较高的层；P：平面。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为了达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

图1为本申请的一些实施例中，粉末床熔融增材制造装备的结构示意图。在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括装备主体1，装备主体1包括成型仓100。

在一些实施例中，成型仓100包括粉料缸，位于成型仓100的下部。图1中示出了二个粉料缸，即粉料缸 600、800，位于平面P之下，但本申请并不以此为限，应视为粉料缸的数量和位置可依照本领域技术人员的实际需要来决定或调整。在一些实施例中，粉料缸600、800中设置有基板620、820。在一些实施例中，基板620、 820的一侧可以连接有垂直移动装置，例如是垂直移动装置630、830；在图1中，垂直移动装置630、830各自的上端分别连接基板620、820的下侧。另一方面，粉料缸600、800中，例如是在基板620、820之上，分别填充基础颗粒610、810。通过垂直移动装置，例如是垂直移动装置630、830各自的作动，可以使得基板620、820 各自垂直移动，来使得粉料缸600、800内各自的基础颗粒610、810垂直移动一定的距离，例如是往上移动一定的距离或往下移动一定的距离。在一些实施例中，基板620、820与成型仓100为滑动连接，例如是分别与粉料缸600、800为滑动连接。

在一些实施例中，成型仓100包括成型缸，位于成型仓100的下部。图1中示出了一个成型缸700，位于平面P之下，但本申请并不以此为限，应视为成型缸的数量和位置可依照本领域技术人员的实际需要来决定或调整。在一些实施例中，成型缸700中设置有基板，例如是基板720。在一些实施例中，基板的一侧可以直接或间接连接有垂直移动装置，例如是垂直移动装置750。在一些实施例中，成型缸700中设置有基板720、调平板730和固定板740，其中垂直移动装置750的上端连接固定板740的下侧，固定板740承载基板720、调平板 730以及基板720上方所形成的颗粒层或零件，而调平板730设置在固定板740以及基板720之间，用于使得基板720维持水平，特别是在固定板740没有水平的时候使得基板720维持水平。通过垂直移动装置，例如是垂直移动装置750的作动，可以使得固定板740垂直移动一定的距离，例如是往上移动一定的距离或往下移动一定的距离，同时通过调平板730的作用，使得基板720维持上表面为水平。在一些实施例中，基板720的上表面是水平的。在一些实施例中，基板720、调平板730和固定板740与成型仓100为直接或间接滑动连接，例如是与成型缸700为直接或间接滑动连接。

在一些实施例中，成型仓100上部设置有一个或多个滑轨。图1中示出了二个滑轨，即滑轨110与滑轨121，但本申请并不以此为限，应视为滑轨的数量可依照本领域技术人员的实际需要来决定或调整。在一些实施例中，滑轨110及/或滑轨121为三轴滑轨。在一些实施例中，滑轨110与滑轨121可以设置在成型仓100上，例如是与成型仓100固定连接。

在一些实施例中，装备主体1包括颗粒沉积装置。在一些实施例中，该颗粒沉积装置包括一个或多个颗粒沉积机构，其中多个颗粒沉积机构可以是针对不同粒径的颗粒。不同粒径的颗粒，可以是纳米颗粒、亚微米颗粒、微米颗粒、细粉或中细粉，其中纳米颗粒的平均颗粒粒径一般落在约0.1nm–0.1μm的范围内，亚微米颗粒的平均颗粒粒径一般落在约0.1μm–1.0μm的范围内，微米颗粒的平均颗粒粒径一般落在约1.0μm–15μm 的范围内，细粉的平均颗粒粒径一般落在约15μm–74μm的范围内，而中细粉的平均颗粒粒径一般落在约74 μm–500μm的范围内。举例来说，在一些实施例中，颗粒沉积装置包括微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500分别用于沉积微米颗粒、亚微米颗粒以及纳米颗粒，但本申请并不以此为限，应视为微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500可用于沉积其具体结构所能够沉积的任意粒径的颗粒。

在一些实施例中，滑轨110是三轴滑轨，包括独立控制且可独立运行的三个轴，从而可以使得安装在其上的元件，例如是颗粒沉积装置，具体例如是微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500的一者或多者在三个维度上独立运行。在一些实施例中，三轴滑轨的三轴相互垂直。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500三者都可以在X、Y、Z三个维度上独立运行，即微米颗粒沉积机构300在X、Y、Z三个维度上独立运行的同时，亚微米颗粒沉积机构400也可以在X、Y、Z三个维度上独立运行，纳米颗粒沉积机构500也可以在X、Y、Z三个维度上独立运行。如此一来，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500三者可以同时进行颗粒沉积，彼此之间不相互干扰。

图2为本申请的一些实施例中，微米颗粒沉积机构300的结构示意图。图3为本申请的一些实施例中，亚微米颗粒沉积机构400的结构示意图。图4为本申请的一些实施例中，纳米颗粒沉积机构500的结构示意图。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可包括粉筒310、410、510，分别用于盛装微米颗粒340、亚微米颗粒440以及纳米颗粒540。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者分别固定在滑轨110上。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者在滑轨110上为可独立运行；微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500 在滑轨110上可同时运行，也可以任选其中的一者或多者独立运行，也可以任选其中的一者或多者依次运行。具体来说，在一些实施例中，粉筒310、410、510中的一者或多者可分别固定在滑轨110上，例如分别是图2 中的滑轨110A、图3中的滑轨110B、图4中的滑轨110C上。粉筒310、410、510中的一者或多者可内部设置有带有齿轮330、430、530的搅拌棒320、420、520，用于搅拌粉筒310、410、510内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540。

在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可包括发生器360、460、560，用于发出能量，此能量最终例如可以是传导到粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540。在一些实施例中，发生器360、460、560可以固定在支架上。

在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可包括换能器350、450、550，用于对粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540传导能量。在一些实施例中，换能器350、450、550可以设置在粉筒310、410、510的外壁，从而通过粉筒310、410、510的粉筒壁将能量传导至粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540。在一些实施例中，换能器350、450、550可为超声波换能器，即将超声波传导至粉筒310、410、 510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540。

在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可以包括位移传感器312、412、512，用于侦测粉筒的位置，具体来说是粉筒310、410、510下端的位置。在一些实施例中，位移传感器312、412、512可以设置在粉筒310、410、510下端。

在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可以包括开关阀门313、413、513，其中开关阀门313、413、513可以设置在粉筒310、410、510的下端，具体来说是粉筒310、410、510的开口上，用于控制单位时间微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540离开粉筒310、410、510的量，举例来说，当开关阀门313、413、513打开时，粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540为可离开粉筒310、410、510，反之当开关阀门313、413、513 关闭时，粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540为不可离开粉筒310、 410、510，而开关阀门313、413、513打开得越大，微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540离开粉筒 310、410、510的速率也就越高。

在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者可以包括送粉管道311、411、511，设置在筒310、410、510的下端，具体来说连通粉筒310、410、510 的开口；送粉管道311、411、511可以使得粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540在离开粉筒310、410、510之后以尽量小的速度向下运动直到离开送粉管道311、411、511。在一些实施例中，送粉管道311、411、511是螺旋管道。

在一些实施例中，装备主体1包括铺粉装置120。在一些实施例中，铺粉装置120包含一个或多个刮刀，及/或包括一个或多个滚筒。图5为本申请的一些实施例中，铺粉装置120的结构示意图，示出二个分别位于滚筒123的两侧的刮刀122a和122b。在一些实施例中，刮刀122a、122b及/或滚筒123固定在滑轨121上，从而刮刀122a、122b及/或滚筒123可以在滑轨121上往复运动。在一些实施例中，请参照图1，铺粉装置120 固定在滑轨121上；具体来说，在一些实施例中，刮刀122a、122b及/或滚筒123通过支架固定在滑轨121上；举例来说，在一些实施例中，请参照图5，刮刀122a、滚筒123和刮刀122b分别通过支架124a、124b、124c固定在滑轨121上。在一些实施例中，刮刀122a、122b及/或滚筒123中的一者或多者为可独立控制。

在一些实施例中，滑轨110与粉料缸800、粉料缸600及/或成型缸700的距离，大于滑轨121与粉料缸 800、粉料缸600及/或成型缸700的距离。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400 及/或纳米颗粒沉积机构500与粉料缸600、800及/或成型缸700的距离大于铺粉装置120与粉料缸600、800 及/或成型缸700的距离。在一些实施例中，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500与粉料缸600、800及/或成型缸700的距离大于滑轨121与粉料缸800、粉料缸600及/或成型缸700的距离。从而，在微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500运行时，铺粉装置120也可以运行，反之亦然，从而提升本申请的粉末床熔融增材制造装备的运行效率。

在一些实施例中，粉料缸，例如是粉料缸600、800，以及成型缸，例如是成型缸700，其上表面位于同一个平面，即平面P上。在一些实施例中，可以通过铺粉装置120将位于平面P之上的粉料缸600、800之上的基础颗粒610、810移动至成型缸700之上，具体来说是基板720之上，或者是其上的粉末层之上。

另一方面，在一些实施例中，滑轨110与粉料缸800、粉料缸600及/或成型缸700的上表面平行，及/ 或与基板620、820与基板720的上表面平行，尤其是与基板720的上表面平行。在一些实施例中，滑轨121与粉料缸800、粉料缸600及/或成型缸700的上表面平行，及/或与基板620、820与基板720的上表面平行，尤其是与基板720的上表面平行。也就是说，滑轨110及/或滑轨121为水平滑轨，从而刮刀122a、122b及/ 或滚筒123可以在滑轨121上水平移动，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500可以在滑轨110上水平移动。

在一些实施例中，装备主体1包括热源200。图1中示出了一个热源200，但本申请并不以此为限，应视为热源的数量可依照本领域技术人员的实际需要来决定或调整。在一些实施例中，热源200可为电子束、激光、等离子体及电弧的发生装置中的一种或多种。在一些实施例中，热源200为电子束发生装置。在一些实施例中，热源200为激光发生装置。在一些实施例中，热源200为等离子体发生装置。在一些实施例中，热源200为电弧发生装置。热源200可以对成型缸700中的颗粒，具体例如是微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500所排出至成型缸700中的填充颗粒，及/或粉料缸600及/或粉料缸800中的基础颗粒610及/或基础颗粒810经过铺粉至成型缸700中的基础颗粒所形成的基础颗粒层710，进行熔化和凝固等操作，形成零件二维截面层。在一些实施例中，热源200与成型仓100相互连接，例如是滑动连接、转动连接或固定连接。100在一些实施例中，热源200滑动连接成型仓100，通过热源200的位置改变其加热颗粒层的位置。在一些实施例中，热源200转动连接成型仓100，通过热源200的角度改变其加热颗粒层的位置。在一些实施例中，热源200固定连接成型仓100，通过热源200的内部元件的位置相对关系改变，或者是热源 200中特定区域的开启或关闭，来调整其加热颗粒层的位置。

在一些实施例中，装备主体1还包括驱动装置。具体来说，颗粒沉积机构，例如是微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500，可以分别设置对应的驱动装置，通过这些驱动装置，可以读取规划或设定好的路径，并驱动微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500 各自在规划或设定好的路径上移动，这些路径对应涵盖了微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540所要沉积的二维区域，以使得微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500对应的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540可以选区沉积到其所要沉积的二维区域中。另一方面，热源200也可以设置对应的驱动装置，读取规划或设定好的路径，并驱动热源200对应扫描到该规划或设定好的路径上的被压实的颗粒层使其熔化，而此路径涵盖了热源扫描熔化的区域，从而热源扫描熔化的区域中的颗粒均被热源的扫描所熔化。

图6为本申请的一些实施例中，粉末床熔融增材制造方法的流程示意图。

在进行本申请的粉末床熔融增材制造方法之前，首先进行零件三维模型的设计及路径规划。

首先，设计所要制造的零件的三维模型。在一些实施例中，零件的三维模型可以通过利用一般的商业化设计软件来设计。

接着对零件的三维模型切片处理，也就是将所要制造的零件的三维模型，切片成多层的二维截面。在一些实施例中，每一层二维截面显示了每一轮的填充颗粒选区沉积(如下步骤S2)及/或热源扫描熔化(如下步骤 S4)所要进行的二维区域。在一些实施例中，要进行填充颗粒选区沉积的二维区域与要进行热源扫描熔化的区域是相同的；在一些实施例中，要进行填充颗粒选区沉积的二维区域与要进行热源扫描熔化的区域是不同的。在一些实施例中，要进行填充颗粒选区沉积的二维区域位于要进行热源扫描熔化的区域之内。在一些实施例中，要进行热源扫描熔化的二维区域中，有进行填充颗粒选区沉积的二维区域，也有不进行填充颗粒选区沉积的二维区域。在一些实施例中，要进行填充颗粒选区沉积的二维区域位于要进行热源扫描熔化的区域之内，且要进行热源扫描熔化的二维区域中，有进行填充颗粒选区沉积的二维区域，也有不进行填充颗粒选区沉积的二维区域。

再接着进行路径规划。在一些实施例中，路径规划包含填充颗粒的沉积路径与热源的扫描路径。具体来说，在一些实施例中，路径规划将要进行填充颗粒选区沉积的区域转换成填充颗粒的沉积路径，及/或将要进行热源扫描熔化颗粒层的区域转换成热源的扫描路径。

将填充颗粒的沉积路径与热源的扫描路径规划好之后，便可根据所规划的沉积路径与热源的扫描路径，依照例如图6所示的，本申请的粉末床熔融增材制造方法，进行粉末床熔融增材制造，具体如下。

步骤S1：基础颗粒的铺展

利用刮刀对基础颗粒进行铺展，在基板上方形成基础颗粒层。具体来说，在第一次基础颗粒铺展中，可以在基板上方，例如是基板上表面上形成基础颗粒层；但在之后的基础颗粒铺展中，可以在基板之上已经形成的零件二维截面层，即已经经过选区熔化的基础颗粒/填充颗粒形成的材料层，之上形成新的一层基础颗粒层。在一些实施例中，刮刀例如可为图5中的铺粉装置120的刮刀122a、122b。在一些实施例中，基板例如可为成型缸700中的基板，例如是基板720。

在一些实施例中，可以通过铺粉装置120将粉料缸600、800中位于平面P以上的基础颗粒610、810移动至成型缸700中的基板720上。此处的“基板720上”可以是直接位于基板720之上表面之上，或其上方的零件二维表面之上。举例来说，在第一轮的基础颗粒铺展时，基板720的上表面位于平面P，刮刀122a、122b将粉料缸600、800中位于平面P以上的基础颗粒610、810移动至基板720的上表面之上。

在一些实施例中，在下一次进行步骤S1之前(例如是在接下来的步骤S4之后)，基板720下降(例如是通过垂直移动装置如垂直移动装置750)使得其上的零件二维截面上表面位于平面P，另一方面基板620、720则上升(例如是通过垂直移动装置如垂直移动装置630、830)，从而使得另一批粉末上升至平面P以上，从而可以通过刮刀122a、122b将其移动至零件二维截面层，即已经经过选区熔化的基础颗粒/填充颗粒形成的材料层，的上表面。

在一些实施例中，基础颗粒的种类包含但不限于：铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及/或金属基复合材料。

在一些实施例中，基础颗粒可以是一种、二种、三种或更多种不同材料的颗粒的任意组合。在一些实施例中，基础颗粒可以是一种、二种、三种或更多种平均粒径的颗粒的任意组合。

在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径可以大于等于1μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径可以大于等于15μm。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径可以大于等于75μm。然而，基础颗粒的平均粒径并不以此为限。

在一些实施例中，基础颗粒层的层厚可以大于等于10μm。在一些实施例中，基础颗粒层的层厚可以大于等于50μm。在一些实施例中，基础颗粒层的层厚可以大于等于100μm。然而，基础颗粒层的层厚并不以此为限。

步骤S2：填充颗粒的选区沉积

选取所需的填充颗粒，依照所规划的沉积路径进行选区沉积填充。

在一些实施例中，是使用颗粒沉积装置，例如是微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500来进行选区沉积填充。在一些实施例中，可以移动，例如是通过驱动装置移动微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500。在一些实施例中，当微米颗粒沉积机构 300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500移动进入所设定的沉积路径时，例如是位移传感器 312、412、512侦测到微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500移动进入所设定的沉积路径时，开关阀门313、413、513被开启，从而使得粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540经由送粉管道311、411、511离开粉筒310、410、510。

在一些实施例中，可以让微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500 中的一者或多者同时进行选区沉积填充。在一些实施例中，可以让微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者先后进行选区沉积填充。举例来说，微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者在针对同一个区域进行选区沉积填充的时候，可以先后针对该区域进行选区沉积；而微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400及/或纳米颗粒沉积机构500中的一者或多者在分别针对不同的区域进行选区沉积填充的时候，可以同时进行选区沉积。

在一些实施例中，选区沉积可以在一些能场辅助作用下进行。在一些实施例中，可以使用发生器360、460、 560发出能量，经由换能器350、450、550将能量传导至粉筒310、410、510上，通过粉筒310、410、510的粉筒壁将能量传导至粉筒310、410、510各自内部的微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540中，使得微米颗粒340、亚微米颗粒440、纳米颗粒540振动，使其不易结块。

在一些实施例中，填充颗粒的种类包含但不限于：铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及/或金属基复合材料。

在一些实施例中，填充颗粒的材料种类可以是形核剂，例如是特定材料的、与填充颗粒材料不同的材料(异质材料)的形核剂。形核剂的添加，特别是尺寸较小的形核剂的添加，不仅可以填充基础颗粒之间的间隙，在材料凝固过程中还可以作为异质形核的核心，促进等轴晶的形成，提高综合力学性能。在一些实施例中，填充颗粒的形状包含但不限于不规则形状、球形、椭球形。在一些实施例中，填充颗粒可为任意制备方法所制备的填充颗粒。在一些实施例中，填充颗粒可为雾化、机械破碎、化学合成等方法制备。

在一些实施例中，填充颗粒可以是一种、二种、三种或更多种不同材料的颗粒的任意组合，先后填充或者是混合填充。在一些实施例中，填充颗粒的任意部位的选区沉积可以是一种、二种、三种或更多种不同材料的颗粒的任意组合，先后填充或者是混合填充。在一些实施例中，填充颗粒可以是一种、二种、三种或更多种粒径的颗粒的任意组合，先后填充或者是混合填充。在一些实施例中，填充颗粒的任意部位的选区沉积可以是一种、二种、三种或更多种粒径的颗粒的任意组合，先后填充或者是混合填充。在一些实施例中，填充颗粒的任意部位的选区沉积可以是一种、二种、三种或更多种粒径的颗粒的任意组合，其中依照所述一种、二种、三种或更多种粒径颗粒的平均粒径大小顺序填充，即先填充粒径大者，再填充粒径小者。

例如，在一些实施例中，填充颗粒可为粒径1.0μm–15μm的微米颗粒、粒径0.1μm–1.0μm的亚微米颗粒和0.1nm–100nm的纳米颗粒中的一种或多种。

在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为小于15μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.1nm 至15μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.1nm至1.0μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.1μm至15μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.1nm至0.1μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为1nm至50nm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.1μm至1.0μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为1.0μm至15μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为0.5μm至10μm。在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径可为1.0μm至5μm。

在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类相同；在另一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类不同。

在一些实施例中，填充颗粒的平均粒径小于基础颗粒的平均粒径。特别是，在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类相同，但填充颗粒的平均粒径小于基础颗粒的平均粒径；在另一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类不同，且填充颗粒的平均粒径小于基础颗粒的平均粒径。当填充颗粒与基础颗粒相同时，尺寸较小的填充颗粒可以填补粉末之间的空隙，提高粉末床的致密程度，从而提高成型零件二维截面的精度。同时，由于同时利用了该种材料不同粒度范围的粉末，因此还可以提高该种材料的真实利用率。

在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的1至1000000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至1000倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至20倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至10倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的5至6倍，或6至7倍，或7至8倍，或8至9倍，或9 至10倍。在一些实施例中，基础颗粒的平均粒径为填充颗粒的平均粒径的200至1000倍。

在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类不同，且填充颗粒的熔点小于基础颗粒的熔点；在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒种类不同，且填充颗粒的熔点大于基础颗粒的熔点。当填充颗粒与基础颗粒不同时，且填充颗粒的熔点大于基础颗粒的熔点时，填充颗粒可以充当硬质颗粒强化相，填充基础颗粒的间隙，提高粉末床致密程度。同时，细小颗粒强化相的加入在材料快速熔化/凝固过程中还可以作为异质形核的核心，促进等轴晶的形成，消除成型材料的各向异性，提高材料的综合力学性能。当填充颗粒与基础颗粒不同时，且填充颗粒的熔点低于基础颗粒时，填充颗粒填充间隙，在热源的辐射下，低熔点的填充颗粒首先熔化，粘结高熔点的基础颗粒，从而增加基础颗粒熔化形成熔池的润湿性，提高材料成型的精度。在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒分别为金属材料及陶瓷材料，如此可以制备金属基陶瓷复合材料。

在一些实施例中，填充不同层的基础颗粒层，可以选用相同的填充颗粒，包括材质上的相同或是粒径上的相同或相近(例如是相差10％之内，或甚至5％以内，或甚至3％以内)，也可以选用不同的填充颗粒，例如是不同材料的填充颗粒，或者是相同材料或不同粒径的填充颗粒。

在一些实施例中，所述的辅助能能场包含但不限于电机振动场、超声振动场、磁场及/或机械力作用，所述的辅助能包含但不限于电机振动、超声波、磁力及/或机械能。这些能场的辅助避免了传统使用惰性气体进行载气式粉末传输，可以避免沉积机构出粉口的气流破坏基础颗粒薄层的完整性和堆积状态；此外，通过所述能场的辅助，可以在沉积过程中更精确地控制沉积速率和沉积量。在一些实施例中，可以在沉积过程中调节能场能量大小；如此可以通过改变能场能量的大小改变颗粒沉积速率，实时调节和和控制填充颗粒的沉积速率和沉积量，在X-Y方向或者Z方向形成具有成分梯度的材料。

步骤S3：压实

利用滚筒，对已经选区沉积填充颗粒的基础颗粒层施加压力，进行压实作用，进一步提高其致密程度。在一些实施例中，可以通过图5中的滚筒123向下的压力来进行压实作用。

在一些实施例中，如图1所示，具有两个粉料缸600、800；在这些实施例中，压实步骤结束之后，刮刀例如是图5中的刮刀122a、122b，可以移动至另一个粉料缸一侧，例如是，在一些实施例中，前一次的步骤S1 使用粉料缸800中的基础颗粒810进行铺粉，则在步骤S3之后将刮刀122a、122b移动至粉料缸600一侧，下一次的步骤S1中可使用粉料缸600中的基础颗粒610进行基础颗粒的铺展。

步骤S4：热源扫描，选区熔化：

使热源按照所规划的热源扫描路径及扫描参数扫描热源扫描区域中的被压实的颗粒层，对其加热，从而使其熔化。熔化的被压实的颗粒层之后会冷却凝固，形成零件二维截面层。

在一些实施例中，热源包含但不限于电子束、激光、等离子束及/或电弧的发生装置。

在本申请中，热源的“扫描”指的是热源通过其本身、其内外部组件、周边的元件或与其配合的元件，例如光学元件的移动、转动，或热源中不同区域的开始与停止加热等方式，使得热源所加热到的区域由第一扫描区域变成第二扫描区域。在扫描过程中热源所加热到的区域，即热源的扫描区域，至少包括所述的第一扫描区域与第二扫描区域的并集；在一些情况中，在扫描过程中热源所加热到的区域，即热源的扫描区域，至少包括所述的第一扫描区域与第二扫描区域，及热源其本身、其内外部组件或与其配合的光学元件的移动、转动，或热源特定区域的开启与关闭等过程中的每一瞬间，热源所加热到的区域，的并集。热源的扫描包括但不限于：通过热源本身的移动来改变其所加热到的区域；通过热源本身的转动来改变其所加热到的区域；热源本身移动或不移动，通过热源周边的光学元件的相对位置改变来改变热源所加热到的区域；热源本身不移动，通过热源中的其中一部份的开始加热、另一部份的停止加热，来改变其所加热到的区域。

在一些实施例中，选区熔化可以同时施加其他能场，在其他能场辅助作用下进行。在一些实施例中，所述的能场包含但不限于电机振动场、超声振动场、磁场及/或机械力作用。

进行上述粉末床熔融增材制造方法的各步骤一次，可以完成零件的单一二维截面层的制备。重复上述粉末床熔融增材制造方法的各步骤多次，可以完成零件的制备。举例来说，图1中画出了多个已经形成的零件二维截面层相叠所组成的零件已形成部份760。零件已形成部份760中的各个零件二维截面层，可通过上述的步骤 S1至S4形成。

在一些实施例中，在进行步骤S4，形成零件二维截面层之后，垂直移动装置例如是垂直移动装置750会下降，从而带动基板720下降，从而使得所形成的零件二维截面层上表面位于平面P，从而使得下一个零件二维截面层可以形成在所形成的零件二维截面层的上表面之上。

关于上述粉末床熔融增材制造方法的各步骤的一些示范性实施例如下：

请参照图7，为本申请的一些实施例的粉末床熔融增材制造方法中，基础颗粒的铺展以及填充颗粒的选区沉积的示意图。首先利用刮刀，例如是图5中的铺粉装置120的刮刀122a、122b，对基础颗粒，例如是粉料缸 600、800中的基础颗粒610、810进行铺展，在基板上，例如是成型缸700中的基板720上，形成一层薄层的基础颗粒层，例如是图7中的基础颗粒层710。在此时，例如是基础颗粒层710的基础颗粒711之间，存在较大的间隙716。接着进行填充颗粒的选区沉积。图7示出了将1.0–15μm的微米颗粒712、0.1nm–1.0μm的亚微米颗粒713以及0.1nm–100nm的纳米颗粒714，按照所规划的沉积路径进行选区沉积填充，最终形成致密的已填充颗粒层715。

请参照图8至图11，为本申请的一些实施例中，填充颗粒对零件的特定层二维截面进行沉积的示意图。在一些实施例中，可以在零件的特定层二维截面中沉积填充颗粒，以形成图8至图11中的填充层10；在另一些二维截面层中不沉积填充颗粒，以形成图9至图11中的仅由基础颗粒形成的基础材料层20。具体来说，在一些实施例中，如图8所示，可以对每一层二维截面沉积填充颗粒，形成图8中的多个填充层10；在一些实施例中，可以对每两层二维截面中的一层，例如是每隔一层沉积填充颗粒，形成图9中交替出现的填充层10与基础材料层20；在一些实施例中，可以对每四层二维截面中的一层，例如是每隔三层沉积填充颗粒，形成图10中交替出现的填充层10与三层基础材料层20；在一些实施例中，可以对每N+1层二维截面中的一层，例如是每隔N层沉积填充颗粒，形成图11中交替出现的填充层10与N层基础材料层20，其中N为正整数。在一些实施例中，N为介于1至100之间的正整数。在一些实施例中，N为介于1至10之间的正整数。在一些实施例中， N为介于1至5之间的正整数。在一些实施例中，N为1。在一些实施例中，N为2。在一些实施例中，N为3。在一些实施例中，N为4。在一些实施例中，N为5。其中，在一些实施例中，填充颗粒的硬度高于基础颗粒，就会形成软硬交替出现的复合材料，例如是高硬度的填充层10与低硬度的基础材料层20交替出现；在一些实施例中，填充颗粒的耐腐蚀能力高于基础颗粒，就会形成例如耐腐蚀的填充层10与不耐腐蚀的基础材料层20 交替出现。如此一来，在这些实施例中，通过本申请的粉末床熔融增材制造方法，便可以制造出多层复合材料，制造出在Z方向具有梯度的材料。

请参照图12，为本申请的一些实施例的粉末床熔融增材制造方法中，填充颗粒的选区沉积与热源扫描的示意图，其中填充颗粒只填充了所要制备的零件的二维截面上的特定区域，且热源的扫描区域与填充颗粒的沉积区域不同。

首先利用刮刀，例如是图5中的铺粉装置120的刮刀122a、122b，对基础颗粒进行铺展，在基板上，例如是成型缸700中的基板720上，形成一层薄层的基础颗粒层，如图12中的基础颗粒层30。

接着对基础颗粒层30中部分的区域沉积填充颗粒。举例来说，对图12中的区域32与区域33沉积填充颗粒。在区域32与区域33沉积的填充颗粒材质或粒径可以是相同的，也可以是不同的(例如是使用微米颗粒沉积机构300、亚微米颗粒沉积机构400和纳米颗粒沉积机构500中的不同机构进行沉积)，与基础颗粒层30的材质也可以是相同或不同的。图12中示出的区域32与区域33是没有交集的分开的区域，但是本申请并不以此为限，也可以设置具有交集的区域32与区域33填充不同的颗粒。

再接着对特定的区域进行热源扫描。举例来说，对图12中的区域31，包括其中的区域32以及区域33，进行扫描。最终所得到的零件中，区域32以及区域33的零件部位，以及区域31中除了区域32以及区域33的零件部位，其可以具有不同的强度以及性能。如此一来，在这些实施例中，通过本申请的粉末床熔融增材制造方法，便可以制造出特定部位具有特定性能的多功能零件，可制造出X-Y方向的梯度材料；搭配上述的特定层二维截面沉积填充颗粒，可制造出同时在X-Y方向与Z方向具有梯度的材料。

图13为本申请的一些实施例中，热源扫描路径的示意图。图13示出了一种S型扫描路径101，其可以通过设定扫描矢量102以及扫描间距103来设定。从而，只要设定扫描矢量102以及扫描间距103，以及热源所要扫描的扫描区域，便可以生成对应的涵盖扫描区域的扫描路径。

本申请的多个具体实施例如下所述。

实施例1

所设计的零件参数与沉积路径、热源扫描路径如下：

-零件为长方体，长、宽、高分别为100mm×30mm×5mm。

-切片分层层厚为0.05mm。

-对每层二维截面进行沉积颗粒，其中沉积颗粒的沉积路径为零件的整个二维截面。

-热源扫描路径也为零件的整个二维截面。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为45微米的SS316L不锈钢细粉，基础颗粒层的层厚为0.05mm(即等于切片分层层厚)。

在步骤S2中，首先填充平均粒径为8微米的SS316L不锈钢微米颗粒；再填充平均粒径为0.5微米的球形碳化铌亚微米颗粒。

在步骤S4中，使用激光为热源，激光功率为300W，激光扫描方式为S型正交扫描，扫描速度为1200mm/s，扫描间距为0.1mm；同时将成型室内部氧含量控制在300ppm以下。

成型零件表面精度较高，上表面形貌如图14所示，表面粗糙度仅为1.1μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.90％；成型件抗拉强度和硬度分别为659MPa和230HV。

实施例2

实施例2所设计的零件参数与沉积路径、热源扫描路径与实施例1相同，同时步骤S4的热源相关设置与参数也与实施例1相同。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为30微米的CoCrMo合金细粉。

在步骤S2中，首先填充平均粒径为5微米的非球形碳化铌微米颗粒；再填充平均粒径为0.4微米的非球形碳化铌亚微米颗粒；最后填充平均粒径为80nm的碳化钛颗粒。

成型零件表面精度较高，上表面形貌如图15所示，表面粗糙度仅为1.0μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.92％；成型件抗拉强度和硬度分别为1350MPa和410HV。

实施例3

实施例3所设计的零件参数与沉积路径、热源扫描路径与实施例1相同，同时步骤S4的热源相关设置与参数也与实施例1相同。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为35微米的Ti6Al4V钛合金细粉。

在步骤S2中，填充平均粒径为5微米的Ti6Al4V钛合金微米颗粒。

成型零件表面精度较高，上表面形貌如图16所示，表面粗糙度仅为0.9μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.92％；成型件抗拉强度和硬度分别为1150MPa和400HV。

实施例4

实施例4所设计的零件参数与沉积路径、热源扫描路径与实施例1相同。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为75微米的IN718镍基高温合金中细粉。

在步骤S2中，填充平均粒径为4微米的球形碳化钛。

在步骤S4中，选取高能密度的电子束作为热源，而功率、扫描方式、扫描速度、扫描间距以及成型室内部氧含量与实施例1相同。

成型零件表面精度较高，上表面形貌如图17所示，表面粗糙度仅为0.7μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.96％；成型件抗拉强度和硬度分别为1250MPa和350HV。

实施例5

实施例5所设计的零件参数与沉积路径、热源扫描路径与实施例1相同，同时步骤S4的热源相关设置与参数也与实施例1相同。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为23微米的AlSi10Mg铝合金细粉。

在步骤S2中，填充平均粒径为50nm的非球形二硼化钛纳米颗粒。

成型零件表面精度较高，上表面形貌如图18所示，表面粗糙度仅为0.6μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.97％；成型件抗拉强度和硬度分别为450MPa和150HV。

实施例6

实施例6所设计的零件参数与热源扫描路径与实施例1相同，沉积颗粒的沉积路径也为零件的整个二维截面，同时步骤S4的热源相关设置与参数也与实施例1相同。不过，实施例6中对每隔一层二维截面进行沉积颗粒，而非对每层二维截面进行沉积颗粒。

在步骤S1中，基础颗粒为平均粒径为90微米的SS316L不锈钢中细粉。

在步骤S2中，每隔一层二维截面填充平均粒径为10微米的球形碳化钛微米颗粒。

成型零件表面精度较高，侧表面形貌如图19所示，显示出硬度较高的层B与硬度较低的层A交替出现的多层复合材料，表面粗糙度仅为2.3μm，表面无突起、孔洞及裂纹等缺陷，成型件致密度高达到99.93％；成型件抗拉强度和硬度分别为580MPa和280HV。

对比例1

对比例1除了不添加任何填充颗粒之外，采用与实施例1相同的方法及步骤进行粉末床熔融增材制造。

制备零件粗糙度为3.5微米，成型件表面形貌如图20所示，无表面孔洞及裂纹，但是表面突起较多。成型件致密度为97.35％；成型件抗拉强度和硬度分别为480MPa和180HV。

对比例2

对比例2除了不添加任何填充颗粒之外，采用与实施例2相同的方法及步骤进行粉末床熔融增材制造。

制备零件粗糙度为10.8微米，成型件表面形貌如图21所示，零件表面存在孔洞、裂纹及突起等缺陷。成型件致密度为87.64％；成型件抗拉强度和硬度分别为850MPa和320HV。

对比例3

对比例3除了不添加任何填充颗粒之外，采用与实施例3相同的方法及步骤进行粉末床熔融增材制造。

制备零件粗糙度为8.5微米，成型件表面形貌如图22所示，零件表面存在孔洞、裂纹及突起等缺陷。成型件致密度为95.45％；成型件抗拉强度和硬度分别为920MPa和280HV。

对比例4

对比例4除了不添加任何填充颗粒之外，采用与实施例4相同的方法及步骤进行粉末床熔融增材制造。

制备零件粗糙度为5.5微米，成型件表面形貌如图23所示，零件表面存在孔洞和突起缺陷。成型件致密度为96.68％；成型件抗拉强度和硬度分别为950MPa和290HV。

上述实施例1–6以及对比例1–4所制备的零件性能比较，如表1所示。可以看到，根据本申请的粉末床熔融增材制造装备与方法制造的实施例1–6，其表面粗糙度均显著较低、致密度也显著较高，均无表面孔洞、表面裂纹及表面突起，且添加填充颗粒的实施例与对应的不添加填充颗粒的对比例相比，抗拉强度也显著较高、硬度也相对较高。

表1实施例与对比例的制备材料性能表

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。需要说明的是，术语“在基板上方”不仅包括在基板的上表面上方并接触上表面，还包括在基板上方的位置中的任意位置。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。术语“连通”也应做广义理解，即可以是直接相连通，也可以通过中间媒介间接相连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，上面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“及/或”、“且/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。在本公开和所附权利要求书中的“多个”、“多种”，如无特殊说明，其所指为两个(种)或两个(种)以上。

在本说明书中，术语“下降”可以例如是指物体朝着与其受到地心引力作用会移动的方向相同或接近相同的方向移动，而术语“上升”可以例如是指物体朝着与其受到地心引力作用会移动的方向相反或接近相反的方向移动。在本说明书中，术语“下方”可以例如是指物体朝向与其受到地心引力作用会移动的方向相同或接近相同的方向，而术语“上方”可以例如是指物体朝向与其受到地心引力作用会移动的方向相反或接近相反的方向。

在本说明书中所指的，二个或多个区域，包括各种“沉积区域”与“加热区域”，的交集、并集、重叠或部份重叠……等，或一个区域不同于、包括或属于另一区域或在另一区域之内或之外，可以是指：该二个或多个区域在同一层，例如是在基板之上的同一垂直高度截面上、同一基础颗粒层之内有所交集、并集、重叠或部份重叠……等，或一个区域在基板之上的同一垂直高度截面上或同一基础颗粒层之内不同于、包括或属于另一区域或在另一区域之内或之外；或者是，特别是在该二个或多个区域位于不同的高度截面上、不同的基础颗粒层时，可以指：该二个或多个区域在基板上的垂直投影有所交集、并集、重叠或部份重叠……等，或一个区域在基板上的垂直投影不同于、包括或属于另一区域或在另一区域之内或之外。

上述实施方式仅为本申请的优选实施方式，不能以此来限定本申请保护的范围，本领域的技术人员在本申请的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种粉末床熔融增材制造装备，其特征在于，包括：

基板；

铺粉装置，设置为使基础颗粒在所述基板上方形成基础颗粒层；

颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，所述多个颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到所述基础颗粒层的填充颗粒沉积区域；以及

热源，设置为可加热所述基础颗粒层的热源加热区域。

2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，

所述填充颗粒与所述基础颗粒的组成成分不同；且/或

所述填充颗粒与所述基础颗粒的粒径不同；

且/或

所述装备还包括：

颗粒沉积机构驱动装置，用于驱动所述颗粒沉积机构依照涵盖所述填充颗粒沉积区域的颗粒沉积路径移动；以及

热源驱动装置，用于驱动所述热源沿涵盖所述热源加热区域的热源加热路径扫描；

且/或

所述填充颗粒沉积区域不同于所述热源加热区域，

可选地，所述热源加热区域包括属于所述填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述填充颗粒沉积区域的部分；且/或

所述填充颗粒沉积区域位于所述热源加热区域之内。

3.如权利要求1所述的装备，其特征在于，

所述铺粉装置设置为可在平行所述基板的铺粉装置移动平面上移动，且/或

所述颗粒沉积装置设置为可平行所述基板移动，或垂直所述基板移动；

可选地，所述铺粉装置移动平面与所述基板的距离小于所述颗粒沉积装置移动平面与所述基板的距离；且/或

所述铺粉装置包括：

刮刀，用于将所述基础颗粒移动至所述基板上方，并形成所述基础颗粒层，

可选地，所述刮刀为二个或二个以上，所述刮刀中的至少二个分别位于所述滚筒的相对二侧；及

滚筒，用于对所述基础颗粒层施加压力；

且/或

所述装备还包括成型仓，所述成型仓包括：

粉料缸，用于盛装所述基础颗粒，其中所述铺粉装置移动所述粉料缸之上的所述基础颗粒以形成所述基础颗粒层；及/或

成型缸，其中所述基板设置在所述成型缸中；

可选地，所述成型仓与所述铺粉装置为滑动连接；

可选地，所述成型仓与所述颗粒沉积装置为滑动连接；

可选地，所述成型仓与所述热源为固定连接、滑动连接或转动连接；

可选地，所述成型仓与所述基板为滑动连接；

且/或

所述装备还包括：

调平板，位于所述基板之下，用于使得所述基板维持水平；

固定板，位于所述调平板之下，用于承载所述调平板及所述固定板；及

垂直移动装置，位于所述固定板之下，用于使得所述固定板、所述调平板及所述基板垂直移动；

且/或

所述装备还包括：

第一滑轨，滑动连接所述铺粉装置；及/或

第二滑轨，滑动连接所述颗粒沉积装置；

可选地，所述第二滑轨为三轴滑轨；

可选地，所述三轴滑轨包括独立控制且可独立运行的三个轴；

可选地，所述第一滑轨固定连接所述成型仓；

可选地，所述第二滑轨固定连接所述成型仓；

且/或

所述热源选自电子束、激光、等离子束及电弧的发生装置中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的装备，其特征在于，

所述多个颗粒沉积机构为可各自独立移动；

且/或

所述颗粒沉积机构包括：

粉筒，用于盛装所述填充颗粒；

发生器，用于发出能量；及

换能器，设置于所述粉筒的侧壁上，用于将所述发生器发出的能量传导至所述粉筒中；

且/或

所述颗粒沉积机构包括：

搅拌棒，位于所述粉筒中，用于搅拌所述粉筒中的所述填充颗粒；及/或

位移传感器，位于所述粉筒下端，用于侦测所述粉筒的位置；及/或

开关阀门，位于所述粉筒下端的开口上，用于控制单位时间所述填充颗粒离开所述粉筒的量；及/或

送粉管道，位于所述粉筒下端的开口上并连通所述开口，用于降低所述填充颗粒离开所述粉筒的速率；且/或

所述颗粒沉积机构驱动装置包括：

第一颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动所述多个颗粒沉积机构中的第一颗粒沉积机构依照涵盖所述填充颗粒沉积区域中第一颗粒沉积区域的第一颗粒沉积路径移动；及

第二颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动所述多个颗粒沉积机构中的第二颗粒沉积机构依照涵盖所述填充颗粒沉积区域中第二颗粒沉积区域的第二颗粒沉积路径移动，

可选地，所述第一颗粒沉积区域不同于所述第二颗粒沉积区域，且/或

可选地，所述第一颗粒沉积路径不同于所述第二颗粒沉积路径。

5.一种粉末床熔融增材制造方法，其特征在于，包括：

在基板上形成由基础颗粒组成的第一基础颗粒层；

将至少一种第一填充颗粒沉积到所述第一基础颗粒层的第一填充颗粒沉积区域；

对所述第一基础颗粒层施加压力；以及

使用热源扫描所述第一基础颗粒层的第一热源加热区域，使得所述第一热源加热区域中的所述基础颗粒及/或所述第一填充颗粒熔化，形成第一零件二维截面层；

可选地，

所述第一填充颗粒沉积区域不同于所述第一热源加热区域，

可选地，所述第一热源加热区域包括属于所述第一填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第一填充颗粒沉积区域的部分；且/或

所述第一填充颗粒沉积区域位于所述第一热源加热区域之内；

可选地，所述方法还包括使所述第一零件二维截面层下降。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一零件二维截面层之上形成由所述基础颗粒组成的第二基础颗粒层；

将第二填充颗粒沉积到所述第二基础颗粒层的第二填充颗粒沉积区域；

对所述第二基础颗粒层施加压力；以及

使用热源扫描所述第二基础颗粒层的第二热源加热区域，使得所述第二热源加热区域中的所述基础颗粒及/或所述第二填充颗粒熔化，形成第二零件二维截面层；

或

在所述第一零件二维截面层之上形成由所述基础颗粒组成的第二基础颗粒层；

对所述第二基础颗粒层施加压力；以及

使用热源扫描所述第二基础颗粒层的第二热源加热区域，使得所述第二热源加热区域中的所述基础颗粒熔化，形成第二零件二维截面层；

可选地，在所述第一零件二维截面层之上形成N层所述第二零件二维截面层，其中N为正整数；

可选地，所述N为介于1至100之间的正整数；

可选地，所述N为介于1至10之间的正整数；

可选地，所述N为介于1至5之间的正整数；

可选地，

所述第二填充颗粒沉积区域不同于所述第二热源加热区域，

可选地，所述第二热源加热区域包括属于所述第二填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第二填充颗粒沉积区域的部分；且/或

所述第二填充颗粒沉积区域位于所述第二热源加热区域之内；且/或

且/或

所述第一填充颗粒沉积区域不同于所述第二填充颗粒沉积区域，

可选地，

所述第一填充颗粒沉积区域包括属于所述第二填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第二填充颗粒沉积区域的部分；且/或

所述第二填充颗粒沉积区域包括属于所述第一填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第一填充颗粒沉积区域的部分。

7.如权利要求5或6任一所述的方法，其特征在于，

所述的将至少一种所述第一填充颗粒沉积到所述第一基础颗粒层的所述第一填充颗粒沉积区域，包括：

将第一颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的第一颗粒沉积区域；以及

将第二颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的第二颗粒沉积区域；

可选地，

所述第一颗粒与所述基础颗粒的组成成分及/或粒径不同；且/或

所述第二颗粒与所述基础颗粒的组成成分及/或粒径不同；且/或

所述第二颗粒与所述第一颗粒的组成成分及/或粒径不同；

可选地，

所述第一颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种；且/或

所述第二颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种；

可选地，所述第一颗粒沉积区域不同于所述第二颗粒沉积区域；

可选地，所述第一颗粒沉积区域包括属于所述第二颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第二颗粒沉积区域的部分；或

可选地，所述第一颗粒沉积区域与所述第二颗粒沉积区域没有交集；

可选地，

所述的将所述第一颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第一颗粒沉积区域，与所述的将所述第二颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第二颗粒沉积区域，为同时进行；或

所述的将所述第一颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第一颗粒沉积区域，与所述的将所述第二颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第二颗粒沉积区域，为先后进行；

可选地，

所述第一颗粒沉积区域与所述第二颗粒沉积区域的交集包括第一交集区域，其中将所述第一颗粒沉积至所述第一交集区域，与将所述第二颗粒沉积至所述第一交集区域，为先后进行；且/或

所述第一颗粒沉积区域包括不属于所述第二颗粒沉积区域的第一颗粒沉积子区域，且所述第二颗粒沉积区域包括不属于所述第一颗粒沉积区域的第二颗粒沉积子区域，其中将所述第一颗粒沉积至所述第一颗粒沉积子区域，与将所述第二颗粒沉积至所述第二颗粒沉积子区域，为同时进行；

可选地，

所述的将所述第一颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第一颗粒沉积区域，是通过第一颗粒沉积机构将所述第一颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第一颗粒沉积区域，且

所述的将所述第二颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第二颗粒沉积区域，是通过第二颗粒沉积机构将所述第二颗粒沉积至所述第一基础颗粒层的所述第二颗粒沉积区域；

可选地，所述第一颗粒沉积机构不同于所述第二颗粒沉积机构；

可选地，所述的将至少一种所述第二填充颗粒沉积到所述第二基础颗粒层的所述第二填充颗粒沉积区域，包括：

将第三颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的第三颗粒沉积区域；以及

将第四颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的第四颗粒沉积区域；可选地，

所述第三颗粒与所述基础颗粒的组成成分及/或粒径不同；且/或

所述第四颗粒与所述基础颗粒的组成成分及/或粒径不同；且/或

所述第四颗粒与所述第三颗粒的组成成分及/或粒径不同；

可选地，

所述第三颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种；且/或

所述第四颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种；

可选地，所述第三颗粒沉积区域不同于所述第四颗粒沉积区域；

可选地，所述第三颗粒沉积区域包括属于所述第四颗粒沉积区域的部分以及不属于所述第四颗粒沉积区域的部分；或

可选地，所述第三颗粒沉积区域与所述第四颗粒沉积区域没有交集；

可选地，

所述的将所述第三颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第三颗粒沉积区域，与所述的将所述第四颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第四颗粒沉积区域，为同时进行；或

所述的将所述第三颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第三颗粒沉积区域，与所述的将所述第四颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第四颗粒沉积区域，为先后进行；

可选地，

所述第三颗粒沉积区域与所述第四颗粒沉积区域的交集包括第二交集区域，其中将所述第三颗粒沉积至所述第二交集区域，与将所述第四颗粒沉积至所述第二交集区域，为先后进行；且/或

所述第三颗粒沉积区域包括不属于所述第四颗粒沉积区域的第三颗粒沉积子区域，且所述第四颗粒沉积区域包括不属于所述第三颗粒沉积区域的第四颗粒沉积子区域，其中将所述第三颗粒沉积至所述第三颗粒沉积子区域，与将所述第四颗粒沉积至所述第四颗粒沉积子区域，为同时进行；

可选地，

所述的将所述第三颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第三颗粒沉积区域，是通过第三颗粒沉积机构将所述第三颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第三颗粒沉积区域，且

所述的将所述第四颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第四颗粒沉积区域，是通过第四颗粒沉积机构将所述第四颗粒沉积至所述第二基础颗粒层的所述第四颗粒沉积区域；

可选地，所述第三颗粒沉积机构不同于所述第四颗粒沉积机构。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述的形成所述第一基础颗粒层，是使用刮刀铺展所述基础颗粒以在所述基板上方形成所述第一基础颗粒层，

可选地，所述的形成所述第一基础颗粒层，是使用二个以上的所述刮刀从所述基板的二侧铺展所述基础颗粒以在所述基板上方形成所述第一基础颗粒层；

且/或

所述的形成所述第一基础颗粒层，是在基板上表面上形成所述第一基础颗粒层；

且/或

所述的将所述第一填充颗粒沉积到所述第一基础颗粒层的所述第一填充颗粒沉积区域，包括：

移动颗粒沉积机构；及

当所述颗粒沉积机构的位移传感器侦测到所述颗粒沉积机构进入沉积路径时，开启所述颗粒沉积机构的开关阀门，使得所述第一填充颗粒移动至所述第一基础颗粒层上；

且/或

在进行所述的将所述第一填充颗粒沉积到所述第一基础颗粒层的所述第一填充颗粒沉积区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种；

且/或

所述的对所述第一基础颗粒层施加压力，是使用滚筒对所述第一基础颗粒层施加压力；

且/或

所述的使用热源扫描所述第一基础颗粒层的所述第一热源加热区域，是使用电子束、激光、等离子束及电弧中的一种或多种扫描所述第一基础颗粒层的所述第一热源加热区域；

且/或

在进行所述的使用热源扫描所述第一基础颗粒层的所述第一热源加热区域时，施加电机振动场、超声振动场、磁场及机械力作用中的一种或多种；

且/或

使所述第一零件二维截面层下降，是使所述第一零件二维截面层下降所述第一零件二维截面层的厚度；

且/或

所述基础颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述基础颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述基础颗粒选自SS316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V钛合金、IN718镍基高温合金、AlSi10Mg铝合金中的一种或多种；

且/或

所述基础颗粒的平均粒径大于等于1μm；

可选地，所述基础颗粒的平均粒径大于等于15μm；

可选地，所述基础颗粒的平均粒径大于等于75μm；

可选地，基础颗粒的平均粒径小于等于500μm；

可选地，基础颗粒的平均粒径小于等于100μm；

且/或

所述第一基础颗粒层的层厚大于等于10μm；

可选地，所述第一基础颗粒层的层厚大于等于50μm；

可选地，所述第一基础颗粒层的层厚大于等于100μm；

且/或

所述第一填充颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述第一填充颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述第一填充颗粒选自SS316L不锈钢、碳化铌、Ti6Al4V钛合金、碳化钛、二硼化钛中的一种或多种；

且/或

所述第一填充颗粒的平均粒径为小于15μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.1nm至15μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.1nm至1.0μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.1μm至15μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.1nm至0.1μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为1nm至50nm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.1μm至1.0μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为1.0μm至15μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为0.5μm至10μm；

可选地，所述第一填充颗粒的平均粒径为1.0μm至5μm；

且/或

所述第一填充颗粒的熔点大于所述基础颗粒的熔点；

或

所述第一填充颗粒的熔点小于所述基础颗粒的熔点；

且/或

所述第一填充颗粒为陶瓷材料，且所述基础颗粒为金属材料；或

所述第一填充颗粒为金属材料，且所述基础颗粒为陶瓷材料；

且/或

所述第一填充颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述的将所述第二填充颗粒沉积到所述第二基础颗粒层的所述第二填充颗粒沉积区域，包括：

移动颗粒沉积机构；及

当颗粒沉积机构的位移传感器侦测到所述第二颗粒沉积机构进入沉积路径时，开启所述颗粒沉积机构的开关阀门，使得所述第二填充颗粒移动至所述第二基础颗粒层上；

且/或

所述第二填充颗粒选自含硼合金、含碳合金、镁基合金、铝基合金、硅基合金、钛基合金、钒基合金、铬基合金、锰基合金、铁基合金、钴基合金、镍基合金、铜基合金、锌基合金、锆基合金、铌基合金、钼基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述第二填充颗粒选自铁基合金、镍基高温合金、钛基合金、铝基合金、钴基合金、铜基合金、陶瓷粉末及金属基复合材料中的一种或多种；

可选地，所述第二填充颗粒选自SS316L不锈钢、碳化铌、Ti6Al4V钛合金、碳化钛、二硼化钛中的一种或多种；

且/或

所述第二填充颗粒与所述第一填充颗粒的材质相同；

或

所述第二填充颗粒与所述第一填充颗粒的材质不同；

且/或

所述第二填充颗粒的平均粒径为小于15μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.1nm至15μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.1nm至1.0μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.1μm至15μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.1nm至0.1μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为1nm至50nm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.1μm至1.0μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为1.0μm至15μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为0.5μm至10μm；

可选地，所述第二填充颗粒的平均粒径为1.0μm至5μm；

且/或

所述第二填充颗粒的熔点大于所述基础颗粒的熔点；

或

所述第二填充颗粒的熔点小于所述基础颗粒的熔点；

且/或

所述第二填充颗粒为陶瓷材料，且所述基础颗粒为金属材料；或

所述第二填充颗粒为金属材料，且所述基础颗粒为陶瓷材料；

且/或

所述第二填充颗粒的形状选自不规则形状、球形、椭球形中的一种、二种或多种。

10.如权利要求1–4任一所述的装备在执行如权利要求5–9任一所述的方法中的应用。

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