CN115366409A - 多材料增材制造设备及多材料增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增材制造领域，涉及一种多材料增材制造设备及增材制造方法，包括透光板、激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜、原料传输膜运动装置、原料供给及回收系统以及控制系统；激光成形光源、透光板以及零件托放装置以非接触的方式自上而下依次设置；原料传输膜置于透光板下表面；控制系统分别与激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜运动装置以及原料供给及回收系统相连；原料传输膜运动装置带动原料传输膜在透光板底部自如移动；原料供给及回收系统以及零件托放装置均设置在原料传输膜移动轨迹底部。本发明保证成形区域原料的平整度、实现了成形过程中原料传输膜的循环利用以及可实现成形过程中多材料切换。
Description
技术领域
本发明属于增材制造领域，涉及一种增材制造设备及增材制造方法，尤其涉及一种多材料增材制造设备及多材料增材制造方法。
技术背景
增材制造技术是二十世纪八十年代末才诞生的新兴材料加工方法，因其相较于传统加工方法而言表现出的短流程、高柔性、高效率、高自动化等优势，使得该技术一提出便引起了工业界的广泛重视，现今此项技术已发展为制造业内的一支重要力量，在航空航天、能源重工、汽车及消费品等领域发挥着不可忽视的作用。
受限于多材料送进与回收方案的缺乏，目前增材制造技术的所有工艺门类大多一次仅能处理一种材料，鲜有能够同时应对多材料成形的。然而，随着时代发展，人们对热稳定性、比强度、比刚度、抗腐蚀、耐磨、减振、降噪等性能的要求日益严苛，致使各种由多材料构成的结构、功能复合材料爆发出的增材制造需求甚至比单一材料更加紧迫，市场急需能够应对多材料成形的增材制造技术方案填补这一缺口。
发明内容
为了解决背景技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种多材料增材制造设备及多材料增材制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多材料增材制造设备，其特征在于：所述多材料增材制造设备包括透光板、激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜、原料传输膜运动装置、原料供给及回收系统以及控制系统；所述激光成形光源、透光板以及零件托放装置以非接触的方式自上而下依次设置；所述原料传输膜置于透光板下表面；所述控制系统分别与激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜运动装置以及原料供给及回收系统相连；所述原料传输膜运动装置带动原料传输膜在透光板底部移动；所述原料供给及回收系统以及零件托放装置均设置在原料传输膜移动轨迹底部；所述原料供给及回收系统中存放有成形所需要原料；所述原料传输膜在移动过程中从原料供给及回收系统中获取成形所需要原料或将未参与成形的原料回放至原料供给及回收系统中；在激光成形光源的作用下，所述原料传输膜上的成形所需原料成形在零件托放装置上。
上述原料供给及回收系统包括一个或多个原料供给及回收装置，所述原料供给及回收系统中的每一个原料供给及回收装置供给或回收一种成形所需要原料；
当原料供给及回收系统包括一个原料供给及回收装置时，所述原料供给及回收装置以及零件托放装置沿原料传输膜移动方向自前而后依次设置在原料传输膜移动轨迹底部；
当原料供给及回收系统包括多个原料供给及回收装置时，多个原料供给及回收装置以及零件托放装置沿一字型结构设置在原料传输膜移动轨迹底部；
当原料供给及回收系统包括多个原料供给及回收装置时，多个原料供给及回收装置环绕旋转式地设置在零件托放装置周向，多个原料供给及回收装置中供给或回收当前成形所需要原料的原料供给及回收装置与零件托放装置沿原料传输膜移动方向自前而后依次设置在原料传输膜移动轨迹底部。
上述原料供给及回收装置包括原料托板升降驱动装置、原料存储仓、原料托板、刮刀、刮刀运动单元；所述原料存储仓是上部开口的结构；所述原料托板平铺在原料存储仓中；所述原料托板升降驱动装置与原料托板相连并驱动原料托板沿原料存储仓的轴向自如移动；成形所需要原料置于原料托板上；所述原料托板升降驱动装置通过原料托板带动成形所需要原料沿原料存储仓的轴向上升时，所述成形所需要原料与原料传输膜的下表面相接触；所述刮刀设置在原料存储仓的侧壁上；所述刮刀运动单元与刮刀相连并驱动刮刀沿原料存储仓的轴向自如移动；所述刮刀运动单元驱动刮刀沿原料存储仓的轴向自如移动时，所述刮刀的上表面与原料传输膜的下表面相接触或与原料传输膜的下表面设置有距离。
上述刮刀包括第一刮刀以及第二刮刀；所述第一刮刀以及第二刮刀沿原料传输膜移动方向对称设置于原料存储仓侧壁。
上述原料传输膜运动装置是两组，两组原料传输膜运动装置分别与原料传输膜相连，两组原料传输膜运动装置同时带动原料传输膜在透光板底部自如移动。
上述原料传输膜运动装置包括驱动装置，所述驱动装置是链条、齿轮或传动辊。
上述原料传输膜运动装置还包括作用于原料传输膜上的原料传输膜张紧装置，所述原料传输膜张紧装置是一组或多组。
上述零件托放装置包括Z轴升降装置、零件托板以及零件成形面清理装置；所述Z轴升降装置与零件托板相连并带动零件托板上下移动，所述零件成形面清理装置置于零件托板周向，所述零件成形面清理装置是负压吸引器；所述零件成形面清理装置的清理工作面覆盖零件托板上表面。
一种多材料增材制造方法，其特征在于：所述多材料增材制造方法包括以下步骤：
1)根据待成形零件的结构确定成形所需要材料，将各成形所需要材料分别置于对应的各原料供给及回收装置中；
2)第一原料供给及回收装置将当前层成形所需要原料以预设层厚供应至原料传输膜下表面，第一原料供给及回收装置用于供给当前层成形所需要原料；
3)在原料传输膜运动装置的牵引下，原料传输膜将预设厚度的当前层成形所需要原料带到零件托板的上方；
4)开启Z轴升降装置，带动零件托板上移至距原料传输膜预设高度，所述预设高度等于预设层厚；
5)开启激光成形光源，激光成形光源发射的成形激光透过透光板以及原料传输膜后，使得预设层厚的当前层所需要原料在原料传输膜与零件托板之间成形为当前打印层；
6)Z轴升降装置带动零件托板下移，零件托板将当前打印层从原料传输膜上脱离；
7)在原料传输膜运动装置的牵引下，原料传输膜移动至第二原料供给及回收装置上方，第二原料供给及回收装置将原料传输膜下表面未参与成形的当前层成形所需要原料回收并存放；
8)重复步骤1)至步骤7)直至完成整个零件的增材制造。
上述步骤2)具体是：
2.1)在原料传输膜运动装置的牵引下，原料传输膜平移，其中，原料传输膜的下表面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐；
2.2)通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐；通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第二刮刀上端面所在高度低于第一原料供给及回收装置的原料存储仓上端面所在高度，第二刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓上端面之间的距离为预设高度；
2.3)启动第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置，第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置带动第一原料供给及回收装置的原料托板上移，使得第一原料供给及回收装置中存储的当前层成形所需要原料与原料传输膜下表面相接触，在原料传输膜的平移过程中当前层成形所需要原料被第一原料供给及回收装置的第二刮刀的上端面刮平，使得当前层成形所需要原料以预设层厚被供给至原料传输膜下表面；
优选的，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置不同，则所述步骤7)包括：
7.1)在原料传输膜运动装置的牵引下，原料传输膜平移，其中，原料传输膜的下表面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐；
7.2)通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面所在高度低于第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面所在高度，第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面之间留有的距离为预设高度；通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第二刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐；在原料传输膜平移的过程中，原料传输膜下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第二刮刀的剐蹭作用下落至原料托板上；
优选的，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置为同一装置，则所述步骤7)包括：
在原料传输膜运动装置的牵引下，原料传输膜反向平移，在原料传输膜反向平移的过程中，原料传输膜下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第一刮刀(即第一原料供给及回收装置的第一刮刀)的剐蹭作用下落至原料托板上；
优选的，所述步骤7还包括：
在原料传输膜下表面未参与成形的原料落至原料托板上之后，通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动的上端面均与第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐，随后当对应未参与成形的原料全部位于第二原料供给及回收装置的原料存储仓内后，通过刮刀运动单元带动第一、第二刮刀上端面均与第二原料供给及回收装置的原料存储仓上端面平齐，随后启动第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置，第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置带动第二原料供给及回收装置的原料托板下移，在吸附力的作用下，原料传输膜下表面未参与成形且未被清除的原料与原料传输膜完全脱离并落至第二原料供给及回收装置的原料托板上，完成原料回收；
优选的，步骤1)中成形所需要的原料是在外力作用下能够移动的高粘度浆料，高粘度浆料的粘度大于等于10Pa·s。
本发明的优点是：
本发明提供了一种多材料增材制造设备，包括透光板、激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜、原料传输膜运动装置、原料供给及回收系统以及控制系统；激光成形光源、透光板以及零件托放装置以非接触的方式自上而下依次设置；原料传输膜置于透光板下表面；控制系统分别与激光成形光源、零件托放装置、原料传输膜运动装置以及原料供给及回收系统相连；原料传输膜运动装置带动原料传输膜在透光板底部自如移动；原料供给及回收系统以及零件托放装置均设置在原料传输膜移动轨迹底部；原料供给及回收系统中存放有成形所需要原料；原料传输膜在移动过程中从原料供给及回收系统中获取成形所需要原料或将未参与成形的原料回放至原料供给及回收系统中；在激光成形光源的作用下，原料传输膜上的成形所需要原料成形在零件托放装置上。本发明是针采用正置式投影方式，能够有效避免异物误入光路影响成形质量；使用下移式零件平台，不但拓宽了可形成零件质量范围，还能够借助重力优化零件脱离原料传输膜的效果；使用透明的原料传输膜进行原料传输，实现了设备正置式投影方式与下移式零件平台的分布；设置圆柱状原料传输膜张紧装置，增加原料传输膜与张紧装置之间的接触面积，保证成形区域原料的平整度；使用高粘度原料作为成形材料，使原料能够克服重力利用原料传输膜进行运输；设置对称的原料传输膜运动装置，实现了成形过程中原料传输膜的循环利用；设置模块化原料供给及回收装置，实现了成形过程中多材料切换。
附图说明
图1是本发明所提供的多材料增材制造设备的原理示意图；
图2是本发明所采用的原料供给及回收装置的结构示意图简图；
图3是本发明所采用的原料供给及回收系统的结构示意图简图；
其中：
1-Z轴升降装置；2-零件托板；3-原料供给及回收装置；4-透光板；5-激光成形光源；6-原料传输膜张紧装置；7-原料传输膜；8-零件成形面清理装置；9-原料传输膜运动装置；10-控制系统；a-原料托板升降驱动装置；b-原料存储仓；c-原料托板；d-刮刀；e-刮刀运动单元。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种多材料增材制造设备，该设备包括透光板4、激光成形光源5、零件托放装置、原料传输膜7、原料传输膜运动装置9、原料供给及回收系统以及控制系统10；激光成形光源5、透光板4以及零件托放装置以非接触的方式自上而下依次设置，示例性的，激光成形光源5的焦平面与出光口正下方原料传输膜7下端面重合；原料传输膜7置于透光板4下表面；控制系统10分别与激光成形光源5、零件托放装置、原料传输膜运动装置9以及原料供给及回收系统相连；原料传输膜运动装置9带动原料传输膜7在透光板4底部自如移动；原料供给及回收系统以及零件托放装置均设置在原料传输膜7移动轨迹底部；原料供给及回收系统中存放有成形所需要原料；原料传输膜7移动过程中从原料供给及回收系统中获取成形所需要原料或将未参与成形的原料回放至原料供给及回收系统中；在激光成形光源5的作用下，原料传输膜7上的成形所需要原料成形在零件托放装置上。即本发明所提供的多材料增材制造设备，是以正置式投影方式与下移式零件平台的方式进行的增材制造方式。
原料供给及回收系统包括一个或多个原料供给及回收装置3，原料供给及回收系统中的每一个原料供给及回收装置3供给或回收一种成形所需要原料。原料传输膜7在移动过程中从获取成形所需要原料或将未参与成形的原料回放至原料供给及回收装置3中；当原料供给及回收系统包括一个原料供给及回收装置3时，原料供给及回收装置3以及零件托放装置沿原料传输膜7移动方向自前而后依次设置在原料传输膜7移动轨迹底部；参见图3，当原料供给及回收系统包括多个原料供给及回收装置3时，多个原料供给及回收装置3呈一字型排列，一字型排列的方式是：多个原料供给及回收装置3整体呈一字型排列后与零件托放装置沿原料传输膜7移动方向自前而后依次设置在原料传输膜7移动轨迹底部；多个原料供给及回收装置3将零件托放装置加在中间，整体呈一字型排列(当采用该方式时，与零件托放装置两侧的原料供给及回收装置3分别起原料供给作用以及原料回收作用)。
参见图3，以多个原料供给及回收装置3呈一字型排列(多个原料供给及回收装置3整体呈一字型排列后与零件托放装置沿原料传输膜7移动方向自前而后依次设置在原料传输膜7移动轨迹底部)为例，假设原料供给及回收系统包括A、B、C三个原料供给及回收装置3，A、B、C这三个原料供给及回收装置3分别负责不同种类的原料(假设就是A原料、B原料以及C原料)供应与回收。在图3中，仅以A、B、C三个原料供给及回收装置3说明原料供给及回收过程：第一种模式，A向原料传输膜7供给A原料，成形完成后将原料传输膜7反向平移，由A来回收未参与成形的A原料，并获得由A原料构成的层状零件；随后，B向原料传输膜7供给B原料，成形完成后将原料传输膜7反向平移，由B来回收未参与成形的B原料，并获得由B原料构成的层状零件；随后，C向原料传输膜7供给C原料，成形完成后将原料传输膜7反向平移，由C来回收未参与成形的C原料，至最终形成A、B、C三种材料构成的零件层。第二种模式，以原料传输膜7的传输方向，A向原料传输膜7供给A原料，待原料传输膜7继续平移后，B向原料传输膜7供给B原料，待原料传输膜7继续平移后，C向原料传输膜7供给C原料，在激光成形光源5的作用下，先成形由A原料构成的层状零件，随后随着原料传输膜7的继续平移，在A的基础上成形由B原料构成的层状零件，随后随着原料传输膜7的继续平移，在A、B的基础上成形由C原料构成的层状零件，形成A、B、C三种材料构成的零件，将原料传输膜7反向平移，先由C来回收未参与成形的C原料，待原料传输膜7继续平移后，由B来回收未参与成形的B原料，待原料传输膜7继续平移后，由A来回收未参与成形的A原料。当然若将A原料、B原料以及C原料为同一种原料，则可以提升利用该原料成形的效率。
以多个原料供给及回收装置3整体呈一字型排列(多个原料供给及回收装置3将零件托放装置加在中间，整体呈一字型排列)为例，假设原料供给及回收系统包括第一原料供给及回收装置以及第二原料供给及回收装置，第一原料供给及回收装置、零件托放装置以及第二原料供给及回收装置形成一字型排列结构，其中，第一原料供给及回收装置起原料供给作用，第二原料供给及回收装置起原料回收作用。当进行增材制造时，由第一原料供给及回收装置向原料传输膜7供给成形所需的原料，成形完成后，原料传输膜7继续前行，通过第二原料供给及回收装置回收未参与成形所需的原料，完成零件当前打印层的增材制造；重复上述过程，直至完成零件的增材制造。此外还可结合上述实施例，将多个装填有不同材料的原料供给及回收装置3分别设置在零件托放装置两侧，即B原料供给、A原料供给、零件托放装置、B原料回收以及A原料回收的一字型结构，也可提高成形效率。或者，形成例如A原料供给(I)、A原料供给(II)、零件托放装置以及A原料回收的一字型结构。
当原料供给及回收系统是多个原料供给及回收装置3时，多个原料供给及回收装置3可以环绕旋转式地设置在零件托放装置周向，通过旋转，多个原料供给及回收装置3中供给当前成形原料的原料供给及回收装置可以与零件托放装置沿原料传输膜7移动方向自前而后设置在原料传输膜7移动轨迹底部。
参见图2，原料供给及回收装置3包括原料托板升降驱动装置a、原料存储仓b、原料托板c、刮刀d、刮刀运动单元e；原料存储仓b是上部开口的结构；原料托板c平铺在原料存储仓b中；原料托板升降驱动装置a与原料托板c相连并驱动原料托板c沿原料存储仓b的轴向自如移动；成形所需要原料置于原料托板c上；原料托板升降驱动装置a通过原料托板c带动成形所需要原料沿原料存储仓b的轴向上升时，成形所需要原料与原料传输膜7的下表面相接触；刮刀d以及刮刀运动单元e均设置在原料存储仓b的侧壁上；刮刀运动单元e与刮刀d相连并驱动刮刀d沿原料存储仓b的轴向自如移动；刮刀运动单元e驱动刮刀d沿原料存储仓b的轴向自如移动时，刮刀d的上表面与原料传输膜7的下表面相接触或与原料传输膜7的下表面设置有距离，该距离是将相应厚度的原料供应到原料传输膜7上的保障。原料托板c在原料托板升降驱动装置a的牵引下上下移动的过程，即可完成原料存储仓b内原料与原料传输膜7的贴合与分离，进而与刮刀d配合实现原料的供应与回收。
刮刀d包括第一刮刀以及第二刮刀；第一刮刀的结构与第二刮刀的结构完全相同；第一刮刀以及第二刮刀沿原料传输膜7移动方向对称设置于原料存储仓b侧壁，在供给原料或回收原料的过程中，第一刮刀的上表面以及第二刮刀的上表面会与原料传输膜7的下表面相接触或分离。在一些实施例中，还设置有刮刀运动单元来对刮刀运动进行精确控制。刮刀运动单元可以是一个刮刀运动单元，也可以包括多个刮刀运动单元。示例性的，刮刀运动单元e可以包括第一刮刀运动单元以及第二刮刀运动单元，其中，第一刮刀运动单元与第一刮刀相连并驱动第一刮刀沿原料存储仓b的轴向自如移动；第二刮刀运动单元与第二刮刀相连并驱动第二刮刀沿原料存储仓b的轴向自如移动。在本申请实施例汇总，第一刮刀运动单元的结构与第二刮刀运动单元的结构可以完全相同，也可以不同。刮刀运动单元可以设置在原料存储仓b侧壁上，也可以设置在原料供给及回收装置3的其他位置，或者还可以设置在原料供给及回收装置3之外；本申请实施例对此不作限定。
原料传输膜运动装置9是两组，两组原料传输膜运动装置9的结构完全相同且对称设置，两组原料传输膜运动装置9分别与原料传输膜7相连，两组原料传输膜运动装置9同时带动原料传输膜7在透光板4底部自如移动。示例性的，本发明选用两组原料传输膜运动装置9进行同时工作。
原料传输膜运动装置9包括驱动装置，示例性的，驱动装置是链条、齿轮或传动辊。若驱动装置采用齿轮，则原料传输膜7上设置有与齿轮相啮合的齿条；若驱动装置是传动辊，则原料传输膜7通过传动辊平移；此外，原料传输膜运动装置9还包括作用于原料传输膜7上的原料传输膜张紧装置6，原料传输膜张紧装置6是一组或多组。无论哪种驱动装置，原料传输膜7均可进行单向运动或双向往复运动。
零件托放装置包括Z轴升降装置1、零件托板2以及零件成形面清理装置8；Z轴升降装置1与零件托板2相连并带动零件托板2上下移动，当零件托板2上行时，零件托板2逐步挤压原料传输膜7；零件成形面清理装置8置于零件托板2周向；零件成形面清理装置8的清理工作面覆盖零件托板2上表面。零件清理通过吸附实现，示例性的，零件成形面清理装置8是负压吸引器，零件清理工作是在每一层成形完成后已固化零件层脱离原料传输膜7的过程中进行，不同材料使用不同的零件成形面清理装置8，并通过各自的管道对清理出的粘附料进行回收。
本发明在提供上述多材料增材制造设备的同时，还提供了一种基于多材料增材制造设备所形成的多材料增材制造方法，结合图1，该方法包括以下步骤：
1)根据待成形零件的结构确定成形所需要材料，将各成形所需要材料分别置于对应的各原料供给及回收装置中；其中，成形所需要的原料是在外力作用下能够移动的高粘度浆料，示例性的，该高粘度浆料的粘度大于等于10Pa·s，在常温状态下，该高粘度浆料通常没有流动性；
2)第一原料供给及回收装置将当前层成形所需要原料以预设层厚供应至原料传输膜7下表面，第一原料供给及回收装置用于供给当前层成形所需要原料，具体实现方式是：
2.1)在原料传输膜运动装置9的牵引下，原料传输膜7平移，其中，原料传输膜7的下表面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面平齐；
2.2)通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面平齐；通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第二刮刀上端面所在高度低于第一原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面所在高度，第二刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面之间的距离为预设高度；
2.3)启动第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置a，第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置a带动第一原料供给及回收装置的原料托板c上移，使得第一原料供给及回收装置中存储的当前层成形所需要原料与原料传输膜7下表面相接触，在原料传输膜7的平移过程中当前层成形所需要原料被第一原料供给及回收装置的第二刮刀的上端面刮平，使得当前层成形所需要原料以预设层厚被供给至原料传输膜7下表面；
3)在原料传输膜运动装置9的牵引下，原料传输膜7将预设厚度的当前层成形所需要原料带到零件托板2的上方；
4)开启Z轴升降装置1，带动零件托板2上移至距原料传输膜7预设高度，所述预设高度等于预设层厚；
5)开启激光成形光源5，激光成形光源5发射的成形激光透过透光板4以及原料传输膜7后，使得预设层厚的当前层所需要原料在原料传输膜7与零件托板2之间成形为当前打印层；
6)Z轴升降装置1带动零件托板2下移，零件托板2将当前打印层从原料传输膜7上脱离；
7)在原料传输膜运动装置9的牵引下，原料传输膜7移动至第二原料供给及回收装置上方，第二原料供给及回收装置将原料传输膜7下表面未参与成形的当前层成形所需要原料回收并存放；
其中，在一种实施例中，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置不同，则所述步骤7)包括：
7.1)在原料传输膜运动装置9的牵引下，原料传输膜7平移，其中，原料传输膜7的下表面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面平齐；
7.2)通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面所在高度低于第二原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面所在高度，第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面之间留有的距离为预设高度；通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第二刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面平齐；在原料传输膜7平移的过程中，原料传输膜7下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第二刮刀的剐蹭作用下落至原料托板c上；
在另一种实施例中，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置为同一装置，则所述步骤7)包括：
在原料传输膜运动装置9的牵引下，原料传输膜7反向平移。此时，第二原料供给及回收装置(即第一原料供给及回收装置)中的第一刮刀和第二刮刀的位置保持不变，在原料传输膜7反向平移的过程中，原料传输膜7下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第一刮刀(即第一原料供给及回收装置的第一刮刀)的剐蹭作用下落至原料托板c上。
之后，在原料传输膜7下表面未参与成形的原料落至原料托板c上之后，即当对应未参与成形的原料全部落入第二原料供给及回收装置的原料存储仓b内之后，通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动的上端面均与第二原料供给及回收装置的原料存储仓b上端面平齐，随后启动第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置a，第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置a带动第二原料供给及回收装置的原料托板c下移，在吸附力的作用下，原料传输膜7下表面未参与成形且未被清除的原料与原料传输膜7完全脱离并落至第二原料供给及回收装置的原料托板c上，完成原料回收。
8)重复步骤1)至步骤7)直至完成整个零件的增材制造。
参见图2，以原料传输膜7从左向右运动进行原料供应为例对其供料方式进行说明：首先，第一原料供给及回收装置的左侧刮刀运动单元e牵引左侧刮刀d运动，使左侧刮刀d上端面与原料存储仓b上端面相平(此时刮刀d上端面与原料存储仓b上端面一样，均接触到原料传输膜7)；同时，右侧刮刀运动单元e牵引右侧刮刀d运动，使右侧刮刀d上端面与原料存储仓b上端面相距设定的距离(该距离是将相应厚度的原料供应到原料传输膜7上的保障)；随后，原料托板升降驱动装置a带动原料托板c上移推挤原料存储仓b内的原料，使其与原料传输膜7接触，由于此时原料传输膜7正从左向右运动，在浆料粘附作用下，设定层厚的原料便被供应到了原料传输膜7上。
同样以原料传输膜7从左向右运动进行原料回收为例对其收料方式进行说明：首先，第二原料供给及回收装置的左侧刮刀运动单元e牵引左侧刮刀d运动，使左侧刮刀d上端面脱离与原料传输膜7上原料的接触；同时，右侧刮刀运动单元e牵引右侧刮刀d运动，使右侧刮刀d上端面与原料存储仓b上端面相平，由于此时原料传输膜7正从左向右运动，在刮刀d刮蹭作用下，原料传输膜7上的原料便落到了原料存储仓b内；随后，当原料传输膜7上该种浆料全落入原料存储仓b后，左侧刮刀运动单元e牵引左侧刮刀d运动，使左侧刮刀d上端面也与原料存储仓b上端面相平，原料托板升降驱动装置a带动原料托板c下移拉拔原料存储仓b内的原料，在此动作产生的吸附力作用下，原料传输膜7上的原料完全与原料传输膜7分离落入原料存储仓b内。
Claims (10)
1.一种多材料增材制造设备，其特征在于：所述多材料增材制造设备包括透光板(4)、激光成形光源(5)、零件托放装置、原料传输膜(7)、原料传输膜运动装置(9)、原料供给及回收系统以及控制系统(10)；所述激光成形光源(5)、透光板(4)以及零件托放装置以非接触的方式自上而下依次设置；所述原料传输膜(7)置于透光板(4)下表面；所述控制系统(10)分别与激光成形光源(5)、零件托放装置、原料传输膜运动装置(9)以及原料供给及回收系统相连；所述原料传输膜运动装置(9)带动原料传输膜(7)在透光板(4)底部移动；所述原料供给及回收系统以及零件托放装置均设置在原料传输膜(7)移动轨迹底部；所述原料供给及回收系统中存放有成形所需要原料；所述原料传输膜(7)在移动过程中从原料供给及回收系统中获取成形所需要原料或将未参与成形的原料回放至原料供给及回收系统中；在激光成形光源(5)的作用下，所述原料传输膜(7)上的成形所需要原料成形在零件托放装置上。
2.根据权利要求1所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述原料供给及回收系统包括一个或多个原料供给及回收装置(3)，所述原料供给及回收系统中的每一个原料供给及回收装置(3)供给或回收一种成形所需要原料；
当原料供给及回收系统包括一个原料供给及回收装置(3)时，所述原料供给及回收装置(3)以及零件托放装置沿原料传输膜(7)移动方向自前而后依次设置在原料传输膜(7)移动轨迹底部；
当原料供给及回收系统包括多个原料供给及回收装置(3)时，多个原料供给及回收装置(3)以及零件托放装置沿一字型结构设置在原料传输膜(7)移动轨迹底部；
当原料供给及回收系统包括多个原料供给及回收装置(3)时，多个原料供给及回收装置(3)环绕旋转式地设置在零件托放装置周向，多个原料供给及回收装置(3)中供给或回收当前成形所需要原料的原料供给及回收装置与零件托放装置沿原料传输膜(7)移动方向自前而后依次设置在原料传输膜(7)移动轨迹底部。
3.根据权利要求2所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述原料供给及回收装置(3)包括原料托板升降驱动装置(a)、原料存储仓(b)、原料托板(c)、刮刀(d)、刮刀运动单元(e)；所述原料存储仓(b)是上部开口的结构；所述原料托板(c)平铺在原料存储仓(b)中；所述原料托板升降驱动装置(a)与原料托板(c)相连并驱动原料托板(c)沿原料存储仓(b)的轴向自如移动；成形所需要原料置于原料托板(c)上；所述原料托板升降驱动装置(a)通过原料托板(c)带动成形所需要原料沿原料存储仓(b)的轴向上升时，所述成形所需要原料与原料传输膜(7)的下表面相接触；所述刮刀(d)设置在原料存储仓(b)的侧壁上；所述刮刀运动单元(e)与刮刀(d)相连并驱动刮刀(d)沿原料存储仓(b)的轴向自如移动；所述刮刀运动单元(e)驱动刮刀(d)沿原料存储仓(b)的轴向自如移动时，所述刮刀(d)的上表面与原料传输膜(7)的下表面相接触或与原料传输膜(7)的下表面设置有距离。
4.根据权利要求3所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述刮刀(d)包括第一刮刀以及第二刮刀；所述第一刮刀以及第二刮刀沿原料传输膜(7)移动方向对称设置于原料存储仓(b)侧壁。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述原料传输膜运动装置(9)是两组，两组原料传输膜运动装置(9)分别与原料传输膜(7)相连，两组原料传输膜运动装置(9)同时带动原料传输膜(7)在透光板(4)底部自如移动。
6.根据权利要求5所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述原料传输膜运动装置(9)包括驱动装置，所述驱动装置是链条、齿轮或传动辊。
7.根据权利要求6所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述原料传输膜运动装置(9)还包括作用于原料传输膜(7)上的原料传输膜张紧装置(6)，所述原料传输膜张紧装置(6)是一组或多组。
8.根据权利要求7所述的多材料增材制造设备，其特征在于：所述零件托放装置包括Z轴升降装置(1)、零件托板(2)以及零件成形面清理装置(8)；所述Z轴升降装置(1)与零件托板(2)相连并带动零件托板(2)上下移动，所述零件成形面清理装置(8)置于零件托板(2)周向，所述零件成形面清理装置(8)是负压吸引器；所述零件成形面清理装置(8)的清理工作面覆盖零件托板(2)上表面。
9.一种基于如权利要求1-8任一项所述的多材料增材制造设备的多材料增材制造方法，其特征在于：所述多材料增材制造方法包括以下步骤：
1)根据待成形零件的结构确定成形所需要材料，将各成形所需要材料分别置于对应的各原料供给及回收装置中；
2)第一原料供给及回收装置将当前层成形所需要原料以预设层厚供应至原料传输膜(7)下表面，第一原料供给及回收装置用于供给当前层成形所需要原料；
3)在原料传输膜运动装置(9)的牵引下，原料传输膜(7)将预设厚度的当前层成形所需要原料带到零件托板(2)的上方；
4)开启Z轴升降装置(1)，带动零件托板(2)上移至距原料传输膜(7)预设高度，所述预设高度等于预设层厚；
5)开启激光成形光源(5)，激光成形光源(5)发射的成形激光透过透光板(4)以及原料传输膜(7)后，使得预设层厚的当前层所需要原料在原料传输膜(7)与零件托板(2)之间成形为当前打印层；
6)Z轴升降装置(1)带动零件托板(2)下移，零件托板(2)将当前打印层从原料传输膜(7)上脱离；
7)在原料传输膜运动装置(9)的牵引下，原料传输膜(7)移动至第二原料供给及回收装置上方，第二原料供给及回收装置将原料传输膜(7)下表面未参与成形的当前层成形所需要原料回收并存放；
8)重复步骤1)至步骤7)直至完成整个零件的增材制造。
10.根据权利要求9所述的材制造方法，其特征在于：
所述步骤2)具体是：
2.1)在原料传输膜运动装置(9)的牵引下，原料传输膜(7)平移，其中，原料传输膜(7)的下表面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面平齐；
2.2)通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面平齐；通过刮刀运动单元带动第一原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第一原料供给及回收装置的第二刮刀上端面所在高度低于第一原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面所在高度，第二刮刀上端面与第一原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面之间的距离为预设高度；
2.3)启动第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置(a)，第一原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置(a)带动第一原料供给及回收装置的原料托板(c)上移，使得第一原料供给及回收装置中存储的当前层成形所需要原料与原料传输膜(7)下表面相接触，在原料传输膜(7)的平移过程中当前层成形所需要原料被第一原料供给及回收装置的第二刮刀的上端面刮平，使得当前层成形所需要原料以预设层厚被供给至原料传输膜(7)下表面；
优选的，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置不同，则所述步骤7)包括：
7.1)在原料传输膜运动装置(9)的牵引下，原料传输膜(7)平移，其中，原料传输膜(7)的下表面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面平齐；
7.2)通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面所在高度低于第二原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面所在高度，第二原料供给及回收装置的第一刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面之间留有的距离为预设高度；通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第二刮刀上端面与第二原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面平齐；在原料传输膜(7)平移的过程中，原料传输膜(7)下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第二刮刀的剐蹭作用下落至原料托板(c)上；
优选的，若第二原料供给及回收装置与第一原料供给及回收装置为同一装置，则所述步骤7)包括：
在原料传输膜运动装置(9)的牵引下，原料传输膜(7)反向平移，在原料传输膜(7)反向平移的过程中，原料传输膜(7)下表面未参与成形的原料在第二原料供给及回收装置的第一刮刀(即第一原料供给及回收装置的第一刮刀)的剐蹭作用下落至原料托板(c)上；
优选的，所述步骤7还包括：
在原料传输膜(7)下表面未参与成形的原料落至原料托板(c)上之后，通过刮刀运动单元带动第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动，使第二原料供给及回收装置的第一刮刀和第二刮刀运动的上端面均与第二原料供给及回收装置的原料存储仓(b)上端面平齐，随后启动第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置(a)，第二原料供给及回收装置的原料托板升降驱动装置(a)带动第二原料供给及回收装置的原料托板(c)下移，在吸附力的作用下，原料传输膜(7)下表面未参与成形且未被清除的原料与原料传输膜(7)完全脱离并落至第二原料供给及回收装置的原料托板(c)上，完成原料回收；
优选的，步骤1)中成形所需要的原料是在外力作用下能够移动的高粘度浆料，所述高粘度浆料的粘度大于等于10Pa·s。
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