CN117245910A - 上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，在粉末床中对应三维梯度材质构件某一个实体层的各个位置点由一个可变材质供粉头根据该实体层相应点的成分要求供送相应的梯度材质粉末，对应该实体层以外的区域由一个单材质供粉头供送同一种支撑粉末，这两个区域被粉末填满并形成一个完整的粉末层后，压平粉末层上表面，然后对实体层对应的粉末层区域进行熔融或者喷墨成形，该实体层成形后下降一个层厚高度，根据下一个实体层材质变化的情况重复前述梯度材质供粉、压平和熔融或喷墨的过程，成形一个新的实体层，直至成形整个三维梯度材质构件。实施本发明的有益效果是，能够实现在X、Y、Z方向上三维梯度材质复杂构件的增材制造。
Description
技术领域
上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法属于成形制造领域，具体来说，主要涉及用于三维梯度材质构件的粉末床熔融、喷墨成形等增材制造(3D打印)的一种方法。
背景技术
增材制造是一种很有前景的成形制造工艺，是目前和今后相当一段时间研究的热点。它能够根据构件的三维CAD模型，不需要模具，直接成形出实体构件，节约了模具费用和制造工期，有利于减少产品开发成本、缩短开发周期，快速适应市场需要，而且特别适合结构复杂、传统方法难成形的构件生产以及单件小批量构件的快速制造。
粉末床熔融、喷墨成形等增材制造工艺是当前应用较广、很有发展前景的增材制造工艺。这类工艺由于粉末床中粉末对成形结构的支撑作用，能够成形结构复杂、精度高的构件。目前出现了粉末床激光熔融、粉末床电子束熔融、粉末床喷墨成形等增材制造工艺，已经能够成形制造金属和非金属构件、铸造用砂型、陶瓷件等，广泛地应用于机械、模具、航空航天、铸造、轻工业、医疗等多个领域。
目前，人们希望用增材制造工艺成形制造出三维梯度材质的复杂构件，以满足构件复杂的工况要求。但是，目前还没有办法帮助人们满足这一需求。
发明内容
针对这种情况，本专利分析了当前各种增材制造工艺与设备的特点，设计了一种新的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，以满足成形制造三维梯度材质的复杂构件的需求。
本发明解决问题的方案是：在粉末床中对应三维梯度材质构件某一个实体层的各个位置点由一个可变材质供粉头根据该实体层相应点的成分要求供送相应的梯度材质粉末，对应该实体层以外的区域由一个单材质供粉头供送同一种支撑粉末，这两个区域被粉末填满并形成一个完整的粉末层后，压平粉末层上表面，然后对实体层对应的粉末层区域进行熔融或者喷墨成形，该实体层成形后下降一个层厚高度，根据下一个实体层材质变化的情况重复前述梯度材质供粉、压平和熔融或喷墨的过程，成形一个新的实体层，直至成形整个三维梯度材质构件。
上述上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，变材质供粉头供送的异质粉末来自于多个储粉筒，多种异质粉末分别经过实时定量、混合后进入可变材质供粉头向粉末床输送，可变材质供粉头在粉末床上对构件实体层对应的全部位置点进行扫描、供粉，形成粉末层中对应于构件实体层的那一部分。
上述上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，单材质供粉头供送的支撑粉末来自于一个特定的储粉筒，只经过定量就进入单材质供粉头向粉末床输送，单材质供粉头对粉末床中对应构件实体层以外的各个位置点全部进行扫描、供粉，形成粉末层中对应于构件实体层以外的那一部分。
上述上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，粉末层上表面由一个压平机构压平，该机构的压平板工作面与成形缸横截面相同，在两个供粉头供粉时压平板处于粉末床后方或侧旁，在粉末层形成后，压平板被传送到粉末床正上方，压平机构驱动压平板下降，压平粉末层上表面。
上述上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，梯度材质粉末要在对应实体层边缘以外的粉末床上留有足够余量，在熔融或者喷墨后获得实体层的完整的梯度材质边缘轮廓。
上述上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，一个梯度材质实体层成形后，如果下一个实体层材质成分分布发生变化，可变材质供粉头可以根据新的实体层的成分要求，实时供送不同材质的粉末，从而得到构件在高度方向上的梯度材质。
本发明的有益效果是，能够实现在X、Y、Z方向上三维梯度材质复杂构件的增材制造。
附图说明
图1是上置式双供粉头三维梯度材质粉末床激光熔融增材制造装置示意图。
图中1.成形缸，2.成形平台，3.落粉口，4.可变材质供粉头，5. 混粉器与供粉头间连接软管，6.气体逸散孔，7.混粉器，8.进气管，9. 梯度材质各粉末定量器，10.梯度材质各粉末储粉筒，11.激光振镜系统，12.支撑粉末储粉筒，13. 支撑粉末定量器，14. 送粉管，15. 供粉头（+混粉器）安装板，16. X轴滑杆（2根），17.支撑粉末供粉头，18.压平板，19.成形基板，20.粉末床。
具体实施方式
结合附图，具体说明本发明的实施方式。
3个梯度材质粉末定量器9按粉末床20上对应实体层某位置点的粉末成分的要求分别定量出各自储粉筒10中的粉末，并分别在进入气管8中的气体作用下形成粉末流，输送到混粉器7，粉末流中的气体通过混粉器7壁上的逸散孔6向外界逸散，粉末在混粉器7中混合后落向混粉器与可变材质供粉头间的连接软管5，然后进入可变材质供粉头4，通过其落粉口3降落到基板19上表面对应于粉末床20上的该位置点；可变材质供粉头4、混粉器7由安装板15 安装在X轴滑杆16上，系统驱使它们进行X-Y平面扫描和供粉，得到前述实体层对应的粉末层部分；支撑粉末储粉筒12经过支撑粉末定量器13向支撑粉末供粉头17输送支撑粉末，支撑粉末落向粉末床20中对应于实体层以外的位置点，支撑粉末供粉头17同样进行X-Y平面扫描和供粉，得到一个对应实体层以外区域的粉末层部分。此时，成形基板19上的粉末床20形成，压平板18压向粉末床20，使粉末床20的上表面平整，与成形平台2平齐或达到设定高度，得到了成形一层梯度材质实体的粉末层。激光束在振镜光学系统11作用下，扫描该实体层所对应的粉末层部分，成形该实体层。该实体层成形后，成形基板19下降一个实体层厚的高度，如果下一个实体层材质不同，梯度材质各粉末定量器9实时改变在其对应的粉末层位置点的各种粉末的比例，可变材质供粉头4和支撑粉末供粉头17分别在该层完成扫描、供粉且粉层上表面经压平板18压平后就可获得对应于下一个实体层的粉末层，随后激光束扫描、成形该新的实体层。重复以上步骤，直至完成整个三维梯度材质构件的成形。
Claims (6)
1.上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征是：在粉末床中对应三维梯度材质构件某一个实体层的各个位置点由一个可变材质供粉头根据该实体层相应点的成分要求供送相应的梯度材质粉末，对应该实体层以外的区域由一个单材质供粉头供送同一种支撑粉末，这两个区域被粉末填满并形成一个完整的粉末层后，压平粉末层上表面，然后对实体层对应的粉末层区域进行熔融或者喷墨成形，该实体层成形后下降一个层厚高度，根据下一个实体层材质变化的情况重复前述梯度材质供粉、压平和熔融或喷墨的过程，成形一个新的实体层，直至成形整个三维梯度材质构件。
2.根据权利要求1所述的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征还有：变材质供粉头供送的异质粉末来自于多个储粉筒，多种异质粉末分别经过实时定量、混合后进入可变材质供粉头向粉末床输送，可变材质供粉头在粉末床上对构件实体层对应的全部位置点进行扫描、供粉，形成粉末层中对应于构件实体层的那一部分。
3.根据权利要求1所述的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征还有：单材质供粉头供送的支撑粉末来自于一个特定的储粉筒，只经过定量就进入单材质供粉头向粉末床输送，单材质供粉头对粉末床中对应构件实体层以外的各个位置点全部进行扫描、供粉，形成粉末层中对应于构件实体层以外的那一部分。
4.根据权利要求1所述的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征还有：粉末层上表面由一个压平机构压平，该机构的压平板工作面与成形缸横截面相同，在两个供粉头供粉时压平板处于粉末床后方或侧旁，在粉末层形成后，压平板被传送到粉末床正上方，压平机构驱动压平板下降，压平粉末层上表面。
5.根据权利要求1所述的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征还有：梯度材质粉末要在对应实体层边缘以外的粉末床上留有足够余量，在熔融或者喷墨后获得实体层的完整的梯度材质边缘轮廓。
6.根据权利要求1所述的上置式双供粉头三维梯度材质粉末床增材制造方法，其特征还有：一个梯度材质实体层成形后，如果下一个实体层材质成分分布发生变化，可变材质供粉头可以根据新的实体层的成分要求，实时供送不同材质的粉末，从而得到构件在高度方向上的梯度材质。
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