CN117962310A - 复合材料及其制备方法和用于层叠制造三维物体的机器 - Google Patents

Abstract

本申请总体涉及复合材料的制备，并且更具体地涉及一种复合材料及其制备方法和用于层叠制造三维物体的机器。复合材料的制备总体涉及：获取由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成的混合材料；对混合材料进行第一能量处理以使混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；对混合材料进行第二能量处理以使至少一种材料均匀弥散在混合材料中的其它材料的基体中，形成复合材料。本申请能够有效解决复合材料制备过程中特殊材料易团聚结块的问题，实现特殊材料的均匀分散和性能优化。

Description

复合材料及其制备方法和用于层叠制造三维物体的机器

技术领域

本申请总体涉及复合材料的制备，并且更具体地涉及一种复合材料及其制备方法和用于层叠制造三维物体的机器。

背景技术

在制备含有两种或更多组分的材料时，通常是通过合成或复合不同成分的材料而成。例如，对于金属材料与陶瓷材料的复合材料，尤其是纳米陶瓷颗粒与金属颗粒形成的复合材料，在制备金属基体的纳米陶瓷颗粒增强相的复合材料时，不管是激光烧结工艺，还是激光熔融工艺，都存在陶瓷纳米颗粒易团聚结块，无法均匀弥散在金属基体中的问题，导致复合后的材料性能达不到预期要求。激光烧结/熔融工艺一般是将混合材料进行激光烧结/熔融使其弥散，这种方法下纳米颗粒的团聚结块使其很难在金属基体中分散均匀，另能耗较高，温度控制很难精确，发生的反应也不可控。特别是增材制造中激光熔融工艺，由于纳米陶瓷颗粒的结块严重，导致激光扫描后，纳米陶瓷颗粒在金属熔池中无法均分分布，进而导致增材制造出的构件性能上达不到要求。

CN115369276A描述了一种SiC和TiB₂双相增强铝基复合材料及其制备方法，通过将SiC、TiB₂ 陶瓷粉末以任意比例混匀后，再与铝基合金粉末混匀，并将其采用激光粉末床熔融增材制造技术打印于铝基合金基板上，在基板上形成复合材料A；将复合材料A与基板分离后，依次进行固溶热处理和时效热处理，即获得SiC和TiB₂ 双相增强铝基复合材料。该方案是通过将复合材料从增材制造的基板上分离后再进行固溶热处理和时效热处理，后处理工序复杂。

CN116275120A描述了一种陶瓷颗粒增强沉淀硬化型镍基高温合金性能提升方法，选用的高温合金为沉淀硬化镍基高温合金材料且在时效处理后可析出γ’相，并保证LPBF成形后及热处理后均无开裂现象，外加陶瓷颗粒且其具有晶粒细化作用；双离心高速混合高温合金和陶瓷颗粒形成复合粉体，利用激光粉末床熔融技术成形样件并采用“固溶处理+时效处理”方式进行热处理。该方案是利用激光粉末床熔融技术成形样件后进行后续热处理，不能解决复合粉体材料中陶瓷颗粒的团聚和结块问题。

发明内容

本申请实施例提供一种复合材料及其制备方法和用于层叠制造三维物体的机器，旨在解决复合材料制备过程中存在的颗粒团聚、无法均匀分布及构件性能不达预期要求等技术问题。

为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种制备复合材料的方法，包括：获取由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成的混合材料；对所述混合材料进行第一能量处理以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；对经所述第一能量处理后的所述混合材料进行第二能量处理以使所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中，形成复合材料，其中，所述第一能量处理和/或第二能量处理通过光束扫描向所述混合材料中输入能量。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理与第二能量处理是先后沿着相同的路径进行扫描，针对同一位置的扫描时间间隔不大于10 ms。

在第一方面的可选实施方式中，第一能量处理的光束在所述混合材料扫描时呈现出连续的能量频率波动，交替出现峰顶和谷底。

在第一方面的可选实施方式中，在对所述混合材料进行第一能量处理之前，将所述混合材料施加在载体或在所述载体上形成的上一个材料层上以形成一个摊开或平铺的材料层。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理和第二能量处理产生的能量不同，其中，所述第一能量处理产生的能量无法熔化所述基体，所述第二能量处理产生的能量能够熔化所述基体以形成熔池，所述至少一种材料均匀弥散在所述熔池中。

在第一方面的可选实施方式中，所述第二能量处理使用的光束功率大于所述第一能量处理使用的光束功率。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理和第二能量处理使用的光束为同一光束或不同光束。

在第一方面的可选实施方式中，所述同一光束由一个能量束发射器发射产生，所述不同光束由对一个能量束发射器发射的光束进行分束产生或由不同的能量束发射器分别发射产生。

在第一方面的可选实施方式中，所述同一光束被配置为在所述第一能量处理中执行对所述第二能量处理的回程扫描，所述不同光束被配置为执行对所述第一能量处理和第二能量处理的交替扫描。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一种材料和其它材料分别选取金属、陶瓷、高分子材料、玻璃和纤维的至少一种。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一种材料选取陶瓷，所述其它材料选取金属。

在第一方面的可选实施方式中，所述第二能量处理被配置为通过选择性熔融扫描所述混合材料以形成至少一个三维物体的至少一个层或选择性熔融扫描逐层叠加的所述混合材料以形成所述至少一个三维物体，在所述至少一个三维物体的至少一个层的形成中，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理被配置为不小于所述第二能量处理的覆盖范围。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理的光束扫描深度不小于第二能量处理的光束扫描深度。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一能量处理和第二能量处理被配置为在用于层叠制造三维物体的机器中进行。

第二方面，本申请实施例提供一种复合材料，所述复合材料利用第一方面任一项所述的方法制备而成。

第三方面，本申请实施例提供一种制备复合材料的系统，包括：材料混合设备，其被构造为对至少两种具有不同能量吸收率的材料进行混合以形成混合材料；具有至少一能量束发射器的光学扫描系统，所述光学扫描系统被构造为对所述混合材料进行第一能量处理以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布，并且对所述混合材料进行第二能量处理以使所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中，形成复合材料。

第四方面，本申请实施例提供一种用于层叠制造三维物体的机器，所述机器被配置为利用具有能量的至少一光束对逐层叠加的混合材料进行选择性熔融扫描来制造三维物体，所述混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成；所述机器被进一步配置为在对所述混合材料进行选择性熔融扫描之前，利用所述至少一光束对所述混合材料进行预扫描以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布，进一步使得在利用所述至少一光束对所述混合材料进行选择性熔融扫描时，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中。

第五方面，本申请实施例提供一种用于层叠制造三维物体的方法，包括：在载体上进行混合材料铺设以形成一个平铺的材料层，其中，所述混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成；利用具有至少一能量束发射器的光学扫描系统对铺设的所述材料层进行预扫描以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；利用所述光学扫描系统对经所述预扫描后的材料层进行选择性熔融扫描来形成三维物体的一个层，其中，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中；重复所述混合材料铺设、预扫描和选择性熔融扫描，直至制成所述三维物体。

总体而言，本申请实施例通过第一能量处理使混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以促进均匀分布，再通过第二能量处理使其均匀弥散在混合材料中的其它材料的基体中，从而有效解决了复合材料制备过程中的困难，实现了特殊材料的均匀分散和性能优化。例如，本申请能够有效地解决陶瓷颗粒易团聚结块的问题，通过第一能量处理和第二能量处理的执行实现陶瓷颗粒在金属基体中的均匀分散，以提高复合材料的强度、韧性和耐磨性等，从而提高制造的构件性能。

前述发明内容仅是说明性的，而不旨在以任何方式进行限制。除了上述的说明性方面、实现方式和特征之外，通过参考附图和以下详细说明，其它方面、实现方式和特征将变得显而易见。

附图说明

在这里所结合的并且形成说明书的一部分的附图示出了本申请的一个或更多实施例，并且与描述一起用于解释本申请的原理以及用于使相关领域的普通技术人员能够制作和使用本申请。

图1示出了根据本申请实施例的混合材料状态演变示意图，其中，(a)示出了混合材料的初始状态，(b)示出了混合材料在第一能量处理后的状态，(c)示出了混合材料在第二能量处理后的状态；

图2示出了根据本申请实施例的单光束能量处理示意图，其中，(a)示出了第一能量处理，(b)示出了第二能量处理；

图3示出了根据本申请实施例的双光束能量处理示意图；

图4和图5分别示出了根据本申请实施例的一种双光束光路示意图；

图6示出了根据本申请实施例的第二能量处理的光束照射在诱发熔池以使其向成形熔池演变的示意图；

图7示出了不同测试示例的由硼化钛和铝合金基体形成的铝基复合材料的显微图像，其中，(a)示出了测试示例1，(b)示出了测试示例2，(c)示出了测试示例3；

图8示出了根据本申请实施例的制备复合材料的系统的示意框图；

图9示出了根据本申请实施例的层叠制造方法的示意流程图；

图10示出了根据本申请实施例的层叠制造机器的示意结构图。

具体实施方式

本申请涉及的“光束”指代能量束的一种形式，优选为激光束，也可是电子束、离子束、等离子束等形式。

本申请涉及的“混合材料”和形成“混合材料”的材料(混合材料的组成)在物理结构上主要指固态材料，尤其指粉末颗粒，这些粉末颗粒可以具有不同的形状、尺寸和粒径大小。除了粉末颗粒外，固态材料也可以具有其他形状，如丝状、片状或颗粒间相互连接的结构。例如，在混合材料中加入丝状材料可能会增强材料的拉伸强度和韧性，因为丝状材料在材料中的分布可以有效地阻止裂纹的扩展。除了固态材料外，混合材料还可能涉及其他形式的材料，例如液态材料。在某些情况下，固态材料可以与液态材料混合，然后通过特定的处理过程使其固化，形成混合材料。

混合材料由两种或两种以上的材料混合而成。为了便于描述，下文的一些实施例中将混合材料的组成按照性质的不同划分为材料A和材料B。应理解，这种划分并非指混合材料只能由两种不同性质的材料组成，仅为简化描述。实际应用中，材料A和材料B可以代表不同的性质、成分或功能的材料。示例性的，例如要制备金属基体的复合材料，并且希望增加其耐磨性和强度，那么材料A可以是金属材质，材料B可以是陶瓷。更具体地，例如材料A是铝合金粉末，材料B是硼化钛(TiB₂)陶瓷粉末。

在一些实施例中，可以选择金属、陶瓷、高分子材料、玻璃和纤维等多种材料中的至少一种来构成混合材料。例如，当选择金属构成混合材料时，材料A和材料B表示不同材质的金属，其它类型选择同理。

总体上，混合材料遵循组成材料之间具有不同的能量吸收率的选取原则。混合材料中的不同成分通常会对光、热或其他形式的能量产生不同程度的吸收反应，这种吸收的差异性能确保在制备过程中，不同材料可以在特定条件下获得不同的加工效果。例如，具有不同能量吸收率的材料在受到相同能量输入时会产生不同的响应，这可以用于调节材料的分散性、形态以及在复合材料中的分布状况。因此，混合材料的选择依赖于这种能量吸收率的差异，以确保在制备过程中可以实现所需的材料性质和结构。

本申请的一些实施例涉及复合材料的制备方法，尤其利用获取的混合材料来制备复合材料。该制备方法主要涉及混合材料的获取、第一能量处理和第二能量处理等三个阶段，并基于不同阶段产生如图1所示的可能的相应状态。

混合材料的获取阶段，在选取相应的组成材料(如材料A和材料B)后，利用混料设备/器具对选取的组成材料进行混合处理以形成混合材料。

混合处理的一个示例，在准备好需要混合的材料A和材料B后，根据设计需求，精确称量所需比例的材料A和材料B，确保按照配比精准配料，并将称量好的材料A和材料B置于材料混合设备中，通过材料混合设备内部的搅拌、撞击或其他力的作用，将材料A和材料B彼此混合，以形成所需的混合材料。混合过程中，需要在一定的混合时间内保持适当的混合速度和温度，以确保材料A和材料B充分混合，并且混合过程中不会引入其他杂质。材料混合设备可以是各种类型的混合机械，如行星混合机、球磨机、气雾化设备等。

其它混合处理的示例，例如在对材料A和材料B进行混合的过程中，可以向混合空间内输入惰性气体，其中惰性气体示例性的包括氮(N)、氩(Ar)、氦(He)或者它们的混合物。在一个优选方案中，惰性气体为氩。通过在混合空间内输入惰性气体可以有效减少氧气的存在，降低材料的氧化风险，另外惰性气体有助于维持材料的原有性质，避免在氧气存在下可能会发生化学反应，影响其性质。

参考图1中的(a)示出的初始状态，材料A和材料B已经过混合处理，彼此相互混合并均匀分布在一起。这个阶段是在进行任何能量处理之前，即混合材料还未经历任何加工或处理。材料A和材料B的颗粒或结构相互交织在一起，但尚未发生任何物理或化学变化。

第一能量处理是指利用能量源向混合材料中输入能量，通过能量的刺激作用，使材料B发生相应的物理变化或化学变化。对于材料B来说，这种能量刺激导致其发生裂解、碎化或其他形式的物理变化，从而促使其在混合材料中更加均匀地分布。

在一些实施例中，第一能量处理采用非物理接触的方式，即能量输入并不直接通过物理接触来实现，而是通过外部介质或场来传递能量。

特别地，第一能量处理输入的能量以光束的形式呈现，尤其是激光束。例如，利用激光束作为能量源，通过聚焦和控制激光束的功率密度来实现对混合材料的扫描处理。

除了光束外，在可能的实现方式中，第一能量处理输入的能量可以考虑采用其它形式，如电磁感应、电场作用、声波震荡等。值得注意的是，光束将作为第一能量处理过程中首选的能量输入方式，贯穿全文涉及的全部实施例中。

裂解或碎化现象可以理解为材料在光束扫描期间遭受瞬间高温的影响。当光束扫描通过材料时，材料表面会被快速加热至极高的温度，而材料内部的温度却相对较低，由于这种突然的温度变化，材料经历了即热即冷的过程，导致内部和表面之间产生了巨大的温度梯度。这种温度梯度引发了材料的内部应力，因为不同部位的材料在不同温度下会发生不同程度的膨胀和收缩，特别是在材料的表面，由于受到光束的直接加热，温度升高迅速，而材料内部却无法及时传导这种热量，导致表面和内部之间形成了巨大的应力差异。

随着光束的持续扫描，这种温度梯度会导致材料表面的局部区域出现应力集中现象，最终可能导致材料的裂解或碎化。这种现象类似于材料经历了快速冷却的过程，由于材料不同部位的温度变化不一致，发生了内部应力的积累，最终导致了材料的破裂或碎片的产生。

这样，通过第一能量处理，可以改善材料B的分散性，使其在混合材料中更加均匀地分布，从而更好地实现在后续的加工或处理中与材料A的相互作用。

特别地，第一能量处理产生的能量无法熔化材料A的基体，而是专注于对材料B的分散作用。在第一能量处理中，所施加的能量仅足以使材料B发生裂解或碎化，而不足以使材料A的基体发生融化。也就是说针对材料A的基体并未达到熔化温度，仅针对材料B的微观结构产生影响，以实现所需的分散效果。这是由于两种材料具有不同的能量吸收率所导致的。以铝合金颗粒(材料A)和硼化钛颗粒(材料B)为例，由于硼化钛的能量吸收率通常较高，因此在接受相同能量输入时，硼化钛更容易吸收和传导热量。因此，当施加第一能量处理时，能量更多地被硼化钛颗粒吸收，导致其局部温度升高，而铝合金颗粒的温度升高程度较低，不足以使其基体发生融化。

并且，在第一能量处理过程中，针对材料A的熔点会设定相应的能量功率，以确保输入的能量不足以使材料A的基体达到熔点。这样，即使材料B吸收了更多的能量并发生了裂解或碎化，材料A的基体仍然保持固态状态，从而确保混合材料中的材料A不会发生融化。

参考图1中的(b)示出的第一能量处理后的状态，材料A的基体保持其固有形态而未发生熔化。与此同时，材料B在能量输入的作用下发生了裂解或碎化。这样的处理过程使得材料B的微观结构得以改变，从而增强了其分散性，有助于在混合材料中实现更加均匀的分布。

第二能量处理的能量同样优选以光束的形式呈现，尤其是激光束，区别在于其功率要大于第一能量处理的功率。通过对混合材料进行第二能量处理，输入的能量足以融化材料A的基体，使其处于液态状态。在这种状态下，材料A能够更加均匀地与材料B相互混合，使得材料B均匀弥散在材料A的基体中。

具体而言，在第二能量处理阶段，通过输入高能量的光束，材料A的基体会被加热到足以使其熔化的温度。这种高温环境下，材料A的基体形成了一个熔池，处于液态状态。同时，由于材料B具有较高的能量吸收率，在这个高能量的作用下，材料B会均匀地分散在熔池中。即材料B的颗粒或颗粒之间的连接结构会在熔池中均匀地分布，与材料A的液态基体相互混合。这样，材料A和材料B在熔池中形成了一个均匀的混合物，构成了复合材料的基础结构。

参考图1中的(c)示出的第二能量处理后的状态，材料A的基体已经被熔化形成了熔池，而材料B则均匀地弥散在这个熔池中。这样的处理过程使得材料A和材料B在混合材料中实现了更加均匀的分布和混合以构成复合材料。

本申请通过第一能量处理和第二能量处理，可以有效地防止混合材料中的颗粒团聚现象，并实现材料的均匀分布。通过混合材料中材料A和材料B的均匀分布，可以使复合材料的性能得到有效增强。例如，在金属基体的陶瓷颗粒增强相的复合材料中，颗粒的均匀分布可以提高材料的强度、硬度和耐磨性，从而使构件的性能达到预期要求。并且由于混合材料中颗粒的均匀分布，可以降低加工过程中出现的不均匀性和缺陷，提高构件的加工质量。

应理解，在本申请的描述中，复合材料被用作一个广义的术语，它可以涵盖各种不同类型的材料组合，例如包括混合物和合金材料等。所选择的材料种类将决定复合材料的性质和应用范围。当选择不同种类的材料进行混合时，形成的复合材料可能具有多种不同的特性，例如强度、硬度、耐磨性、导电性等。

在一些实施例中，第一能量处理和第二能量处理所使用的光束可以是同一个光束。

参考图2所示，光束L1被配置为既用于对(a)中的混合材料(材料A和材料B形成)进行第一能量处理，也用于对(b)中的混合材料进行第二能量处理。

这种处理机制下，光束L1例如被配置为在第一能量处理中执行对第二能量处理的回程扫描。这里的回程扫描，可以理解为：只有一台能量束发射器的光学扫描系统，在不分束的情况下，完成第一能量处理和第二能量处理的实施方式，可以是第一能量处理结束后，调整参数，并即刻进行第二能量处理。这种实施方式进行第一能量处理和第二能量处理的局限性在于两个能量光束的时间间隔，目前的一台能量束发射器的光学扫描系统设备可以做到的最小时间间隔(dt)是毫秒级别(1 ms≤dt≤10 ms)。

即光束L1首先进行第一能量处理的扫描，沿着预设的路径在混合材料表面进行扫描。在完成对某一位置的第一能量处理后，光束L1沿着相同的路径进行回程扫描，执行第二能量处理。在这个阶段，光束的参数会有所调整，以适应第二能量处理的要求，例如增加功率以实现材料A的熔化。

在一些实施例中，回程扫描的控制策略可以依据时间间隔。在执行回程扫描时，光束L1在每个预定的时间间隔后返回到起始位置，并沿着相同的路径进行扫描。这里所指的沿着相同的路径进行扫描，可以理解为在扫描矢量线上是同一位置(点)；也可以理解为第一能量处理的方向和区域与第二能量处理的方向和区域相同，都是能量束光斑大小的区域。

在时间间隔的控制策略下，回程扫描的时间间隔(dt)被预先设定，例如设置为1ms≤dt≤10 ms。

时间间隔的设置是通过对混合材料的特性、光束的参数以及处理效果的要求进行综合考虑而确定的。因此，设定dt≤10 ms的范围可以在处理精度和稳定性之间取得平衡。

时间间隔的选择受到多种因素的影响，包括混合材料的热响应时间、光束的功率和扫描速度、所需处理效果的精度要求等。

根据实际情况，时间间隔可能需要进行动态调整，以适应不同区域或不同处理阶段的需求。例如，在处理材料较薄的区域时，可以缩短时间间隔以增加处理的精度；而在处理材料较厚的区域时，可以延长时间间隔以稳定能量输入。

此外在一些实施例中，回程扫描的控制策略还可以依据距离间隔。在这种控制策略下，回程扫描的距离间隔被预先设定，并根据混合材料的特性和处理要求进行调整。光束L1在执行回程扫描时，每隔一定的距离返回到起始位置，并沿着相同的路径重新开始扫描。这里所指的沿着相同的路径，可以理解为在扫描矢量线上是同一位置(点)；也可以理解为第一能量处理的方向和区域与第二能量处理的方向和区域相同，都是能量束光斑大小的区域。这种控制策略可以更好地适应材料表面的不均匀性或形状变化，并确保对整个混合材料的全面覆盖。

在一些实施例中，第一能量处理的光束在混合材料扫描时呈现出连续的能量波动，交替出现峰顶和谷底。

这种波动性质可以通过调节光束的功率或频率来实现，以在混合材料中产生不同的能量密度，从而达到更好的裂解或碎化材料B的目的。

具体而言，光束的功率或频率变化会导致光束在材料表面产生间歇性的高能量区域(峰值)和低能量区域(谷底)。在峰值区域，光束的能量密度较高，导致混合材料局部的温度升高，这种局部的高温效应会加速材料B的分解或裂解过程。相反，在谷底区域，光束的能量密度较低，局部温度较低，材料B相对稳定。由于光束的能量波动持续进行，导致材料B在混合材料中被连续地裂解或碎化，并在不同位置产生局部的热效应。这种交替出现的峰顶和谷底的能量分布能够促进在整个混合材料中均匀地分散材料B，提高制备过程的均匀性。通过优化峰顶和谷底的能量分布，可以有效地平衡能量的输送和材料的吸收，从而提高处理效率。在一些实施例中，第一能量处理和第二能量处理所使用的光束可以是不同光束。

参考图3所示，分别配置用于执行第一能量处理的第一光束L2和用于执行第二能量处理的第二光束L3。

第一光束L2专门用于执行第一能量处理，其功率和参数可以根据混合材料中材料B的特性进行调节。第二光束L3专门用于执行第二能量处理，其参数和功率通常会高于第一光束L2，以确保能够实现材料A的熔化和材料B的均匀分散。第二光束L3的作用是将材料A的基体熔化，从而形成熔池，并使材料B均匀地弥散在其中。

第一光束L2和第二光束L3被配置为执行对第一能量处理和第二能量处理的交替扫描。交替扫描是指在混合材料制备过程中，交替使用两个不同光束对混合材料进行处理的过程。

交替扫描的一个示例，第一光束L2的光斑被定位在混合材料的表面或沿表面向下具有一定深度，第一光束L2被激活后以预设的能量功率和扫描速度沿着材料表面进行扫描。在此扫描过程中，第一光束L2的能量作用于混合材料上，导致材料B发生裂解或碎化。与此同时，第二光束L3被激活并沿着与第一光束L2相同的路径对混合材料进行二次扫描。在此扫描过程中，第二光束L3的能量被调节为足以熔化材料A的基体，形成一个熔池。而材料B均匀地弥散在熔池中，并与材料A的基体混合在一起。

第一光束L2和第二光束L3交替执行处理任务，确保每个阶段都得到了适当的处理。在交替扫描过程中，光束的位置、能量功率和扫描速度可能会根据需要进行调整，以确保混合材料的处理过程是连续的、均匀的，并且能够实现预期的效果。

交替扫描中，同样可以采用时间间隔或距离间隔的控制策略，以确保光束的交替扫描在时间或空间上能够均匀且有效地进行。例如，可以预先设定第一光束L2和第二光束L3的扫描时间间隔，以确保它们在适当的时机交替进行处理。这里第一光束L2和第二光束L3是先后沿着相同的路径扫描，可以理解为在扫描矢量线上是同一位置(点)；也可以理解为第一能量处理的方向和区域与第二能量处理的方向和区域相同，都是能量束光斑大小的区域。

在一些实施例中，第一能量处理被配置为不小于第二能量处理的覆盖范围。具体到上述的双光束扫描示例中，即第一光束L2在进行第一能量处理时作用在混合材料上的聚焦光斑的横截面不小于第二光束L3在进行第二能量处理时作用在混合材料上的聚焦光斑的直径。

在一示例中，具体将第一光束L2在进行第一能量处理时作用在混合材料上的聚焦光斑的横截面设置为大于或等于第二光束L3在进行第二能量处理时作用在混合材料上的聚焦光斑的直径，使得第一能量处理所覆盖的区域大于或等于第二能量处理的区域，从而确保整个混合材料表面都受到了足够的处理，并进一步使得混合材料在第二能量处理阶段能够获得足够的熔化和均匀弥散，以实现材料A和材料B的良好混合。

在一些可选的实施例中，第二光束L2形成的聚焦光斑直径为50-100μm，第一光束L3形成的聚焦光斑直径为50-100μm。

在一些实施例中，第一能量处理的光束(如第一光束L2)扫描深度大于或等于第二能量处理的光束(如第二光束L3)扫描深度。

第一能量处理的光束在混合材料扫描形成的深孔状结构非常有利于材料A对第二光束L3的能量吸收。由于第一能量处理的光束扫描深度较大，深孔状结构能够更深地渗透到混合材料中，从而使得材料A能够在更大的范围内吸收第二光束L3的能量，有利于提高能量传递的效率，确保材料A充分熔化，进而实现预期的复合材料结构和性能。

在一些实施例中，第一能量处理和第二能量处理所需的光束分别由不同的能量束发射器发射产生。例如，对于第一能量处理，可以选择功率较低的能量束发射器，而对于第二能量处理，则选择功率更高的能量束发射器。

实现不同能量束发射器产生不同的光束来分别执行第一能量处理和第二能量处理，需要借助于一些其它光学部件。参考图4所示，本申请总体上利用光学扫描系统12来处理第一光束L2和第二光束L3。光学扫描系统具有两个独立的分别处理第一光束L2和第二光束L3的光路，例如第一光路和第二光路。

在第一光路中，依次布置了用于处理第一光束L2的第一能量束发射器121a、第一准直器122a和第一振镜123a。第一能量束发射器121a产生第一光束L2，并通过第一准直器122a调整第一光束L2的直径和方向，使其进入第一振镜123a，第一振镜123a的角度和位置可以调节，从而控制第一光束L2的扫描路径和方向。通过第一振镜123a的调节，第一光束L2在混合材料(材料A和材料B形成)上进行第一能量处理。

第二光路则依次布置了用于处理第二光束L3的第二能量束发射器121b、第二准直器122b和第二振镜123b。第二能量束发射器121b产生第二光束L3，并通过第二准直器122b调整第二光束L3的直径和方向，使其进入第二振镜123b，第二振镜123b的角度和位置可以调节，从而控制第二光束L3的扫描路径和方向。通过第二振镜123b的调节，第二光束L3在混合材料上进行第二能量处理。

在两个光路的末端，布置了双方共用的聚焦场镜124，以调节第一光束L2和第二光束L3的聚焦效果，确保在材料表面形成良好的焦点，实现高效的能量传递和处理效果。

在一些实施例中，第一能量处理和第二能量处理所需的光束还可以由一个能量束发射器发射产生，例如通过借助分束镜对从能量束发射器射出的光束进行分束处理，以分出两个不同能量的光束。

参考图5所示，为了实现对第一光束L2和第二光束L3的处理，光学扫描系统12被配置为依次由能量束发射器121、分束镜125、第一准直镜122a、第二准直镜122b、第一振镜123a、第二振镜123b和聚焦场镜124构成。

分束镜125被配置为将能量束发射器121产生的光束按照一定的比例分为两个独立的光束，即第一光束L2和第二光束L3，分束后的第一光束L2和第二光束L3分别通过对应的第一准直镜122a和第二准直镜122b准直后被引导至第一振镜123a和第二振镜123b，它们分别用于控制第一光束L2和第二光束L3的扫描方向和范围。扫描后的光束被聚焦场镜124聚焦到混合材料表面，以执行相应的能量处理。

例如，第一光束L2可以被分配成具有较低的能量，用于执行第一能量处理，而第二光束L3则可以被分配成具有较高的能量，用于执行第二能量处理。

在一些实施例中，还可以在分束后的第一光束L2和第二光束L3的传播路径上分别设置约束相应光束通断的光阀，例如图5示出的布置在第一准直镜122a和第一振镜123a之间的第一光阀126a，以及布置在第二准直镜122a和第二振镜123b之间的第二光阀126b。

上述光阀能够根据控制信号的输入调节光束的通断状态。当光阀处于打开状态时，相应的光束可以自由传播到下一个光学元件；而当光阀处于关闭状态时，光束的传播路径被阻断，从而阻止光束继续向下传播。通过这种方式，可以在光束的传播路径上引入控制机制，使得光束的启闭可以根据需要进行调节，以实现对光束的精确控制，确保在能量处理过程中光束的传播路径和作用区域能够按照预期进行调整和控制。

此外，本申请还涉及利用控制器来实现对光学扫描系统12的控制，以处理第二光束L2和第二光束L3。控制器可以是一个计算机或类似的电子设备，能够接收输入信号并发出相应的控制信号，以调节光学扫描系统12的参数和运动。

例如，控制器可以通过预先编程的算法或实时反馈控制来调节光学扫描系统12的振镜的角度和位置，以确保第一光束L2和第二光束L3能够精确地在混合材料表面进行扫描，并按照预定的路径和速度进行处理。

例如，控制器可以控制光阀的开启和关闭，以使得第一光束L2和第二光束L3在需要时可以被精确地调节或阻断。

在一些实施例中，第一光束L2和第二光束L3被构造形成同轴光束以作用在混合材料上。通过控制振镜，这两束光可以在混合材料表面形成同轴的光斑。此外，通过驱动第一振镜123a进行快速的小角度运动，第一光束L2可以在一个小范围内快速改变反射角度，从而在同轴的轴心小范围内进行快速的运动。这种快速运动可以对第二光束L3形成的熔池内的液体进行轮流加热，使熔池内的液相获得更均匀的温度场。这种均匀的温度场有助于混合材料中各组分的均匀分布，从而提高复合材料的性能。

结合图2-5所示，在本申请中，第一光束L2在混合材料上扫描形成诱发熔池P1，第二光束L3在混合材料上扫描形成成形熔池P2。

在第一光束L2产生诱发光束且第二光束L3形成成形熔池P2后，根据需要，第一光束L2可以在第一振镜123a的作用下转变为搅动光斑。搅动光斑在成形熔池P2内按照预设路径快速运动，对成形熔池P2内液相进行辅助加热。这种搅动的运动方式可以在一定程度上改善成形熔池P2内的温度分布，确保液相成分更加均匀，有利于提高复合材料的性能。

在一些实施例中，搅动光斑的运动轨迹可以为蛇形路线，也可以为环形路线，对此本申请不予限制。

参考图6所示，在本申请中，诱发熔池P1形成在混合材料(材料A和材料B形成)表面上，其中包含熔融液相、未熔融的粉末颗粒以及部分熔化的颗粒。这些复杂的物相组分增加了对第二光束L3的光谱吸收作用，从而可以有效地诱导第二光束L3形成更大的成形熔池P2。原理在于，诱发熔池P1中的液相使得液位高度小于混合材料的整体高度，因此，当第二光束L3在更大范围内入射到诱发熔池P1中时，液相和粉末颗粒会将光沿着各个方向散射。这些被散射的光会在成形空间中各处被熔融的粉末颗粒吸收，从而增加了光束的吸收率，减少了第二光束L3的能量浪费。

结合图2-5所示，在一些实施例中，在对混合材料进行能量处理之前，需要先将准备的混合材料分布在载体11上或在载体11上形成的上一个材料层上，该载体11的表面呈平面状。应理解，本申请所涉及的第一能量处理和第二能量处理是在该载体11上进行的，混合材料的分布可利用材料分布器实现，该材料分布器具有多种可能的形态。

在一个示例中，材料分布器可以被构造在载体11的上方以将内部储存的混合材料可移动地释放在载体11上以形成一个摊开的材料层。在这种方案下，对形成的材料层的平整性要求并不是特别严格，只要整体上呈现出平坦的分布即可。

在一个示例中，为了实现材料的均匀铺设，材料分布器可以采用刮刀或辊筒的形式。其可以将混合材料从堆积的位置输送到载体11上，并确保其均匀分布，以形成一个平坦的材料层。

在一个示例中，还可以结合上述两种示例，先利用载体11上方的材料分布器将内部储存的混合材料释放到载体11的表面上，以快速地形成一个材料层。再使用刮刀或辊筒形式的材料分布器对材料层进行进一步的铺设和调整，确保材料的均匀分布和平整性。

为了更充分的说明本申请涉及的第一能量处理和第二能量处理在复合材料制备中的作用效果，下面结合几个测试示例来进一步验证其对制备的复合材料性能的影响。

图7分别示出了不同测试条件下的由硼化钛13a和铝合金(AlSi10Mg)基体13b形成的铝基复合材料的显微图像，(a)至(c)分别对应测试示例1至3。

其中，测试示例1至3在制备铝基复合材料时所使用的混合材料是由硼化钛粉末和铝合金(AlSi10Mg)粉末形成的混合粉末，该混合粉末是通过以下方法得到的：

1)准备铝合金(AlSi10Mg)粉末，其中铝合金(AlSi10Mg)粉末的组成为：按重量百分比计，Al：88±0.05%：Si：9.0±0.05%，Mg：0.40±0.05%，Mn：0.35±0.05%，Zr：0.35±0.05%，Sc：0.15±0.05%，Fe：0.15±0.05%，Zn：0.10±0.05%，Ti：0.15±0.05%，Cu≤0.05%，Ni≤0.05%，以及不可避免的杂质。

2)将准备好的铝合金(AlSi10Mg)粉末与硼化钛粉末(粉末纯度≥99.9%)按10：1的重量比例，通过行星高速混合机混合；

3)经行星高速混合机混合后的粉末通过粉末烘干机进行干燥，得到硼化钛粉末与铝合金(AlSi10Mg)粉末形成的混合粉末。得到的混合粉末即可投入到层叠制造机器中以分别进行与测试示例1至3对应的铺粉式扫描打印。

下表为测试示例1至3分别对应的测试结果：

<测试示例1>

测试条件：单激光单次扫描(仅第二能量处理)，激光功率250W，扫描速度450 mm/s，铺粉层厚60 μm。

所得复合材料的硬度为93.1HV，抗拉强度为361 MPa，屈服强度为255MPa，延伸率为8.43%。

<测试示例2>

测试条件：单激光双次扫描(第一能量处理和第二能量处理)，第一次扫描的激光功率65W，第一次扫描速度800 mm/s，第二次扫描的激光功率250W，第二次扫描速度800 mm/s，距离间隔2.7 mm或时间间隔3.37 ms，铺粉层厚60 μm。

所得复合材料的硬度为101 HV，抗拉强度为382MPa，屈服强度为261MPa，延伸率为7.78%。

<测试示例3>

测试条件：双激光扫描，激光1(第一能量处理)的功率60W，激光1的扫描速度800mm/s，激光2(第二能量处理)的功率250W，激光2的扫描速度800mm/s，扫描的距离间隔为0.13 mm或时间间隔为0.16 ms，铺粉层厚60 μm。

所得复合材料的硬度为111HV，抗拉强度为435 MPa，屈服强度为309MPa，延伸率为6.15%。

结合以上测试示例可以看出，测试示例1中仅使用第二能量处理，获得的复合材料中，硼化钛颗粒的平均尺寸在5-15 μm左右，导致获得的复合材料的力学性能明显低于测试示例2和测试示例3。测试示例2采用了单激光双次扫描，其中第一次扫描实施了第一能量处理，第二次扫描实施了第二能量处理，两次扫描的时间间隔为3.37 ms，获得的复合材料中，硼化钛颗粒的平均尺寸在1-10 μm左右，在铝合金基体13b中明显弥散得不够均匀，导致获得的复合材料的力学性能有所提高，但仍略低于测试示例3。测试示例3采用了双激光扫描，第一激光进行第一能量处理后，紧接着第二激光进行第二能量处理，时间间隔在0.16 ms，获得的复合材料中，硼化钛颗粒在铝合金基体13b中明显弥散分布得比较均匀，硼化钛颗粒的平均尺寸在小于3 μm，导致获得的复合材料的力学性能明显低于测试示例2和测试示例3。获得的复合材料力学性能相比达到最高值，说明采用两次能量处理的组合方案可以更有效地提高复合材料的力学性能。在测试示例2和测试示例3中，第二次扫描的激光功率明显高于第一次扫描，这导致了力学性能的提高，这表明第二能量处理对提高材料力学性能起到了关键作用。

可见，针对铝基复合材料的制备，通过优化能量处理方案和激光参数设置，可以实现对材料硬度的有效控制和提高。

图7分别显示了硼化钛13a在铝合金基体13b中的弥散效果逐渐改善的过程。这种弥散效果的改善是由于不同的能量处理方案导致了混合材料中硼化钛13a的分布和相互作用方式发生了变化。

在图7的(a)中，硼化钛13a的弥散效果一般，呈现出较大的聚集现象，这是因为能量处理的方式未能有效地促进硼化钛13a颗粒的弥散和与铝合金基体13b的相互作用。在图7的(b)中，硼化钛13a的弥散相对较好，但仍然存在一些局部的聚集现象。这表明，采用的能量处理方案在一定程度上促进了硼化钛13a颗粒与铝合金基体13b的相互作用，但与图7的(c)相比，弥散效果还有改进的空间。图7的(c)中，硼化钛13a的弥散效果最佳，呈现出更加均匀的分布，这是由于采用了更高效的能量处理方案，使得硼化钛13a颗粒更好地与铝合金基体13b相互作用，从而实现了更好的弥散效果。

综合而言，硼化钛13a在铝合金基体13b中的均匀弥散程度与能量处理方案密切相关，尤其是与两次能量处理的时间间隔密切相关，优化的能量处理方案能够促进硼化钛13a颗粒与铝合金基体13b的相互作用，从而实现更好的弥散效果。

参考图8所示，本申请的一些实施例涉及复合材料的制备系统15。制备系统15被配置为由材料混合设备14和光学扫描系统12构成。材料混合设备14如前文披露的行星混合机、球磨机、气雾化设备等，被构造为对至少两种具有不同能量吸收率的材料进行混合以形成混合材料。而光学扫描系统12则被构造为对所形成的混合材料进行第一能量处理和第二能量处理。通过将材料混合设备14和光学扫描系统12有机结合，制备系统15 可以实现对复合材料性能的精确调控，为各种应用场景提供定制化的材料解决方案。

本申请的一些实施例涉及使用材料A和材料B形成的混合材料来叠加制造三维物体。应理解，前文所制备的复合材料的实体组织在某种程度上可以视为三维物体的至少一个层组织，作为三维物体的构造基础。

在这个过程中，每一层混合材料的形成都相当于在构建三维物体时添加了一个组成部分。通过逐层叠加混合材料并对每层混合材料进行第一能量处理和第二能量处理，以实现对整个三维物体的精确控制。逐层叠加混合材料并对每层进行能量处理的过程相当于3D打印技术中的层叠加工艺。通过在每一层中控制混合材料的结构和性质，并在必要时进行能量处理，可以实现对三维物体局部性能的调控，从而实现更广泛的应用。

三维物体的层叠制造中，第一能量处理可以被视为对混合材料进行的预处理阶段。在这一阶段，能量的输入通过预扫描的方式进行，旨在引入一定的能量以促进混合材料的初步反应或准备工作，以使混合材料中的至少一种材料(材料B)发生裂解或碎化以便其均匀分布。相比之下，第二能量处理则对应于正式的成形扫描阶段。在这一阶段，光束按照预定的路径和参数对混合材料进行扫描，使其发生所需的化学或物理变化，从而完成对三维物体的形成。这种常规扫描例如包括局部熔化、固化、烧结或聚合等过程，具体取决于材料的性质和制造目标。在这一阶段，发生裂解或碎化的材料(材料B)均匀弥散在混合材料中的其它材料(材料A)的基体中。

在一些实施例中，第一能量处理的路径是可选择的，可以根据需成形三维物体的制造需求来预先设置第一能量处理的位置。例如，可以根据所需的材料分布、结构形态或制造效率来选择第一能量处理的路径，以确保在混合材料中形成所需的微观结构或化学组成，从而实现对成品三维物体性能的精确控制。例如，所选择的路径可以是针对三维物体某些层截面中的特定区域或点，以根据所需的结构特征或功能要求进行调整，确保在制造过程中对混合材料施加的能量能够准确地影响到目标区域或点。

当然，在优选的实现方式中，第一能量处理的路径被配置为和第二能量处理的路径相同，以覆盖三维物体的每个部分，使得在整个制造过程中对混合材料施加的能量均匀分布和一致性，从而实现成品三维物体的整体性能均衡。

下面结合图9对本申请涉及的三维物体的层叠制造(增材制造)方法进行流程性的简要描述。参考图9所示，三维物体的层叠制造方法至少通过ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ等步骤实现。

步骤ⅰ：在载体上进行混合材料铺设以形成一个平铺的材料层，其中，混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成。

步骤ⅱ：利用光学扫描系统对铺设的材料层进行预扫描以使混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；

步骤ⅲ：利用光学扫描系统对经预扫描后的材料层进行选择性熔融扫描来形成三维物体的一个层，其中，至少一种材料均匀弥散在混合材料中的其它材料的基体中；

步骤ⅳ：重复步骤ⅰ、ⅱ、ⅲ直至制成三维物体。

步骤ⅰ例如通过材料分布器(如刮刀或辊筒)来实现。混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料组成，例如材料A和材料B。这些材料可以事先通过行星混合机、球磨机或气雾化设备等混合设备进行混合，以形成混合材料。

在一个示例中，混合材料每层铺设的厚度例如为60-80 μm。

步骤ⅱ中，在进行预扫描时，光学扫描系统通过至少一能量束发射器发射适当能量的光束，该光束可以是激光束或其他形式的能量束。发射的光束被定向照射到铺设的材料层上，并根据预设的路径和参数进行扫描。扫描过程中，光束的能量被控制在足够的水平，以在不融化材料A的情况下诱导材料B的裂解或碎化。

在一个示例中，能量束发射器的光斑能量分布可以为高斯分布，也可以为平顶分布。

在高斯分布中，能量束的光斑呈现出类似于钟形曲线的形态，即光斑中心的能量密度最高，逐渐向两侧递减，以实现较高的光束聚焦度和能量密度。与高斯分布不同，平顶分布的光斑能量分布在整个光斑区域内保持均匀，即光斑中心和边缘的能量密度基本相同，以适用于需要均匀加热或均匀处理的场景。

在光学扫描系统是由两个能量束发射器构成的一个示例中，用于进行第一能量处理的第一光束形成的聚焦光斑直径例如为50-100 μm，用于进行第二能量处理的第二光束形成的聚焦光斑直径例如为50-100 μm。

在其它实施例中，第一光束与第二光束的光斑直径大小不同。

在其它实施例中，第一能量处理是高频的光束扫描，可以对材料B产生更加剧烈的裂解或碎化。

裂解或碎化的材料通常是那些对光束能量吸收率较高的材料，在光束照射下，这些材料会被分解或碎裂成更小的颗粒或片段。这些小颗粒或片段会更加均匀地分布在整个材料层中，从而改善了材料的均匀性和稳定性。这样，经过预扫描处理后的材料层就更适合用于后续的选择性熔融扫描，以构建出高质量的三维物体。

步骤ⅲ中，光学扫描系统被配置为根据预先确定的路径和参数，精确控制光束的照射，使得材料在光束作用下发生熔化和凝固，以制造出该层材料的组织结构。在进行选择性熔融扫描中，裂解或碎化的材料B在光束的扫描下被均匀弥散在材料A的基体中，实现整个材料层的固化，从而形成了复合材料的层。

步骤ⅳ中，先前的步骤ⅰ、ⅱ和ⅲ将被循环执行，直到整个三维物体被完全制造出来。即混合材料将被连续地逐层分布在载体上，然后进行预扫描以使材料B均匀分散，接着进行选择性熔融扫描以形成一个新的层。随着每个层的形成，将继续叠加新的材料层，并通过相同的步骤重复进行预扫描和选择性熔融扫描。这个过程将一直持续，直到整个三维物体被制造出来。这样，每一层的形成都是通过重复的循环过程来完成的，直到达到预期的物体形状和尺寸。

应理解，在三维物体的层叠制造方法中，前文描述的复合材料的制备方法的一部分或全部都被纳入其中。具体来说，制备复合材料的过程涉及将至少两种具有不同能量吸收率的材料混合，并通过光学扫描系统对混合材料进行处理。这个处理过程包括预扫描(第一能量处理)和选择性熔融扫描(第二能量处理)，以形成复合材料的层。而在三维物体的层叠制造方法中，这些步骤被重复应用于连续的层，直到整个物体被制造出来。因此，可以说，复合材料的制备方法被完全整合到了三维物体的层叠制造方法中，为制造复材三维物体提供了一个高效且可控的工艺流程。

本申请中涉及的第一能量处理和第二能量处理被配置为在用于层叠制造三维物体的机器中进行，所描述的用于层叠制造三维物体的机器，即层叠制造机器，或称增材制造设备/机器、3D打印设备/3D打印机等。前文所描述的光学扫描系统是该机器的一部分。

所描述的层叠制造(增材制造)主要指采用选择性激光熔融(SLM)技术成形零件的工艺。在SLM的制造过程中，通过在粉床上扫描材料的横截面，使用光束来选择性熔融扫描粉末材料。基于期望零件的三维描述，扫描这些横截面，这个三维描述的来源可以是计算机辅助设计(CAD)文件、扫描数据或其他一些来源。

下面结合图10对本申请涉及的层叠制造机器的主要组成元件进行简要描述。参考图10所示，层叠制造机器200的构成主要包括光学扫描系统12、成形室201、建造缸202、第一料缸203、第二料缸204、载体205、材料分布器206和控制器207等部件。

光学扫描系统12即前文所披露的部分或全部组成部分，用于对铺设的混合材料212进行第一能量处理和第二能量处理。

成形室201是层叠制造机器200中用于容纳打印过程的核心区域，通常由一系列密封的壁板构成，以防止外部环境对打印过程的干扰，并且提供一个受控的环境。成形室201内通常需要充入惰性气体，如Ar(氩)，以提减少混合材料的氧化和不良反应，保障三维物体213的打印质量。

建造缸202是成形室201中的一个容器，用于容纳打印过程中形成的三维物体213。在打印过程中，固化的结构将逐渐堆积在建造缸202内，最终形成完整的三维物体213。建造缸202通常由耐高温、耐腐蚀的材料制成，以承受打印过程中的高温和化学品的影响。建造缸202底部布置有第一升降装置208，第一升降装置208使建造缸202能够在垂直方向上进行上下移动。通过调节第一升降装置208的运动，可以控制建造缸202与光学扫描系统12之间的距离，以便适应不同层次的打印操作。在每一层打印完成后，第一升降装置208可以将建造缸202向下移动一个小距离，以便在上面铺设新的一层混合材料212。

载体205(也称基板平台或成形平台)是支撑整个打印过程的基础组件，被可拆卸的安装在建造缸202内，用于承载三维物体213的底部表面并提供稳定的支撑。载体205能够在第一升降装置208的驱动下沿建造缸202的内壁上下运动，以促使混合材料212的逐层添加以便在建造缸202内构建出所需的三维物体213。

第一料缸203和第二料缸204内储存有供3D打印使用的混合材料212(如材料A和材料B混合后形成)，分别布置在建造缸202的两侧，并能够被布置在其下方的第二升降装置209(对应第一料缸203)和第三升降装置210(对应第二料缸204)相应的驱动以溢出一部分混合材料212至加工平面211，以供位于加工平面211上的材料分布器206(如刮刀或滚筒)将溢出在加工平面211上的混合材料212均匀地铺设在载体205上。

第一料缸203和第二料缸204可互为彼此的余料收集容器，这样，未被使用的混合材料212可以被材料分布器206顺利地从一方的料缸转移到另一方的料缸中，以便后续的再利用。此外，具体构造方式中，除了如图10所示的那样分别在建造缸202两侧布置第一料缸203和第二料缸204，还可以仅保留一侧的料缸，如第一料缸203或第二料缸204，也可完成混合材料212的铺设过程。

控制器207(如计算机控制系统)与层叠制造机器200的各部件连接，被配置为控制整个3D打印过程的精准执行，特别在第一能量处理和第二能量处理上。

在进行3D打印之前，操作人员需使用建模软件，例如计算机辅助设计(CAD)软件，来创建三维物体213的待打印模型。然后，对该待打印模型进行分层处理，将其划分为多个刨分截面，每个刨分截面表示一个待打印的层，并生成相应的分层数据。通过该分层处理生成一系列待打印层的分层数据，以描述每一层的几何形状和打印路径。控制器207可以根据这些分层数据来控制层叠制造机器200的各部件运行，实现逐层的选择性烧结/熔融以构建出完整的三维物体213。

在本申请的上述方法实施例中，如复合材料的制备方法、三维物体的层叠制造方法，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照方法实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital videodisc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所提供的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种制备复合材料的方法，其特征在于，包括：

获取由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成的混合材料；

对所述混合材料进行第一能量处理以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；和

对经所述第一能量处理后的所述混合材料进行第二能量处理以使所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中，形成复合材料；

其中，所述第一能量处理和/或第二能量处理通过光束扫描向所述混合材料中输入能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理与第二能量处理是先后沿着相同的路径进行扫描，针对同一位置的扫描时间间隔不大于10 ms。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述第一能量处理的光束在所述混合材料扫描时呈现出连续的能量波动，交替出现峰顶和谷底。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述混合材料进行第一能量处理之前，将所述混合材料施加在载体或在所述载体上形成的上一个材料层上以形成一个摊开或平铺的材料层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理和第二能量处理产生的能量不同，其中，所述第一能量处理产生的能量无法熔化所述基体，所述第二能量处理产生的能量能够熔化所述基体以形成熔池，所述至少一种材料均匀弥散在所述熔池中。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二能量处理使用的光束功率大于所述第一能量处理使用的光束功率。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理和第二能量处理使用的光束为同一光束或不同光束。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述同一光束由一个能量束发射器发射产生，所述不同光束由对一个能量束发射器发射的光束进行分束产生或由不同的能量束发射器分别发射产生。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述同一光束被配置为在所述第一能量处理中执行对所述第二能量处理的回程扫描，所述不同光束被配置为执行对所述第一能量处理和第二能量处理的交替扫描。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一种材料和其它材料分别选取金属、陶瓷、高分子材料、玻璃和纤维的至少一种。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一种材料选取陶瓷，所述其它材料选取金属。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二能量处理被配置为通过选择性熔融扫描所述混合材料以形成至少一个三维物体的至少一个层或选择性熔融扫描逐层叠加的所述混合材料以形成所述至少一个三维物体，在所述至少一个三维物体的至少一个层的形成中，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理被配置为不小于所述第二能量处理的覆盖范围。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理的光束扫描深度不小于第二能量处理的光束扫描深度。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能量处理和第二能量处理被配置为在用于层叠制造三维物体的机器中进行。

16.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料利用权利要求1至15任一项所述的方法制备而成。

17.一种制备复合材料的系统，其特征在于，包括：

材料混合设备，其被构造为对至少两种具有不同能量吸收率的材料进行混合以形成混合材料；和

具有至少一能量束发射器的光学扫描系统，所述光学扫描系统被构造为对所述混合材料进行第一能量处理以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布，并且对经所述第一能量处理后的所述混合材料进行第二能量处理以使所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中，形成复合材料。

18.一种用于层叠制造三维物体的机器，所述机器被配置为利用具有能量的至少一光束对逐层叠加的混合材料进行选择性熔融扫描来制造三维物体，其特征在于，

所述混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成；

所述机器被进一步配置为在对所述混合材料进行选择性熔融扫描之前，利用所述至少一光束对所述混合材料进行预扫描以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布，进一步使得在利用所述至少一光束对所述混合材料进行选择性熔融扫描时，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中。

19.一种用于层叠制造三维物体的方法，其特征在于，包括：

在载体上进行混合材料铺设以形成一个平铺的材料层，其中，所述混合材料由至少两种具有不同能量吸收率的材料形成；

利用具有至少一能量束发射器的光学扫描系统对铺设的所述材料层进行预扫描以使所述混合材料中的至少一种材料发生裂解或碎化以便其均匀分布；

利用所述光学扫描系统对经所述预扫描后的材料层进行选择性熔融扫描来形成三维物体的一个层，其中，所述至少一种材料均匀弥散在所述混合材料中的其它材料的基体中；和

重复所述混合材料铺设、预扫描和选择性熔融扫描，直至制成所述三维物体。