CN211464825U - 一种多材质构件一体化成形增材制造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多材质构件一体化成形增材制造装置，成形装置包括送粉系统，成形缸，送粉系统包括粉流送粉器、送粉管路及多路混粉嘴，送粉管路为多根，送粉管路作为粉流送粉器向多路混粉嘴传送粉末的管路；还包括清粉系统，清粉系统包括吸尘器、清粉管路及清粉嘴，清粉管路作为吸尘器与清粉嘴之间的连接管路，以使得吸尘器在工作时，在清粉嘴的入口端上产生抽吸送粉缸和成形缸上粉末的抽吸力；还包括用于改变多路混粉嘴、清粉嘴在空间中位置的驱动机构，在驱动机构的作用下，多路混粉嘴、清粉嘴的工作覆盖区域可覆盖成形缸的整个工作面。方法基于装置，通过该方案提供的装置和方法，可实现多材质构件一体化成形增材制造。

Description

一种多材质构件一体化成形增材制造装置

技术领域

本实用新型涉增材制造技术领域，特别是涉及一种多材质构件一体化成形增材制造装置。

背景技术

航空、航天、核工业、军事等领域要求制造的零件愈加轻量化、集成化，以获得更高的产品系统性能、紧凑的结构。为了制备高质量、高可靠性的产品，零件逐渐要求由传统的单一材质零件装配，逐渐向多材料零件一体化成形，实现不同材质零件的零间隙一体化成形。然而，多材质零件的复杂结构成形始终是难以克服的难题，迫切需要建立新的多材质一体化成形加工技术。

目前，仅能实现简单的单向材质梯度零件的制备，即梯度功能材料零件，相关的制备方法主要有：化学气相沉积法、物理蒸发法、等离子喷涂法、颗粒梯度排列法、自蔓延高温合成法、液膜直接成型法及薄膜浸渗成型法等。然而，对于不同材质三维分布复杂的多材质零件，目前仍需要建立新的多材质零件一体化成形加工技术。

相对于传统的原材料减材加工模式，增材制造技术是当前用于多材质一体化成形的潜在优势技术。其中，多材质一体化成形采用的具体增材制造技术包括：粉流激光增材制造技术和金属丝电弧增材制造技术。然而，无论是粉流激光增材制造技术，还是金属丝电弧增材制造技术，成形零件的精度较低、表面光洁度差，仍需要进行后精密加工。选区激光熔化增材制造技术具有精度高、表面粗糙度低的优点，是实现多材质零件一体化成形的优选技术途径，但目前仍需建立对应的送粉、铺粉和成形方法。

基于选区激光熔化增材制造技术，多材质零件一体化制造的关键是同一切片层内不同材质粉末的送粉和铺粉技术及混粉问题的解决。中国专利文献库公开的名称为《一种基于金属3D打印的多材料成型装置与方法》（申请（专利）号：CN108907189A）的专利申请均公开了一种基于选区激光熔化增材制造技术的多材料零件成形装置与方法。但是，该专利申请仍未完全解决同一切片层内和相邻切片层间不同材质粉体的混粉问题。因此，基于选区激光增材制造技术，需要提供有效的装置和方法实现多材质零件的一体化成形。

实用新型内容

针对上述提出的基于选区激光增材制造技术，需要提供有效的装置和方法实现多材质零件的一体化成形的技术问题，本实用新型提供了一种多材质构件一体化成形增材制造装置。通过该方案提供的装置和方法，可实现多材质构件一体化成形增材制造。

针对上述问题，本实用新型提供的一种多材质构件一体化成形增材制造装置通过以下技术要点来解决问题：一种多材质构件一体化成形增材制造装置，所述成形装置包括送粉系统，成形缸，所述送粉系统包括粉流送粉器、送粉管路及多路混粉嘴，所述送粉管路为多根，送粉管路作为粉流送粉器向多路混粉嘴传送粉末的管路；

还包括清粉系统，所述清粉系统包括吸尘器、清粉管路及清粉嘴，所述清粉管路作为吸尘器与清粉嘴之间的连接管路，以使得吸尘器在工作时，在清粉嘴的入口端上产生抽吸送粉缸和成形缸上粉末的抽吸力；

还包括用于改变多路混粉嘴、清粉嘴在空间中位置的驱动机构，在驱动机构的作用下，所述多路混粉嘴、清粉嘴的工作覆盖区域可覆盖成形缸的整个工作面。

现有技术中，粉床型激光增材制造过程中，相应用于材料制造的粉末的传递方式决定了针对同一切片层，由于切片层上的粉末来源均为来源于送粉缸：送粉缸上的粉末通过等同刮刀的粉末传递器件被传递至成形缸上，这就使得同一切片层上的粉末为相同材质的粉末。针对同一切片层材料异种的零件、构件制造，并不能采用传统的增材制造方法获得。

本方案中，通过设置为包括所述清粉系统，同时设置为在驱动机构的作用下，清粉嘴和多路混粉嘴能够覆盖成形缸的整个工作面，在具体运用时，当成形缸局部材料区别于其他区域需要异种时，定义完成该次激光扫描时，成形缸上所需粉末中主要的粉末类型为基体粉末，异种的粉末为一种粉末或多种组份粉末，在进行成形缸铺粉时，可利用送粉缸完成基体粉末铺设，而后利用清粉嘴抽吸所需区域的基体粉末，得到粉末清除区域，而后利用多路混粉嘴，向所形成的粉末清除区域添加异种粉末，此情况下，即可使得所得零件为构件在同一切片层上的异质材料，实现多材质构件增材制造。

由于包括以上结构的制造装置在实现铺粉时，异种粉末的铺粉方式不同于传统的整层铺粉，利用送粉缸对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量，可达到提高粉末利用率的目的；

本方案中，由于清粉嘴能够实现成形缸上不同区域粉末的清除，当相邻切片层间不同材质粉末全部在局部存在混粉问题时，可利用清粉嘴，解决相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

本方案的实施在现有选区激光熔化增材制造设备上进行简单改进或装置有机整合即可获得，设备改造成本低且方便；

本方案提供的多材质构件一体化成形增材制造装置与方法可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

更进一步的技术方案为：

为使得本方案不仅适用于多材质构件一体化成形，同时适应现有梯度功能零件制备，设置为：同时粉流送粉器可通过至少两根送粉管路，同时向多路混粉嘴传送不同成分的粉末；所述多路混粉嘴上设置有混合腔，来自不同送粉管路的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴的粉末输出端发生粉末混合。梯度功能零件利用两种或以上不同性能的材料，通过连续地改变材料的组份，使得不同材料内部结合界面消失，组份间渐变转变，以减小和克服结合部位的性能不匹配因素，区别于传统材料分层零件，其组份间是渐变的。异质铺粉的功能梯度零件增材制造方法，主要涉及不同组份粉末在增材制造中的运用，如何更好的获得梯度功能零件，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

本方案中，通过设置为成形装置包括的送粉系统上设置有多路混粉嘴，且多路混粉嘴上设置有混合腔，来自不同送粉管路的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴的粉末输出端发生粉末混合，这样，利用所述多路混粉嘴添加在送粉缸上的粉末在多路混粉嘴的作用下即发生了不同成分粉末的混合，即送粉缸上获得的粉末实际上是不同成分粉末混合后的混合粉末，这样，可有效避免来自于送粉系统的不同组份的粉末在空间中不同成分粉末之间分区域堆积，造成在铺粉系统的作用下，成形缸上实际获得粉末受到以上不同成分粉末之间分区域堆积的影响，成形缸上实际铺粉依然为同一类型组分分层层叠或分区域平铺，造成最后获得的梯度零件实际上不具备组份间渐变转变特点。即采用本方案，可利用增材制造技术，获得质量更好的梯度功能零件。

为更为准确的获得多路混粉嘴下端出口位置，同时作为一种易于实现的多路混粉嘴实现方式，设置为：所述多路混粉嘴为外形呈圆锥状结构，多路混粉嘴竖直设置，多路混粉嘴的大端为上端，所述粉末输出端位于多路混粉嘴的下端，送粉管路的出口端均连接在多路混粉嘴的上端；

所述混合腔为设置在多路混粉嘴内的孔道，所述孔道作为送粉管路的出口端与粉末输出端的连通通道。本方案中，多路混粉嘴的外形设计使得其在使用时，下端位置即可准确反映粉末输出端位置；如需要匹配挡粉槽规范粉末在送粉缸上的位置时，以上结构设计可使得多路混粉嘴下端能够顺利的嵌入挡粉槽中；当粉流送粉器中存储的不同成分的粉末经过送粉管路传递至多路混粉嘴后，对应粉末在所述孔道内下落，通过设计为孔道本身为多条，且孔道在粉末输出端之前相交，即可实现混粉，亦可设置为孔道为一条，如为一个绕多路混粉嘴轴线的环形腔体，且以上环形腔体为锥形，送粉管路的出口端连接在环形腔体上端的不同位置，不同成分的粉末在粉末输出端位置汇合实现混粉。

作为驱动机构的具体实现方案，设置为：所述驱动机构包括X向直线运动模组及Y向直线运动模组，还包括第一固定支架，第一固定支架固定在Y向直线运动模组上；多路混粉嘴、清粉嘴均固定在第一固定支架上；

所述的X向直线运动模组可驱动Y向直线运动模组沿X轴横向左右移动；

所述的Y向直线运动模组可驱动第一固定支架沿Y轴纵向前后运动。作为本领域技术人员，以上X向、Y向即对应空间直角坐标系中的X轴方向和Y轴方向，采用以上方案，第一固定支架在X向直线运动模组作用下可沿着X轴移动，在Y向直线运动模组作用下可沿着Y轴移动，以上限定的横向、纵向即为相对运动方向，这样，安装在第一固定支架上的多路混粉嘴、清粉嘴均固定以与第一固定支架随动的方式实现位置调整。

基于以上驱动机构更进一步的技术方案，还包括第二固定支架，第二固定支架固定在X向直线运动模组上，所述的X向直线运动模组可驱动第二固定支架沿X轴横向左右移动；

还包括装置架，所述装置架上设置有运动模块腔室和选区激光成形室，所述X向直线运动模组设置在运动模块腔室内；

还包括送粉缸及收料缸，所述送粉缸、成形缸及收料缸均设置在选区激光成形室内；

还包括固定连接在第二固定支架上的遮挡板，所述遮挡板在完成成形缸上粉末铺粉后，作为运动模块腔室与选区激光成形室之间的隔离板。本方案中，在装置架上设置运动模块腔室和选区激光成形室，第二固定支架作为遮挡板的安装架，遮挡板作为需要需要将运动模块腔室和选区激光成形室进行间隔时的隔离板，这样，可有效的保护本成形装置上的功能部件，如防止增材制造过程选区激光成形室内粉末灰尘飘落至运动模块腔室。

作为一种更为完善的技术方案，设置为：还包括铺粉系统，所述铺粉系统包括刮刀、刮刀支架、刮刀直线导轨；刮刀固定在刮刀支架上，刮刀和刮刀支架在刮刀直线导轨的约束下，沿着送粉缸与成形缸的间距方向做往复直线移动；

在以上往复直线运动过程中，完成粉末由送粉缸传递至成形缸，实现成形缸铺粉；完成成形缸铺粉后，在以上往复直线运动过程中，刮刀复位。

还包括用于实现成形缸上粉末选区熔化的激光器光路装置。

本方案还公开了一种多材质构件一体化成形增材制造方法，包括铺粉步骤，所述铺粉步骤为将增材制造所需的粉末铺设到成形缸上，所述铺粉步骤包括成形缸工作面上局部粉末替换工序，所述替换工序通过如上所提供的任意一项所述的制造装置实现：包括清粉步骤和粉末补充步骤；

所述清粉步骤为：在驱动机构的作用下，通过改变清粉嘴在空间中位置，利用清粉嘴，对成形缸工作面内选定区域的粉末完成粉末清除，得到粉末清除区域；

所述粉末补充步骤为向所述粉末清除区域内补充粉末：根据需要，由送粉缸或多路混粉嘴实现补充粉末，在利用多路混粉嘴补充粉末时，多路混粉嘴在驱动机构的作用下，通过改变多路混粉嘴在空间中位置，实现粉末清除区域内所需粉末补充。

本方案中，通过设置为包括所述清粉系统，同时设置为在驱动机构的作用下，清粉嘴和多路混粉嘴能够覆盖成形缸的整个工作面，同时采用以上方法，在具体运用时，当成形缸局部材料区别于其他区域需要异种时，定义完成该次激光扫描时，成形缸上所需粉末中主要的粉末类型为基体粉末，异种的粉末为一种粉末或多种组份粉末，在进行成形缸铺粉时，可利用送粉缸完成基体粉末铺设，而后利用清粉嘴抽吸所需区域的基体粉末，得到粉末清除区域，而后利用多路混粉嘴，向所形成的粉末清除区域添加异种粉末，此情况下，即可使得所得零件为构件在同一切片层上的异质材料，实现多材质构件增材制造。

由于包括以上结构的制造装置在实现铺粉时，异种粉末的铺粉方式不同于传统的整层铺粉，利用送粉缸对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量，可达到提高粉末利用率的目的；

本方案中，由于清粉嘴能够实现成形缸上不同区域粉末的清除，当相邻切片层间不同材质粉末全部在局部存在混粉问题时，可利用清粉嘴，解决相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

本方案的实施在现有选区激光熔化增材制造设备上进行简单改进或装置有机整合即可获得，设备改造成本低且方便；

本方案提供的多材质构件一体化成形增材制造装置与方法可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

作为所述的一种多材质构件一体化成形增材制造方法进一步的技术方案，还包括混合粉末铺设工序，所述混合粉末铺设工序基于如下送粉系统：粉流送粉器可通过至少两根送粉管路，同时向多路混粉嘴传送不同成分的粉末；所述多路混粉嘴上设置有混合腔，来自不同送粉管路的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴的粉末输出端发生粉末混合；

具体为：根据零件加工需要，粉流送粉器中的不同成分的预置粉末按比例通过不同送粉管路传送至多路混粉嘴中，且不同成分的多种粉末在多路混粉嘴的作用下，以混合形态铺设在送粉缸或成形缸上。如上所述，采用本方案，利用所述多路混粉嘴添加在送粉缸上的粉末在多路混粉嘴的作用下即发生了不同成分粉末的混合，即送粉缸上获得的粉末实际上是不同成分粉末混合后的混合粉末，这样，可有效避免来自于送粉系统的不同组份的粉末在空间中不同成分粉末之间分区域堆积，造成在铺粉系统的作用下，成形缸上实际获得粉末受到以上不同成分粉末之间分区域堆积的影响，成形缸上实际铺粉依然为同一类型组分分层层叠或分区域平铺，造成最后获得的梯度零件实际上不具备组份间渐变转变特点。即采用本方案，可利用增材制造技术，获得质量更好的梯度功能零件。

在混合粉末铺设工序为将混合形态的粉末铺设在送粉缸上时，通过多路混粉嘴，单次向送粉缸上传递的粉末的粉末量为M，通过铺粉系统，使得成形缸上获得的适用于单次激光扫描所需粉末的粉末量为N，所述M的数值大于或等于N数值的D倍，所述D为大于1的正系数。采用本方案，即利用多路混粉嘴向送粉缸一次性送粉，利用铺粉系统完成多次成形缸铺粉，且铺粉系统完成一次成形缸铺粉的铺粉量满足单次激光扫描所需粉末的粉末量，这样，可有效提升梯度功能零件增材制造的效率。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案中，通过设置为包括所述清粉系统，同时设置为在驱动机构的作用下，清粉嘴和多路混粉嘴能够覆盖成形缸的整个工作面，在具体运用时，当成形缸局部材料区别于其他区域需要异种时，定义完成该次激光扫描时，成形缸上所需粉末中主要的粉末类型为基体粉末，异种的粉末为一种粉末或多种组份粉末，在进行成形缸铺粉时，可利用送粉缸完成基体粉末铺设，而后利用清粉嘴抽吸所需区域的基体粉末，得到粉末清除区域，而后利用多路混粉嘴，向所形成的粉末清除区域添加异种粉末，此情况下，即可使得所得零件为构件在同一切片层上的异质材料，实现多材质构件增材制造。

由于包括以上结构的制造装置在实现铺粉时，异种粉末的铺粉方式不同于传统的整层铺粉，利用送粉缸对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量，可达到提高粉末利用率的目的；

本方案中，由于清粉嘴能够实现成形缸上不同区域粉末的清除，当相邻切片层间不同材质粉末全部在局部存在混粉问题时，可利用清粉嘴，解决相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

本方案的实施在现有选区激光熔化增材制造设备上进行简单改进或装置有机整合即可获得，设备改造成本低且方便；

本方案提供的多材质构件一体化成形增材制造装置与方法可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置一个具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型所述结构示意图中，省略装置架后的结构示意图；

图3为本实用新型所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置一个具体实施例中，主要反映多路混粉嘴结构的局部结构示意图；

图4为本实用新型所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置一个具体实施例中，主要反映清粉嘴结构的局部结构示意图；

图5为本实用新型所述的一种多材质构件一体化成形增材制造方法一个具体实施例的流程图。

图中标记分别为：1、吸尘器，2、粉流送粉器，3、X向直线运动模组，4、Y向直线运动模组，5、第一固定支架，6、第二固定支架，7、多路混粉嘴，8、清粉嘴，9、遮挡板，10、送粉缸，11、成形缸，12、收料缸，13、成形缸直线模组，14、送粉缸直线模组，15、刮刀，16、刮刀支架，17、运动模块腔室，18、选区激光成形室，19、激光器光路装置，20、清粉管路，21、送粉管路，22、送粉嘴立柱，23、清粉嘴立柱，24、刮刀直线导轨，25、X轴电机，26、Y轴电机，27、送粉缸电机，28、成形缸电机，29、固定筋。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图4所示，一种多材质构件一体化成形增材制造装置，所述成形装置包括送粉系统，成形缸11，所述送粉系统包括粉流送粉器2、送粉管路21及多路混粉嘴7，所述送粉管路21为多根，送粉管路21作为粉流送粉器2向多路混粉嘴7传送粉末的管路；

还包括清粉系统，所述清粉系统包括吸尘器1、清粉管路20及清粉嘴8，所述清粉管路20作为吸尘器1与清粉嘴8之间的连接管路，以使得吸尘器1在工作时，在清粉嘴8的入口端上产生抽吸送粉缸10和成形缸11上粉末的抽吸力；

还包括用于改变多路混粉嘴7、清粉嘴8在空间中位置的驱动机构，在驱动机构的作用下，所述多路混粉嘴7、清粉嘴8的工作覆盖区域可覆盖成形缸11的整个工作面。

现有技术中，粉床型激光增材制造过程中，相应用于材料制造的粉末的传递方式决定了针对同一切片层，由于切片层上的粉末来源均为来源于送粉缸10：送粉缸10上的粉末通过等同刮刀15的粉末传递器件被传递至成形缸11上，这就使得同一切片层上的粉末为相同材质的粉末。针对同一切片层材料异种的零件、构件制造，并不能采用传统的增材制造方法获得。

本方案中，通过设置为包括所述清粉系统，同时设置为在驱动机构的作用下，清粉嘴8和多路混粉嘴7能够覆盖成形缸11的整个工作面，在具体运用时，当成形缸11局部材料区别于其他区域需要异种时，定义完成该次激光扫描时，成形缸11上所需粉末中主要的粉末类型为基体粉末，异种的粉末为一种粉末或多种组份粉末，在进行成形缸11铺粉时，可利用送粉缸10完成基体粉末铺设，而后利用清粉嘴8抽吸所需区域的基体粉末，得到粉末清除区域，而后利用多路混粉嘴7，向所形成的粉末清除区域添加异种粉末，此情况下，即可使得所得零件为构件在同一切片层上的异质材料，实现多材质构件增材制造。

由于包括以上结构的制造装置在实现铺粉时，异种粉末的铺粉方式不同于传统的整层铺粉，利用送粉缸10对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴7根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量，可达到提高粉末利用率的目的；

本方案中，由于清粉嘴8能够实现成形缸11上不同区域粉末的清除，当相邻切片层间不同材质粉末全部在局部存在混粉问题时，可利用清粉嘴8，解决相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

本方案的实施在现有选区激光熔化增材制造设备上进行简单改进或装置有机整合即可获得，设备改造成本低且方便；

本方案提供的多材质构件一体化成形增材制造装置与方法可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图4所示，为使得本方案不仅适用于多材质构件一体化成形，同时适应现有梯度功能零件制备，设置为：同时粉流送粉器2可通过至少两根送粉管路21，同时向多路混粉嘴7传送不同成分的粉末；所述多路混粉嘴7上设置有混合腔，来自不同送粉管路21的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴7，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴7的粉末输出端发生粉末混合。梯度功能零件利用两种或以上不同性能的材料，通过连续地改变材料的组份，使得不同材料内部结合界面消失，组份间渐变转变，以减小和克服结合部位的性能不匹配因素，区别于传统材料分层零件，其组份间是渐变的。异质铺粉的功能梯度零件增材制造方法，主要涉及不同组份粉末在增材制造中的运用，如何更好的获得梯度功能零件，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

本方案中，通过设置为成形装置包括的送粉系统上设置有多路混粉嘴7，且多路混粉嘴7上设置有混合腔，来自不同送粉管路21的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴7，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴7的粉末输出端发生粉末混合，这样，利用所述多路混粉嘴7添加在送粉缸10上的粉末在多路混粉嘴7的作用下即发生了不同成分粉末的混合，即送粉缸10上获得的粉末实际上是不同成分粉末混合后的混合粉末，这样，可有效避免来自于送粉系统的不同组份的粉末在空间中不同成分粉末之间分区域堆积，造成在铺粉系统的作用下，成形缸11上实际获得粉末受到以上不同成分粉末之间分区域堆积的影响，成形缸11上实际铺粉依然为同一类型组分分层层叠或分区域平铺，造成最后获得的梯度零件实际上不具备组份间渐变转变特点。即采用本方案，可利用增材制造技术，获得质量更好的梯度功能零件。

为更为准确的获得多路混粉嘴7下端出口位置，同时作为一种易于实现的多路混粉嘴7实现方式，设置为：所述多路混粉嘴7为外形呈圆锥状结构，多路混粉嘴7竖直设置，多路混粉嘴7的大端为上端，所述粉末输出端位于多路混粉嘴7的下端，送粉管路21的出口端均连接在多路混粉嘴7的上端；

所述混合腔为设置在多路混粉嘴7内的孔道，所述孔道作为送粉管路21的出口端与粉末输出端的连通通道。本方案中，多路混粉嘴7的外形设计使得其在使用时，下端位置即可准确反映粉末输出端位置；如需要匹配挡粉槽规范粉末在送粉缸10上的位置时，以上结构设计可使得多路混粉嘴7下端能够顺利的嵌入挡粉槽中；当粉流送粉器2中存储的不同成分的粉末经过送粉管路21传递至多路混粉嘴7后，对应粉末在所述孔道内下落，通过设计为孔道本身为多条，且孔道在粉末输出端之前相交，即可实现混粉，亦可设置为孔道为一条，如为一个绕多路混粉嘴7轴线的环形腔体，且以上环形腔体为锥形，送粉管路21的出口端连接在环形腔体上端的不同位置，不同成分的粉末在粉末输出端位置汇合实现混粉。

作为驱动机构的具体实现方案，设置为：所述驱动机构包括X向直线运动模组3及Y向直线运动模4组，还包括第一固定支架5，第一固定支架5固定在Y向直线运动模组上；多路混粉嘴7、清粉嘴8均固定在第一固定支架5上；

所述的X向直线运动模组可驱动Y向直线运动模组沿X轴横向左右移动；

所述的Y向直线运动模组可驱动第一固定支架5沿Y轴纵向前后运动。作为本领域技术人员，以上X向、Y向即对应空间直角坐标系中的X轴方向和Y轴方向，采用以上方案，第一固定支架5在X向直线运动模组3作用下可沿着X轴移动，在Y向直线运动模4组作用下可沿着Y轴移动，以上限定的横向、纵向即为相对运动方向，这样，安装在第一固定支架5上的多路混粉嘴7、清粉嘴8均固定以与第一固定支架5随动的方式实现位置调整。

基于以上驱动机构更进一步的技术方案，还包括第二固定支架6，第二固定支架6固定在X向直线运动模组上，所述的X向直线运动模组可驱动第二固定支架6沿X轴横向左右移动；

还包括装置架，所述装置架上设置有运动模块腔室17和选区激光成形室18，所述X向直线运动模组3设置在运动模块腔室17内；

还包括送粉缸10及收料缸12，所述送粉缸10、成形缸11及收料缸12均设置在选区激光成形室18内；

还包括固定连接在第二固定支架6上的遮挡板9，所述遮挡板9在完成成形缸11上粉末铺粉后，作为运动模块腔室17与选区激光成形室18之间的隔离板。本方案中，在装置架上设置运动模块腔室17和选区激光成形室18，第二固定支架6作为遮挡板9的安装架，遮挡板9作为需要需要将运动模块腔室17和选区激光成形室18进行间隔时的隔离板，这样，可有效的保护本成形装置上的功能部件，如防止增材制造过程选区激光成形室18内粉末灰尘飘落至运动模块腔室17。

作为一种更为完善的技术方案，设置为：还包括铺粉系统，所述铺粉系统包括刮刀15、刮刀支架16、刮刀直线导轨24；刮刀15固定在刮刀支架16上，刮刀15和刮刀支架16在刮刀直线导轨24的约束下，沿着送粉缸10与成形缸11的间距方向做往复直线移动；

在以上往复直线运动过程中，完成粉末由送粉缸10传递至成形缸11，实现成形缸11铺粉；完成成形缸11铺粉后，在以上往复直线运动过程中，刮刀15复位。

还包括用于实现成形缸11上粉末选区熔化的激光器光路装置19。

实施例3：

本实施例在实施例1或2提供的任意一个技术方案的基础上，公开了一种多材质构件一体化成形增材制造方法，包括铺粉步骤，所述铺粉步骤为将增材制造所需的粉末铺设到成形缸11上，所述铺粉步骤包括成形缸11工作面上局部粉末替换工序，所述替换工序通过如上所提供的任意一项所述的制造装置实现：包括清粉步骤和粉末补充步骤；

所述清粉步骤为：在驱动机构的作用下，通过改变清粉嘴8在空间中位置，利用清粉嘴8，对成形缸11工作面内选定区域的粉末完成粉末清除，得到粉末清除区域；

所述粉末补充步骤为向所述粉末清除区域内补充粉末：根据需要，由送粉缸10或多路混粉嘴7实现补充粉末，在利用多路混粉嘴7补充粉末时，多路混粉嘴7在驱动机构的作用下，通过改变多路混粉嘴7在空间中位置，实现粉末清除区域内所需粉末补充。

本方案中，通过设置为包括所述清粉系统，同时设置为在驱动机构的作用下，清粉嘴8和多路混粉嘴7能够覆盖成形缸11的整个工作面，同时采用以上方法，在具体运用时，当成形缸11局部材料区别于其他区域需要异种时，定义完成该次激光扫描时，成形缸11上所需粉末中主要的粉末类型为基体粉末，异种的粉末为一种粉末或多种组份粉末，在进行成形缸11铺粉时，可利用送粉缸10完成基体粉末铺设，而后利用清粉嘴8抽吸所需区域的基体粉末，得到粉末清除区域，而后利用多路混粉嘴7，向所形成的粉末清除区域添加异种粉末，此情况下，即可使得所得零件为构件在同一切片层上的异质材料，实现多材质构件增材制造。

由于包括以上结构的制造装置在实现铺粉时，异种粉末的铺粉方式不同于传统的整层铺粉，利用送粉缸10对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴7根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量，可达到提高粉末利用率的目的；

本方案中，由于清粉嘴8能够实现成形缸11上不同区域粉末的清除，当相邻切片层间不同材质粉末全部在局部存在混粉问题时，可利用清粉嘴8，解决相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

本方案的实施在现有选区激光熔化增材制造设备上进行简单改进或装置有机整合即可获得，设备改造成本低且方便；

本方案提供的多材质构件一体化成形增材制造装置与方法可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

实施例4：

本实施例在实施例3提供的技术方案的基础上作进一步限定：作为所述的一种多材质构件一体化成形增材制造方法进一步的技术方案，还包括混合粉末铺设工序，所述混合粉末铺设工序基于如下送粉系统：粉流送粉器2可通过至少两根送粉管路21，同时向多路混粉嘴7传送不同成分的粉末；所述多路混粉嘴7上设置有混合腔，来自不同送粉管路21的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴7，在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴7的粉末输出端发生粉末混合；

具体为：根据零件加工需要，粉流送粉器2中的不同成分的预置粉末按比例通过不同送粉管路21传送至多路混粉嘴7中，且不同成分的多种粉末在多路混粉嘴7的作用下，以混合形态铺设在送粉缸10或成形缸11上。如上所述，采用本方案，利用所述多路混粉嘴7添加在送粉缸10上的粉末在多路混粉嘴7的作用下即发生了不同成分粉末的混合，即送粉缸10上获得的粉末实际上是不同成分粉末混合后的混合粉末，这样，可有效避免来自于送粉系统的不同组份的粉末在空间中不同成分粉末之间分区域堆积，造成在铺粉系统的作用下，成形缸11上实际获得粉末受到以上不同成分粉末之间分区域堆积的影响，成形缸11上实际铺粉依然为同一类型组分分层层叠或分区域平铺，造成最后获得的梯度零件实际上不具备组份间渐变转变特点。即采用本方案，可利用增材制造技术，获得质量更好的梯度功能零件。

在混合粉末铺设工序为将混合形态的粉末铺设在送粉缸10上时，通过多路混粉嘴7，单次向送粉缸10上传递的粉末的粉末量为M，通过铺粉系统，使得成形缸11上获得的适用于单次激光扫描所需粉末的粉末量为N，所述M的数值大于或等于N数值的D倍，所述D为大于1的正系数。采用本方案，即利用多路混粉嘴7向送粉缸10一次性送粉，利用铺粉系统完成多次成形缸11铺粉，且铺粉系统完成一次成形缸11铺粉的铺粉量满足单次激光扫描所需粉末的粉末量，这样，可有效提升梯度功能零件增材制造的效率。

实施例5：

如图1至图5所示，本实施例结合以上实施例，提供了一种具体基于增材制造的功能零件成形装置和成型方法：

一种多材质构件一体化成形增材制造装置，所述的装置包括粉流送粉系统、清粉系统、送粉清粉运动模块、用于选区激光熔化增材的激光器光路装置19、成形缸11、收料缸12、铺粉系统，

所述的粉流送粉系统包括粉流送粉器2、送粉管路21、送粉嘴立柱22、多路混粉嘴7、送粉缸10和送粉缸直线模组14；送粉管路21连接粉流送粉器2和多路混粉嘴7，多路混粉嘴7固定于送粉嘴立柱22的下端，粉流送粉器2可选择性地让所需不同材质的粉末通过送粉管路21送入多路混粉嘴7内；送粉缸直线模组14驱动送粉缸10上下运动，也可进行粉末送粉。

所述的清粉系统包括吸尘器1、清粉管路20、清粉嘴立柱23、清粉嘴8；清粉管路20连接吸尘器1和清粉嘴立柱23，清粉嘴8固定于清粉嘴立柱23下端，吸尘器1可通过清粉嘴8、清粉嘴立柱23、清粉管路20进行粉末清除。

所述的送粉清粉运动模块包括X向直线运动模组3、Y向直线运动模组4、第一固定支架5、第二固定支架6、运动模块腔室17、遮挡板9；所述的X向直线运动模组3和Y向直线运动模组4固定在运动模块腔室17内，第二固定支架6固定在X向直线运动模组3上，遮挡板9通过固定筋29固定在第二固定支架6上；第一固定支架5固定在Y向直线运动模组4上；送粉管路21、送粉嘴立柱22、多路混粉嘴7、清粉管路20、清粉嘴立柱23、清粉嘴8均固定在第一固定支架5上。

所述的X向直线运动模组3可驱动Y向直线运动模组4、第二固定支架6、遮挡板9沿X轴横向左右移动，由X轴电机25驱动；

所述的Y向直线运动模组4可驱动第一固定支架5、送粉管路21、送粉嘴立柱22、多路混粉嘴7、清粉管路20、清粉嘴立柱23、清粉嘴8沿Y轴纵向前后运动，由Y轴电机26驱动；

所述的送粉缸10、成形缸11、收料缸12均位于选区激光成形室18内，送粉缸10的上下运动由送粉缸电机27驱动送粉缸直线模组14实现，成形缸11的上下运动由成形缸电机28驱动成形缸直线模组13实现。

所述的铺粉系统包括刮刀15、刮刀支架16、刮刀直线导轨24；刮刀15固定在刮刀支架16上，刮刀15和刮刀支架16由刮刀直线导轨24驱动沿X轴横向左右移动。

所述的粉流送粉器2为多路粉流送粉型，多路混粉嘴7为同轴中空结构，通过多路的送粉管路21与多路混粉嘴7连接，不同材质粉末在多路混粉嘴7内进行混粉。

进一步的：所述的送粉嘴立柱22和清粉嘴立柱23固定在第一固定支架5上，可由X向直线运动模组3驱动沿X轴横向左右移动，同时可由Y向直线运动模组4驱动沿Y轴纵向前后移动；

进一步的：所述的遮挡板9固定在第二固定支架6上，可由X向直线运动模组3驱动沿X轴横向左右移动；

进一步的：所述的清粉管路20、清粉嘴立柱23和清粉嘴8的内部为中空漏斗管路，可通过吸尘器1的负压气吸作用对特定区域的粉末进行清除。

进一步的：所述的激光器光路装置19可用于增材制造过程的粉末选区熔化；

进一步的：所述的遮挡板9位于第二固定支架6的右侧，可防止增材制造过程选区激光成形室18内粉末灰尘飘落至运动模块腔室17；

本实施例还公开了一种多材质构件一体化成形增材制造方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：根据待增材制造的目标多材质零件制定材质切换顺序，确定基体粉体材质，并生成对应的多材质送粉程序、粉末清除程序和激光扫描路径；

将目标三维模型数据导入控制系统中，根据每个切片层所需材质的数据，确定不同切片层内材质切换顺序和基体粉体材质。

如果切换材料为基体粉体材质，首先，控制吸尘器1通过清粉管路20和清粉嘴立柱23对成形缸11内的存在混粉问题区域的粉末进行粉末清除，生成粉末清除程序；然后，控制送粉缸直线模组14驱动送粉缸10向上运动，完成基体粉体材质的送粉，生成基体粉体材质的送粉程序；

如果切换材料为其他材质，首先，控制吸尘器1通过清粉管路20和清粉嘴立柱23对成形缸11内混粉区域的存在混粉问题区域的粉末进行粉末清除，生成粉末清除程序；然后，控制控制粉流送粉器2将对应的材质按照比例通过送粉管路21和多路混粉嘴7，同时控制X向直线运动模组3和Y向直线运动模组4使得粉末按照对应扫描路径落至成形缸11内，生成其他材质的送粉切换程序。

计算机得到零件整个切片层的界面模型数据，根据该切片层的材质、外部轮廓、内部轮廓生成激光扫描策略路径；

步骤2：切片模型数据导入增材制造控制系统；

步骤3：增材制造控制系统根据切片模型提取对应每个切片层的材质数据，调整对应的激光工艺参数。

步骤4：X向直线运动模组3通过X轴电机25驱动清粉嘴8沿X轴横向向右运动，通过Y轴电机26驱动清粉嘴8沿Y轴纵向运动，按照粉末清除程序，对成形缸11内的选区激光熔化区域完成粉末清除；

步骤5：如果是基体粉体材质的切换，控制送粉缸直线模组14驱动送粉缸10内基体粉体材质向上运动，完成基体粉体材质的供粉；

如果是其他材质的切换，X向直线运动模组3通过X轴电机25驱动多路混粉嘴7沿X轴运动，通过Y轴电机26驱动多路混粉嘴7沿Y轴运动，同时控制粉流送粉器2将对应的材质按照比例通过将其他粉体材质送至送粉管路21和多路混粉嘴7，按照多材质送粉程序的扫描路径，完成成形缸11内目标选区激光熔化区域的供粉；

步骤6：粉末送粉至成形缸11上后，X向直线运动模组3通过X轴电机25驱动第二固定支架6、挡粉槽、遮挡板9沿X轴横向移动至左侧，同时即通过Y向直线运动模组4将第一固定支架5、送粉管路21、送粉嘴立柱22、多路混粉嘴7、清粉管路20、清粉嘴立柱23、清粉嘴8沿X轴横向移动至左侧；

步骤7：刮刀直线导轨24带动刮刀15和刮刀支架16沿X轴横向向左运动，完成粉末在成形缸11的铺粉，然后刮刀直线导轨24带动刮刀直线导轨24和刮刀15沿X轴横向返回至右侧；

步骤8：铺粉完成后，激光器光路装置19根据调整的工艺参数和激光扫描路径进行选区激光熔化；

步骤9：该选区熔化作业完成后，重复粉末清除程序、多材质送粉程序、铺粉和扫描策略路径选区激光熔化步骤，即步骤5、步骤6、步骤7、步骤8，直至多材质零件一体化增材制造完成。

1.本实施例实现同一切片层内不同材质的增材制造。所述的铺粉装置采用送料缸送粉和粉流送粉复合方式，最后通过刮刀进行铺粉，实现同一切片层内不同材质粉末的清粉、送粉和铺粉；

2.本实施例有效提高不同材质粉末的利用效率。不同于传统的整层铺粉，本实用新型利用送粉缸对基体材质粉末进行送粉，利用多路混粉嘴根据多材质送粉程序按照扫描路径供粉，减少不同材质粉末所需预铺粉量；

3.本实施例所述的吸尘器通过清粉嘴实现不同区域粉末的清除，解决了同一切片层和相邻切片层间不同材质粉末的混粉问题；

4.本实施例的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，可与现有的选区激光熔化增材制造设备有机整合，设备改造成本低且方便。

本实施例的一种多材质构件一体化成形增材制造装置可实现提供复杂结构多材质零件的一体化精密成形，可以使得制备的多材质零件按照预定的组份比例分布进行成形。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多材质构件一体化成形增材制造装置，包括送粉系统，成形缸（11），其特征在于，所述送粉系统包括粉流送粉器（2）、送粉管路（21）及多路混粉嘴（7），所述送粉管路（21）为多根，送粉管路（21）作为粉流送粉器（2）向多路混粉嘴（7）传送粉末的管路；

还包括清粉系统，所述清粉系统包括吸尘器（1）、清粉管路（20）及清粉嘴（8），所述清粉管路（20）作为吸尘器（1）与清粉嘴（8）之间的连接管路，以使得吸尘器（1）在工作时，在清粉嘴（8）的入口端上产生抽吸送粉缸（10）和成形缸（11）上粉末的抽吸力；

还包括用于改变多路混粉嘴（7）、清粉嘴（8）在空间中位置的驱动机构，在驱动机构的作用下，所述多路混粉嘴（7）、清粉嘴（8）的工作覆盖区域可覆盖成形缸（11）的整个工作面。

2.根据权利要求1所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，粉流送粉器（2）可通过至少两根送粉管路（21），同时向多路混粉嘴（7）传送不同成分的粉末；所述多路混粉嘴（7）上设置有混合腔，来自不同送粉管路（21）的粉末由所述混合腔穿过多路混粉嘴（7），在所述混合腔中发生粉末混合或在多路混粉嘴（7）的粉末输出端发生粉末混合。

3.根据权利要求2所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，所述多路混粉嘴（7）为外形呈圆锥状结构，多路混粉嘴（7）竖直设置，多路混粉嘴（7）的大端为上端，所述粉末输出端位于多路混粉嘴（7）的下端，送粉管路（21）的出口端均连接在多路混粉嘴（7）的上端；

所述混合腔为设置在多路混粉嘴（7）内的孔道，所述孔道作为送粉管路（21）的出口端与粉末输出端的连通通道。

4.根据权利要求1所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，所述驱动机构包括X向直线运动模组（3）及Y向直线运动模组（4），还包括第一固定支架（5），第一固定支架（5）固定在Y向直线运动模组（4）上；多路混粉嘴（7）、清粉嘴（8）均固定在第一固定支架（5）上；

所述的X向直线运动模组（3）可驱动Y向直线运动模组（4）沿X轴横向左右移动；

所述的Y向直线运动模组（4）可驱动第一固定支架（5）沿Y轴纵向前后运动。

5.根据权利要求4所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，还包括第二固定支架（6），第二固定支架（6）固定在X向直线运动模组（3）上，所述的X向直线运动模组（3）可驱动第二固定支架（6）沿X轴横向左右移动；

还包括装置架，所述装置架上设置有运动模块腔室（17）和选区激光成形室（18），所述X向直线运动模组（3）设置在运动模块腔室（17）内；

还包括送粉缸（10）及收料缸（12），所述送粉缸（10）、成形缸（11）及收料缸（12）均设置在选区激光成形室（18）内；

还包括固定连接在第二固定支架（6）上的遮挡板（9），所述遮挡板（9）在完成成形缸（11）上粉末铺粉后，作为运动模块腔室（17）与选区激光成形室（18）之间的隔离板。

6.根据权利要求1所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，还包括铺粉系统，所述铺粉系统包括刮刀（15）、刮刀支架（16）、刮刀直线导轨（24）；刮刀（15）固定在刮刀支架（16）上，刮刀（15）和刮刀支架（16）在刮刀直线导轨（24）的约束下，沿着送粉缸（10）与成形缸（11）的间距方向做往复直线移动；

在以上往复直线运动过程中，完成粉末由送粉缸（10）传递至成形缸（11），实现成形缸（11）铺粉；完成成形缸（11）铺粉后，在以上往复直线运动过程中，刮刀（15）复位。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种多材质构件一体化成形增材制造装置，其特征在于，还包括用于实现成形缸（11）上粉末选区熔化的激光器光路装置（19）。

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