一種多材料零件3d打印的粉末供給、鋪展方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種多材料零件3D打印的粉末供給、鋪展方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，可以根據(jù)三維模型快速制造出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。3D打印技術(shù)使零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以不受傳統(tǒng)工藝制造技術(shù)的限制，提高了工藝制造能力；同時，3D打印技術(shù)還具有使產(chǎn)品研發(fā)周期短、研發(fā)成本低等優(yōu)勢。3D打印技術(shù)近幾年得到迅速發(fā)展，其已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、航空航天、藝術(shù)等行業(yè)，幾乎能夠直接成型任意復(fù)雜幾何形狀的零件。
[0003]在生活及工業(yè)上的物品有很多是由兩種或兩種以上的多材料制造而成的，例如一根帶塑料外皮的電線，外部是塑料皮，內(nèi)部是金屬線芯;一把錘子，柄是塑料的，錘頭是鋼材的；一種雙金屬滑動軸承，其基底為低碳鋼，軸承面是青銅合金;高端船用甲板上采用的功能梯度材料;汽車活塞頭上采用的金屬一陶瓷梯度涂層材料;航天航空用的功能梯度熱障材料-梯度陶瓷/金屬復(fù)合材料;HA/T1-6A1-4V功能梯度材料制成的人工植入體等等。由于不同材料具有不同的性能或功能，因而，多材料零件擁有十分優(yōu)異的使用性能，也使零件結(jié)構(gòu)輕量化，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)屬性與功能屬性的完美結(jié)合。
[0004]理想的多材料3D打印應(yīng)是在三維的零件模型上，任一點(diǎn)所對應(yīng)的材料信息都能被3D打印機(jī)所識別，并調(diào)用相應(yīng)的材料執(zhí)行打印，即自由按點(diǎn)選材3D打印成型。
[0005]目前，基于粉末材料的多材料3D打印技術(shù)尚未成熟，采用粉末材料的3D打印技術(shù)主要包括選區(qū)激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering-SLS)、選區(qū)激光恪化(又稱激光選區(qū)恪化)(Selective Laser Melting-SLM)、電子束恪融成型(Electron Beam Melting-EBM)、激光工程化凈成形技術(shù)(Laser Engineered Net Shaping-LENS)等幾種。激光工程化凈成形技術(shù)通過采用同軸或旁軸噴粉技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)同一層內(nèi)不同區(qū)域的不同金屬粉末的供給及鋪展。但是，該技術(shù)存在噴粉量難以精確控制、成型零件精度差、需較多成形后處理量、粉末材料僅限于金屬或陶瓷材料、一般需要采用保護(hù)氣體運(yùn)載粉末等缺點(diǎn)。選區(qū)激光熔化、選區(qū)激光燒結(jié)以及電子束熔融成型技術(shù)采用鋪粉刮板或鋪粉棍進(jìn)行鋪粉，成型精度及成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度比激光工程化凈成形技術(shù)好很多，傳統(tǒng)上這三種技術(shù)在一次3D打印過程中僅能采用一種材料(單組元材料、合金、包覆粉末等)，目前這三種3D打印方法都難做到在任意區(qū)域靈活調(diào)用不同粉末材料成型。
[0006]申請?zhí)枮?01410220310.4，名為“異質(zhì)材料選區(qū)激光熔化的鋪粉及粉末回收裝置”的中國專利公開了一種多材料鋪粉方法及裝置，采用含多個鋪粉槽的鋪粉裝置及帶吸附罩的粉末回收裝置，每層都可執(zhí)行一次以上的鋪粉、選區(qū)激光熔化、吸附罩回收未固化粉末的動作，每一層都可通過調(diào)用不同鋪粉槽實(shí)現(xiàn)異質(zhì)材料供給及鋪展，如此逐層成形，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)零件的3D打印。這種方法及裝置能實(shí)現(xiàn)自由按點(diǎn)選材3D打印成型理念，但一層內(nèi)每次固化完后，都需采用真空吸附去除成形平臺上所有材料，各層供粉量及粉末回收量將逐層增多，如零件層數(shù)很多，將較難實(shí)現(xiàn)零件的3D打印，并且相對傳統(tǒng)工藝增加了吸附回收動作也降低了成形效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供了一種多材料零件3D打印的粉末供給、鋪展方法及裝置。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種多材料零件3D打印的粉末供給、鋪展方法，包括以下步驟:
[0010]a.設(shè)多材料零件每個層片包含至少一個材料區(qū)域，每個材料區(qū)域使用一種粉末材料，將多種粉末材料分別放置在不同的供粉漏斗內(nèi)；
[0011]b.成形平臺下降一個層厚的距離；
[0012]c.執(zhí)行當(dāng)前層的某個材料區(qū)域的粉末供給及鋪展:
[0013]鋪粉盒在粉末收集箱上移至均粉器的正下方;根據(jù)當(dāng)前材料區(qū)域所需的材料類型，3D打印機(jī)控制某個供粉漏斗定量泄出粉末材料，粉末材料在重力的作用下經(jīng)均粉器均勻分散后落入鋪粉單元的鋪粉盒中；
[0014]鋪粉盒載著粉末材料在3D打印機(jī)的成形平臺上方柔性鋪粉，在鋪粉過程中，鋪粉盒的高位柔性刮板將鋪粉盒中的粉末材料平鋪一層到成形平臺上方，若不是當(dāng)前層第一次鋪粉，低位柔性刮板將成形平臺上方前次未清除干凈的多余粉末材料刮走并被粉末收集箱收集；
[0015]將粉末材料鋪展完畢后，3D打印機(jī)控制激光束或電子束對當(dāng)前材料區(qū)域內(nèi)的粉末材料進(jìn)行熔化或燒結(jié)；
[0016]鋪粉盒返回，鋪粉盒返回過程中，鋪粉盒的低位柔性刮板將成形平臺上方多余的粉末材料刮走并被粉末收集箱收集，完成當(dāng)前層的該材料區(qū)域打??；
[0017]d.判斷當(dāng)前層是否打印完成，如沒有，重復(fù)執(zhí)行步驟C，直至完成當(dāng)前層的打印。
[0018]進(jìn)一步地，若當(dāng)前層打印完畢且不是最后一層，則下一層的打印繼續(xù)從步驟b開始執(zhí)行;若當(dāng)前層是最后一層，則完成對多材料零件的打印。
[0019]本發(fā)明還提供了一種多材料零件3D打印的粉末供給、鋪展裝置，包括供粉單元和位于供粉單元下方的鋪粉單元；
[0020]所述供粉單元包括多個供粉漏斗、多根連接管及均粉器，所述各供粉漏斗用于貯存不同的粉末材料并定量供給，所述多根連接管將各供粉漏斗的底部與均粉器連接，所述各供粉漏斗內(nèi)的粉末材料依靠重力經(jīng)由連接管下落至均粉器，所述均粉器將來自各供粉漏斗的粉末材料均勻分散；
[0021]所述鋪粉單元包括鋪粉盒和粉末收集箱，所述鋪粉盒在粉末收集箱的頂板上接收自均粉器下來的粉末材料，所述粉末收集箱的頂板可將鋪粉盒的底部動態(tài)封閉使鋪粉盒無泄漏地裝載粉末材料，接粉完畢后，鋪粉盒在3D打印機(jī)的成形平臺上方鋪粉，所述粉末收集箱的頂板設(shè)置有余粉收集口并用于收集鋪粉盒及成形平臺上方多余的粉末材料。
[0022]進(jìn)一步地，所述供粉漏斗包括漏斗主體，所述漏斗主體的下部固定有一盛粉板，所述盛粉板的下方依次設(shè)置有一轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤和一固定的泄粉板;所述盛粉板、轉(zhuǎn)盤和泄粉板上均開設(shè)有用于泄粉的孔。
[0023]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)盤的中心固定連接有一由電機(jī)帶動的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。
[0024]進(jìn)一步地，所述漏斗主體的頂部還設(shè)置有一漏斗蓋，所述漏斗蓋上開設(shè)有一添粉口，所述添粉口上設(shè)置有一添粉塞;所述泄粉板的下方還設(shè)置有一錐形的泄粉斗。
[0025]進(jìn)一步地，均粉器包括多根泄粉支管、與各泄粉支管連通的泄粉總管和位于泄粉總管下方的多塊用于均勻分散粉末材料的粉末分散導(dǎo)流板，所述各泄粉支管分別通過連接管與各供粉漏斗連接，所述泄粉總管將來自泄粉支管的粉末材料導(dǎo)向各粉末分散導(dǎo)流板，粉末材料經(jīng)粉末分散導(dǎo)流板降落到鋪粉盒內(nèi)。
[0026]進(jìn)一步地，所述鋪粉盒包括鋪粉盒體和位于鋪粉盒體兩側(cè)的高位柔性刮板和低位柔性刮板，所述鋪粉盒體用于盛放來自均粉器的粉末材料，所述低位柔性刮板的底部低于高位柔性刮板的底部，所述高位柔性刮板用于將粉末材料鋪展到成形平臺上方，所述低位柔性刮板用于刮走成形平臺上方多余的粉末材料。
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