一种增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了增材制造装置及方法，所述装置包括电子束发生装置和成形室，所述电子束发生装置位于所述成形室的上方，所述电子束发生装置用以产生熔化粉末材料的射线，所述成形室用以提供制造所需要的密闭腔室；在所述成形室中还包括粉末接收盒和粉箱，所述粉末接收盒设置于所述粉箱的下方出口处，用于承接该粉箱送出的粉末材料并进行预处理，所述预处理包括，将所述粉末材料加热至预定温度后将粉末材料倾倒出。在本发明专利技术的增材制造方法中，逐层铺粉的过程中，对粉末逐层进行预处理；粉末材料的预处理不占用额外的时间，不会降低增材制造的效率。在本发明专利技术的增材制造装置每次加热的粉末材料等于一个层厚度的材料，材料量少，水分去除更彻底。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造装置及方法
本专利技术涉增材制造领域，特别涉及增材制造装置及方法。对材料进行预处理的增材制造装置与方法，在增材制造逐层铺粉的过程中，能够对粉末逐层进行预处理，粉末材料的预处理不占用额外的时间，不会降低增材制造的效率。
技术介绍
增材制造(3D打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来构建三维物体的制造技术。粉床式增材制造是增材制造技术路线的一种，其基本的工艺步骤如下：粉末供应与铺平系统将粉末材料在工作平台上铺展成薄层，高能量密度的射线束(激光或电子束)在粉末层上扫描三维物体的一个截面；之后，工作平台下降一个粉末层厚度的距离，在工作平台上铺一层新的粉末，射线扫描三维物体的下一个截面；重复以上步骤，直至该三维物体制造完成。用于增材制造的粉末材料要求纯净无杂质，但实际存放过程中难以避免受潮、混入水分等杂质。含有水分的粉末材料会对最终制造的零件产生不利的影响。在制造前，将装有粉末的容器放入烘箱，对粉末材料进行烘烤是最常见的方法，但存在以下问题：一是需要较长的时间的烘烤以彻底去除水分，耗时长；二是水分去除不彻底，特别是位于容器中心的粉末材料，水分难以受热排除。ARCAM公司在其专利“用于加成制造的粉末预处理”中公开了一种增材制造中的粉末预处理方法：将粉末放在成形缸中，利用热源对成形缸表面的粉末材料进行加热、去除水分；加热后，将表面一个薄层的粉末转移至供粉箱中。成形缸中的粉末被逐层加热，直至成形缸中粉末都被转移至供粉箱中。然后，再进行增材制造：供粉箱中粉末被逐层转移至成形缸中，并被射线(激光或电子束)扫描、熔化。这种方法的缺陷在于：每次预处理的粉末量等于一个粉末层的量，材料量少，水分去除彻底。但如果粉末量比较多，预处理的耗时长，需要等待较长时间才能开始增材制造，不利于制造效率的提升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，在增材制造逐层铺粉的过程中，对粉末逐层、多批次加热，加热后的粉末被铺展成薄层进行熔合。使得粉末材料的预处理不占用额外的时间，不会降低增材制造的效率；同时每次加热的粉末材料等于一个层厚度的材料，材料量少，水分去除更彻底。解决上述技术问题，本专利技术提供了一种增材制造装置，包括电子束发生装置和成形室，所述电子束发生装置位于所述成形室的上方，所述射线发生装置用以产生熔化粉末材料的射线，所述成形室用以提供制造所需要的密闭腔室；在所述成形室中还包括粉末接收盒和粉箱，所述粉末接收盒设置于所述粉箱的下方出口处，用于承接该粉箱送出的粉末材料并进行预处理，所述预处理包括，将所述粉末材料加热至预定温度后将粉末材料倾倒出。更进一步，所述预定温度的条件为：不低于水分蒸发的温度；不高于所述粉末材料发生熔化的温度，以及粉末材料与水分发生化学变化的温度；当达到所述预定温度时，则粉末接收盒将粉末材料倾倒出。更进一步，所述粉末接收盒可活动设置为：接料位置和卸料位置，在所述接料位置时，所述粉末接收盒位于水平方向的位置处，接收粉箱供给的粉末材料；在所述卸料位置时，所述粉末接收盒偏离水平方向的位置处，将该些粉末材料倾倒；其中，所述粉末接收盒在接料位置处接收粉末材料后，经过设置时间，将粉末材料加热至预定温度，用以去除水分；完成上述处理后将粉末接收盒切换至卸料位置，将粉末材料转移至位于所述粉末接收盒下方的铺粉平台上，该铺粉平台用以承接粉末接收盒转移出的粉末材料，其中所述的设置时间范围0-20s。更进一步，所述粉箱至少包括两个，其中所述粉箱中将所述粉末材料逐层混合后装载成混合粉末材料，用以将所述粉末材料加热至预定温度，所述粉箱均可向该粉末接收盒中定量输送粉末材料；所述粉末接收盒，还用以对不同的粉末材料进行混合形成混合粉末材料，其中预定温度不高于混合粉末材之间发生化学变化的温度。更进一步，所述成形室中还包括，设置于所述铺粉平台上的铺粉装置，用于铺粉，并将所述铺粉平台上的粉末材料转移至成形缸上方并形成粉末薄层；与铺粉平台并排拼接的成形缸筒及设于所述成形缸筒内的成形缸活塞，用于接纳粉末材料，并经由所述铺粉装置转移至所述成形缸活塞上进行射线扫描、熔化。更进一步，当射线扫描、熔化后，所述成形缸活塞下降的距离等于一层厚度的距离，即在所述成形缸活塞上方预留出一个层厚度的空间，粉末接收盒切换至卸料位置，将粉末材料转移至铺粉平台上，铺粉装置进行运动，将粉末材料转移至成形缸活塞的上方，形成粉末层，所述粉末层填充预留出的一个层厚度的空间，完成后粉末接收盒切换至接料位置。本专利技术还提供了一种增材制造方法，包括，1)定量配置粉末材料，在所述粉箱中向所述粉末接收盒中输送定量的粉末材料，所述粉末材料的总量等于第n层所需要的粉末材料量，若粉末材料为混合材料，则可指定配比；2)对粉末材料进行预处理，在所述粉末接收盒内对粉末材料加热至预定温度，并在所述粉末接收盒中使得所述粉末材料逐层沉积后形成梯度结构；若粉末材料为混合材料，则可先进行混合；3)完成预处理后，将所述处于接料位置的粉末接收盒切换至卸料位置，并将粉末材料转移至铺粉平台，然后再恢复至接料位置；其中，与所述步骤1)、2)同步地，通过电子束发生装置在所述成形室内进行射线扫描，然后熔合在成形缸表面的粉末薄层，完成第(n-1)的成形；通过射线熔合上一层的时间，在所述粉末接收盒中进行下一层粉末材料的混合和/或预处理；n递增1，回到步骤1)，重复直至三维物体被逐层构建完成，所述n为所述三维物体的分层层数≥1。更进一步，所述射线为电子束，所述粉末材料中的水分蒸发后通过真空获得设备抽走离开成形室。更进一步，所述射线为激光束，在所述成形室通过灌流惰性气体形成保护气氛，所述粉末材料中的水分通过成形室中的流动的惰性气体带出成形室。本专利技术还提供了一种三维物体，在所述增材制造装置中，通过采用所述增材制造方法制造而成，在所述三维物体中每层中采用混合或者相同材料的粉末材料。本专利技术的有益效果：1)本专利技术中的增材制造装置包括射线发生装置、成形室、粉箱、粉末接收盒、铺粉平台、铺粉装置、成形缸筒和成形缸活塞。其中粉末接收盒可对粉末材料进行预处理，将粉末材料加热至预定温度去除水分，在增材制造逐层铺粉的过程中，对粉末逐层进行预处理。2)由于在本专利技术中的逐层预处理粉末、逐层沉积的增材制造方法，粉末接收盒对粉末材料的热处理和射线熔合上一层粉末材料的过程是同时进行的，不会增加额外的预处理时间，粉末材料的预处理不占用额外的时间，不会降低增材制造的效率。3)本专利技术中的逐层混合、预处理粉末，逐层沉积的增材制造方法，粉末接收盒对粉末材料的混合及热处理和射线熔合上一层粉末材料的过程是同时进行的，不会增加额外的预处理时间。可以制造材料成分非单一、在高度方向上材料成分不断变化的梯度结构。4)在增材制造方法中，每次加热的粉末材料等于一个层厚度的材料，材料量少，水分去除更彻底。5)在本专利技术中还可以包含多个粉箱，可分别向粉末接收盒供给粉末。粉末接收盒可对两种或多种粉末材料进行混合和预处理。6)所述预处理温度高于水分蒸发温度，低于粉末材料熔化的温度，低于粉末材料和水分发生化学反应的温度，在粉末材料为混合粉末材料时，低于不同粉末材料之间发生化学反应的温度。通过上述预处理温度，能够对装置进行良好的控制。附图说明图1是本专利技术增材制造装置的第一个实施例的示意图。图2(a)是在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造装置，包括电子束发生装置和成形室，所述电子束发生装置位于所述成形室的上方，所述电子束发生装置用以产生熔化粉末材料的射线，所述成形室用以提供制造所需要的密闭腔室；其特征在于，在所述成形室中还包括粉末接收盒和粉箱，所述粉末接收盒设置于所述粉箱的下方出口处，用于承接该粉箱送出的粉末材料并进行预处理，所述预处理包括，将所述粉末材料加热至预定温度后将粉末材料倾倒出。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造方法，采用了增材制造装置，所述增材制造装置包括：射线发生装置和成形室，所述射线发生装置位于所述成形室的上方，所述射线发生装置用以产生熔化粉末材料的射线，所述成形室用以提供制造所需要的密闭腔室；在所述成形室中还包括粉末接收盒和粉箱，所述粉末接收盒设置于所述粉箱的下方出口处；粉箱，用于储存、供给粉末材料；粉末接收盒，用于承接粉箱送出的粉末材料并进行预处理，且所述粉末接收盒能够在接料位置与卸料位置之间切换；铺粉平台，承接粉末接收盒转移出的粉末材料；铺粉装置，用于铺粉，将铺粉平台上的粉末材料转移至成形缸活塞上方并形成粉末层；成形缸，其上表面与铺粉平台等高，用于接纳粉末材料；所述方法包括：1)定量配置粉末材料，在粉箱中向粉末接收盒中输送定量的粉末材料，所述粉末材料的总量等于第n层所需要的粉末材料量，且所述粉末材料为指定配比的混合材料；2)对粉末材料进行预处理，在所述粉末接收盒内对粉末材料进行混合，同时将粉末材料加热至预定温度；3)完成预处理后，将处于接料位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，林峰，葛文君，张磊，向虎，
申请(专利权)人：天津清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12