本发明专利技术公开了一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置及方法，所述装置包括成型室，成型缸、铺粉装置、供粉仓、激光器和供粉系统，所述成型缸、铺粉装置、供粉仓均设置在成型室中，供粉系统通过粉末输送管线和供粉仓连通，供粉仓安装在机械臂的末端，铺粉装置设置在成型缸上方，在传动装置的带动下在成型室中水平运动；采用传统供粉缸和机械手臂结合的供粉装置，当使用单一材料时使用传统的供粉缸供粉，当成型两种材料或者两种以上材料时，则使用机械臂结构送粉装置，若其中一个材料占比大于其它材料之和，此时也可以采用供粉缸和机械臂结构结合供粉方式，由于机械臂结构更换材料简单迅速，以增加铺粉效率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置及方法
本专利技术属于金属3D打印
，具体涉及一种由机械臂与新型供粉系统构成的装置以及实现多材料成型的方法。
技术介绍
选择性激光熔化(SLM)是增材制造(AM)技术之一，具有广阔的发展前景。由于使用激光束和金属粉末作为制造工具，大大缩短了产品研发和制造周期。SLM成型技术可用于直接生产具有高相对密度，出色的机械性能，高尺寸精度和出色的表面质量的金属零件。与传统加工技术相比，SLM可以形成任意复杂的金属零件，而受零件形状限制。在具有复杂形状的金属材料和零件方面，它显示出明显的优势，而传统技术则难以加工。随着高新技术的飞跃发展，材料科学领域内也在的不断变革，使得各种适应高新技术发展的新材料应运而生。单一类型的材料已经不够满足需要。以梯度材料为例，梯度材料，又称梯度功能复合材料，指的是复合材料中分散相是不均匀的，材料不同时，性能是不同的，这一特性满足人们希望材料两端可以表现相异性质的要求，正是在这的促进下，梯度材料的发展越来越快。然而目前的SLM技术，往往是使用单一粉末的成型，在打印同一零件时难以成型梯度变化的材料，这些因素也同样限制着SLM技术的广泛应用与发展。目前SLM送粉系统大多都是提前把要打印的粉末放到送粉腔内。无论是上送粉装置还是下铺粉装置，都需要事先准备足够的粉末，因此存在着不能改变粉末的限制。因此需要设计一种新的SLM设备，使其不仅可以打印单一粉末材料的零件，也可以成型两种以上粉末材料，以及兼顾混合粉末功能同时可以对混合粉末的比例进行动态调控，以满足可以成型多种不同材料和不同比例粉末的零件，改善目前材料单一的缺陷。
技术实现思路
本专利技术主要涉及以金属粉末为主要加工原料的选择性激光熔化设备，针对传统SLM设备在成型能力上过于单一，大多只能成型单一性能的零件，不能在成型过程中改变粉末的种类的梯度逐渐变化的零件，解决了传统SLM铺粉粉末单一而无法成型多材料结构零件的问题。为达到上述目的，本专利技术所述一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，包括成型室，成型缸、铺粉装置、供粉仓、激光器和供粉系统，成型缸、铺粉装置、供粉仓均设置在成型室中，供粉系统通过粉末输送管线和供粉仓连通，供粉仓安装在机械臂的末端，铺粉装置设置在成型缸上方，在传动装置的带动下在成型室中水平运动，激光器用于发射激光以熔化成型缸上铺设的原材料；供粉系统包括粉末库和粉末处理中心，粉末库包括粉末储存罐，粉末储存罐包括n个子罐，n个子罐的出口均与粉末储存罐出口连通，n≥2；粉末处理中心用于控制粉末储存罐中粉末的流向。进一步的，供粉仓包括腔体，腔体下端开设有出粉口，腔体中设置有齿轮，齿轮的齿顶圆直径等于腔体的长度。进一步的，铺粉装置安装在传动带上。进一步的，铺粉装置包括刮刀箱体，刮刀箱体上固定有刮刀。进一步的，成型缸包括缸体，缸体中设置有基板，基板下端连接有驱动装置，驱动装置带动基板在缸体中竖直移动，基板的外侧设置有密封圈。进一步的，成型缸两侧分别设置有第一粉末回收仓和第二粉末回收仓。一种基于上述的装置的多材料增材制造成型方法，包括以下步骤：步骤1、向不同粉末储存罐中装入要打印的原料粉末；步骤2、对将要制造的零件建立三维实体模型分层并确定扫描方式；步骤3、确定激光的功率和扫描速度，并将激光的功率、扫描速度将步骤2确定的扫描方式输入激光器控制软件中；步骤4、使所有原料粉末就位，具体包括以下步骤：4.1、设定初始粉末类别和粉末量；4.2、将所需粉末量与粉末类别发送给粉末库，粉末库打开所需材料所在的子罐，将所需粉末传送到粉末处理中心；4.3、原料粉末材料流经搅拌机后输送到供粉仓；步骤5、将将要打印的位置传递至给机械臂，使机械臂带供粉仓移动到将要打印的位置，然后打开供粉仓开关，粉末开始流出，在此过程中机械臂做水平运动，同时供粉仓向下落粉，在机械臂运动区域形成一条由粉末堆积形成的直线；步骤6、启动铺粉装置，铺粉装置将步骤落下的粉末均匀刮平，然后打开激光器，激光器根据步骤3设定的功率、扫描速度和扫描方式开始激光成型；步骤7、一层成型结束后，成型缸内驱动装置带动基板下降一层高度，然后重复步骤5-步骤6，直至打印出目标零件。进一步的，步骤1中，装入粉末储存罐中的每种类型成型材料的粉末量为理论计算值和从粉末库到供粉仓间的消耗量之和。进一步的，步骤1中，向粉末储存罐中装入的粉末为球形金属粉末。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：本专利技术改变以往传统的供粉系统，采用传统供粉缸和机械手臂结合的供粉装置，当使用单一材料时可以使用传统的供粉缸供粉，这时供粉模式是由下自上模式，当成型两种材料或者两种以上材料时，则使用机械臂结构送粉装置，当成型两种或两种以上材料，若其中一个材料占比大于其它材料之和，此时也可以采用供粉缸和机械臂结构结合供粉方式，占比多的材料选用传统的供粉缸铺粉，其它材料则选用机械臂由上自下送粉，由于机械臂结构更换材料简单迅速，以增加铺粉效率。其次是机械臂的供粉系统为一个可以实时供粉的系统，该实时供粉系统由粉末库，粉末处理中心和腔内的供粉仓。与传统设备相似，在零件成型前，利用模型处理软件将零件参数模型进行切分，切分的厚度即为成型过程中刮刀铺粉的厚度，一般铺粉层厚与粉末粒径相关，粒径大时，铺粉厚度则相应取大些，否则在铺粉过程中，粒径大于层厚的粉末颗粒会被刮刀刮走，最终影响成型质量。设置机械臂结构，不同于现有的铺粉距离的固定，通过机械臂在腔室内的任意方向运动，可以改变每次铺粉前粉末的掉落位置，使粉末从机械臂上供粉仓掉落到要打印的位置，这种定向定点的成型方式，可以减少粉末的消耗。本专利技术所述的成型方法，对零件模型的处理不仅仅涉及厚度，还有关于材料的选择。对于一个多材料零件，尽管可以将铺粉厚度设为相同，但不同的材料其参数工艺(参数工艺包括：激光功率，扫描速度，道间距和层厚)是不相同的，根据其已知的材料分布，可以将模型按不同材料分为几个不同部分，最后对每个部分单独设置参数以达到良好的成型性能。在成型过程中通过读取提前设置好接下来层数所需的粉量，然后输送到暂时的供粉仓内，这种通过系统控制提取粉末的系统可以改变每次提取粉末的种类以满足不同材料铺粉的目的。此外，通过实时调控粉末的种类和混合比例，不同种类粉末流经搅拌器可以得到充分的混合。因此对于混合粉末的成型，除了可以事先准备混合粉末外，还可以在成型过程中实时准备。根据打印混合粉末的比例，控制粉末库中单个粉末的流出量，再将流出的粉末经粉末处理中心进行充分混合。这种可以抽取不同粉末材料进行混合，并且可以改变混合材料粉末的比例，即为对铺粉层材料的动态调控。附图说明图1为传统SLM设备结构示意图；图2为本专利技术的SLM设备结构示意图；图3为铺粉装置示意图；图4为机械臂结构示意图；图5为供粉仓结构；图6为整体粉末供应与循环工作流程图；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，包括成型室(9)，成型缸(4)、铺粉装置(7)、供粉仓(16)、激光器(1)和供粉系统(10)，所述成型缸(4)、铺粉装置(7)、供粉仓(16)均设置在成型室(9)中，所述供粉系统(10)通过粉末输送管线(12)和供粉仓(16)连通，所述供粉仓(16)安装在机械臂(11)的末端，所述铺粉装置(7)设置在成型缸(4)上方，在传动装置的带动下在成型室(9)中水平运动，所述激光器(1)用于发射激光以熔化成型缸(4)上铺设的原材料；/n所述供粉系统(10)包括粉末库(20)和粉末处理中心(19)，所述粉末库(20)包括粉末储存罐(26)，所述粉末储存罐(26)包括n个子罐，所述n个子罐的出口均与粉末储存罐出口连通，n≥2；/n所述粉末处理中心(19)用于控制粉末储存罐(26)中粉末的流向。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，包括成型室(9)，成型缸(4)、铺粉装置(7)、供粉仓(16)、激光器(1)和供粉系统(10)，所述成型缸(4)、铺粉装置(7)、供粉仓(16)均设置在成型室(9)中，所述供粉系统(10)通过粉末输送管线(12)和供粉仓(16)连通，所述供粉仓(16)安装在机械臂(11)的末端，所述铺粉装置(7)设置在成型缸(4)上方，在传动装置的带动下在成型室(9)中水平运动，所述激光器(1)用于发射激光以熔化成型缸(4)上铺设的原材料；
所述供粉系统(10)包括粉末库(20)和粉末处理中心(19)，所述粉末库(20)包括粉末储存罐(26)，所述粉末储存罐(26)包括n个子罐，所述n个子罐的出口均与粉末储存罐出口连通，n≥2；
所述粉末处理中心(19)用于控制粉末储存罐(26)中粉末的流向。
2.根据权利要求1所述的一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，所述供粉仓(16)包括腔体(161)，所述腔体(161)下端开设有出粉口，所述腔体(161)中设置有齿轮(162)，所述齿轮(162)的齿顶圆直径等于腔体(161)的长度。
3.根据权利要求1所述的一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，所述铺粉装置(7)安装在传动带(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，所述铺粉装置(7)包括刮刀箱体(15)，所述刮刀箱体(15)上固定有刮刀(13)。
5.根据权利要求1所述的一种基于SLM设备实现多材料增材制造成型的装置，其特征在于，所述成型缸(4)包括缸体，所述缸体中设置有基板(4-3)，所述基板(4-3)下端连接有驱动装置，所述驱动装置带动基板(4-3)在缸体中竖直移动，所述基板(4-3)的外侧设置有密封圈(4-2)。
6.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：张航，冀少坤，赵懿臻，同治强，李涤尘，蔡江龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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