一种3D打印制备梯度功能材料的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种3D打印制备梯度功能材料的方法和装置，本发明专利技术的方法根据3D打印的梯度功能材料制备顺序确定成型区，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类；利用连续激光熔融基料后形成多个材料性能不同的成型区，在各成型区内的基料位于熔融态时，根据梯度功能材料的性能要求选择是否向成型区发射超声波以改变晶粒大小；实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化，获取各成型区内的声学图像并标记具有图像缺陷的区域，向被标记的区域发射脉冲激光再次熔融。本发明专利技术用高能超声增强的方式在不同区域打印具有不同微观组织的结构，实时监测可能存在的微裂纹/孔隙缺陷，然后通过脉冲激光对不同区域选择性的进行冲击强化。择性的进行冲击强化。择性的进行冲击强化。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印制备梯度功能材料的方法及装置


[0001]本专利技术属于金属增材成型领域，具体涉及一种3D打印制备梯度功能材料的方法及装置。

技术介绍

[0002]通过一般方式制备的材料，其分散相是接近均匀分布的，整体材料的性能也基本一致，但是在某些工况下，希望同一零件的不同位置具有不同的性质或功能，同时希望不同性能的材料能够完美的结合在一起，因此梯度功能材料由此诞生。
[0003]激光选区熔化(SLM)技术因其成形精度高、质量好，可以实现复杂结构零件的一体式成形制造，在各行各业应用越来越多。SLM成形过程中材料经历了快速熔化
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快速凝固的循环热交替作用，获得的组织晶粒细小，制件性能远超铸件水平。但是常规SLM技术难以准确控制晶粒生长尺寸，无法制备满足不同性能要求的梯度功能材料。
[0004]因此，本专利技术提出了一种3D打印制备梯度功能材料的方法及装置，利用高能超声增强的方式在不同区域打印具有不同微观组织的结构，同时借助声波探测器实时监测可能存在的微裂纹/孔隙缺陷，然后通过脉冲激光对不同区域选择性的进行冲击强化。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供一种3D打印制备梯度功能材料的方法及装置，利用高能超声增强的方式在不同区域打印具有不同微观组织的结构，同时借助声波探测器实时监测可能存在的微裂纹/孔隙缺陷，然后通过脉冲激光对不同区域选择性的进行冲击强化。
[0006]本专利技术的3D打印制备梯度功能材料的方法，包括如下步骤：
[0007]根据3D打印的梯度功能材料制备顺序确定成型区，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类；
[0008]利用连续激光熔融参与制备的材料后形成多个材料性能不同的成型区，在各成型区内的基料位于熔融态时，根据梯度功能材料的性能要求选择是否向成型区发射高能超声波以改变晶相结构；
[0009]实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化，获取各成型区内的声学图像并标记具有图像缺陷的区域，向被标记的区域发射脉冲激光再次熔融。
[0010]进一步的，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类后，以预先制备或实时制备的方式混合参与制备的材料为基料。
[0011]进一步优选地，实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化具体为，向各成型区内发射不改变梯度功能材料的晶相结构的探测声波后接收反射声波信息。
[0012]进一步优选地，所述高能超声波的频率为5
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10MHZ。
[0013]进一步优选地，发射连续激光和脉冲激光时，由不同的激光发射设备单独发射。
[0014]本专利技术还提供一种3D打印制备梯度功能材料的装置，包括金属增材3D 打印机，所
述金属增材打印机具有储料室和成型室，由所述储料室向所述成型室内送料后执行3D打印，在所述成型室内设有成型基板，还包括激光发射模块、超声波发射模块和声波探测模块；
[0015]所述激光发射模块位于所述成型室顶部，包括连续激光发射系统和脉冲激光发射系统；
[0016]所述连续激光发射系统用于熔融金属粉末后执行3D打印，所述脉冲激光系统用于3D打印的冲击强化，修复3D打印物体的裂纹缺陷；
[0017]所述超声发射模块和所述声波探测模块均设于所述成型基板底部；
[0018]所述超声发射模块用于向梯度功能材料发射高能超声波改变晶体结构；
[0019]所述声波探测模块用于向梯度功能材发射声波并连接计算模块生成声学图像。
[0020]进一步的，所述储料室内具有多个料仓，在各料仓内独立存储不同的金属材料和辅料。
[0021]进一步的，所述料仓还包括预制仓，所述预制仓内根据加工需求预先混合参与制备的材料种类。
[0022]本专利技术还提供一种计算机存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行3D打印制备梯度功能材料的方法。
[0023]本专利技术还提供一种电子设备，包括处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行3D打印制备梯度功能材料的方法。
[0024]本专利技术的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：
[0025]本专利技术利用高能超声增强的方式在不同区域打印具有不同微观组织的结构，同时借助声波探测器实时监测可能存在的微裂纹/孔隙缺陷，然后通过脉冲激光对不同区域选择性的进行冲击强化。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例提供的方法的流程示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的电子设备的框图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]本专利技术的3D打印制备梯度功能材料的方法，包括如下步骤：
[0030]根据3D打印的梯度功能材料制备顺序确定成型区，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类；以预先制备或实时制备的方式混合参与制备的材料为基料。
[0031]利用连续激光熔融参与制备的材料后形成多个材料性能不同的成型区，在各成型区内的基料位于熔融态时，根据梯度功能材料的性能要求选择是否向成型区发射高能超声波以改变晶相结构；所述高能超声波的频率为 5
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10MHZ，所述高能超声波可以明显地改变金属材料在晶粒形成过程中的晶粒大小和材料性能。
[0032]向各成型区内发射不改变梯度功能材料的晶相结构的探测声波后接收反射声波信息，实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化，获取各成型区内的声学图像并标记具有图像缺陷的区域，向被标记的区域发射脉冲激光再次熔融。发射连续激光和脉冲激光时，由不同的激光发射设备单独发射。
[0033]具体地，当某一个成型区由熔融态凝固后，开始加工下一个成型区或者同时加工多个成型区，由于超声波具有集束特点，可以定向地探测某一个成型区的声学图像，高能超声波也可以定向地改变某一个成型区熔融态时的晶相，因此连续激光和脉冲激光也由不同的激光发射设备单独发射，以实现同时加工多个梯度性能的成型区需求。
[0034]本专利技术还提供一种3D打印制备梯度功能材料的装置，包括金属增材 3D打印机，所述金属增材打印机具有储料室和成型室，由所述储料室向所述成型室内送料后执行3D打印，在所述成型室内设有成型基板，还包括激光发射模块、超声波发射模块和声波探测模块；所述激光发射模块位于所述成型室顶部，包括连续激光发射系统和脉冲激光发射系统；所述连续激光发射系统用于熔融金属粉末后执行3D打印，所述脉冲激光系统用于3D 打印的冲击强化，修复3D打印物体的裂纹缺陷；所述超声发射模块和所述声波探测模块均设于所述成型基板底部，所述超声发射模块和所述声波探测模块均设于所述成型基板底部；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印制备梯度功能材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：根据3D打印的梯度功能材料制备顺序确定成型区，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类；利用连续激光熔融参与制备的材料后形成多个材料性能不同的成型区，在各成型区内的基料位于熔融态时，根据梯度功能材料的性能要求选择是否向成型区发射高能超声波以改变晶相结构；实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化，获取各成型区内的声学图像并标记具有图像缺陷的区域，向被标记的区域发射脉冲激光再次熔融。2.根据权利要求1所述的3D打印制备梯度功能材料的方法，其特征在于，根据各成型区的性能要求确定参与制备的材料种类后，以预先制备或实时制备的方式混合参与制备的材料为基料。3.根据权利要求1所述的3D打印制备梯度功能材料的方法，其特征在于，实时探测各成型区的熔池形成和熔池凝固过程中声波信号的变化具体为，向各成型区内发射不改变梯度功能材料的晶相结构的探测声波后接收反射声波信息。4.根据权利要求1所述的3D打印制备梯度功能材料的方法，其特征在于，所述高能超声波的频率为5
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10MHZ。5.根据权利要求1所述的3D打印制备梯度功能材料的方法，其特征在于，发射连续激光和脉冲激光时，由不同的激光发射设备单独发射。6.一种3D打印制备梯度功能材料的装置，包括金属增材3D打印机，所述金属增材3...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕忠利，孙亚威，
申请(专利权)人：山东创瑞激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：