【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及选区激光熔化形型领域，尤其涉及到的一种适用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备及方法。
技术介绍
1、增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。选区激光熔化(slm)成形技术是增材制造领域的最新发展技术。该技术基于离散材料逐层堆积成型原理，依据三维设计软件设计的数字化三维数据，采用高能激光束对原材料粉末进行逐层熔化并制造出最终零件。与其他金属增材制造技术相比，选区激光熔化成形技术具有成型精度高、致密度高以及后处理简单的特点，可以直接成型出具有复杂空间结构和几何形状的高精度功能零部件。该技术以结构功能一体化设计、制造周期短、成型精度高、无需模具和刀具等显著优势，已经成为复杂构件快速制造的先进制造手段，是金属增材制造技术最有发展前景的技术之一。
2、虽然选区激光熔化技术发展迅速，并已开始广泛应用于工业、运输、航空航天以及医疗机械等领域，但是绝大多数选区激光熔化成型设备在单次成型加工时只能选择一种材料，只能够成型出具有单一材料的零件产品，已逐渐无法满足人们对多材料一体化零件的直接成型要求，严重限制了选区激光熔化技术的应用范围。目前已经出现的个别满足多材料选区激光熔化成型设备虽能勉强实现多材料一体化零件的成型，但其材料的更换，尤其是零件层间材料的精准变化无法保证。此外，不同的粉末材料无法实现像单一粉末材料选区设备的粉末回收利用，造成严重浪费，成本显著上升。诸多问题等待解决。如杨永强等人专利技术的一种轮盘式多材料激光选区熔化成型装置(
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种适用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备及方法，本专利技术能够根据零件性能需求，在单次成型过程中改变粉末材料种类，实现材料逐层的微米级精准变更；通过设置吸粉机构和铺粉机构最大程度避免不同种类粉末的污染，且能对多种材料进行单独回收。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备，包括激光器、送粉缸、成型缸、铺粉机构和吸粉机构；
4、所述成型缸设置在内环所在位置，所述内环设置在可驱动外环中心，所述可驱动外环能够相对内环旋转；所述可驱动外环上设置有数个送粉缸和粉料回收缸，且所述送粉缸与对应粉料回收缸的径向中心线过内环中心；
5、所述铺粉机构将送粉缸送出的粉料铺平在成型缸上，所述激光器在成型缸上方发射激光，对粉末材料进行选区熔化；所述吸粉机构用来清除成形室表面残余的粉料并把多余的粉料储存到粉料回收缸内。
6、上述方案中，所述铺粉机构包括铺粉导轨及安装在导轨上的铺粉臂，铺粉臂由电机驱动沿铺粉导轨往复左右运动；铺粉刮刀安装在铺粉臂的前端，铺粉臂运动的起始位置位于可驱动外环最左侧，并能向右运动至粉料回收缸的中线左侧；铺粉机构在铺粉过程中将位于预铺粉位的送粉缸内的粉末铺平在成型缸上。
7、上述方案中，所述铺粉刮刀长度稍大于成型缸直径，两端设置有挡板，避免粉末在铺粉过程中从两侧漏出；铺粉刮刀长度小于另外上下两送粉缸相隔的距离，防止在铺粉过程中将粉末刮入其他送粉缸导致不同粉末的相互污染。
8、上述方案中，所述粉料回收缸直径稍大于铺粉刮刀长度，使铺粉刮刀将铺粉结束后的多余粉末刮入粉料回收缸中回收储存。
9、上述方案中，所述铺粉刮刀的下端应与内环和可驱动外环刚接触。
10、上述方案中，所述吸粉机构包括吸嘴、吸粉导轨和输送管；吸嘴长度稍长于粉料回收缸的直径；吸嘴的起始位置位于粉料回收缸中线处，并能向左运动至送粉缸的中线处。
11、上述方案中，所述吸粉机构会在更换粉末前，将内环和可驱动外环上铺粉刮刀经过的面上的残余粉末吸走清理；吸嘴的工作范围覆盖铺粉机构工作时的粉末经过的区域，即吸嘴工作范围是从送粉缸中线到对应的粉料回收缸中线中间的矩形区域。
12、上述方案中，所述送粉缸和成型缸内设置有独立的伺服马达以控制成型基板升降。
13、上述方案中，还包括送粉缸回转机构，所述送粉缸回转机构的回转马达转动时，可驱动外环相对于内环旋转，将所需粉末材料的送粉缸转动至正对铺粉刮刀的右侧，并由铺粉机构将粉末平铺至成型缸上。
14、转轮式多材料选区激光熔化设备的使用方法，启动设备，将所需的不同种类的粉末原料填入至不同的送粉缸内，同时安装铺粉刮刀和成型基板；完成打印前的成型基板与刮刀调平，检查手动铺粉，成型室充入保护气；根据零件材料要求，先将装有相应粉末的送粉缸转动至铺粉刮刀的右侧的预铺粉位置；接着送粉缸的伺服马达工作将送粉缸内的粉末升高一个所设置层厚的单元高度，同时成型缸基板平台下降一个单元高度，此时铺粉臂推动铺粉刮刀向右运动将粉末推至右侧并铺平在成型缸上，并将多余粉末推入粉料回收缸中，随后退回至初始位置，完成一次铺粉运动；接着，激光器启动，在成型缸上方发射激光束开始熔化作业；完成该层粉末的熔化之后，成型缸内的伺服马达工作驱动成型缸下降一个层厚高度，准备下一次铺粉，若此时零件下一层所需的粉末材料与上一层铺设的不一样，则吸粉臂开始工作，自左向右吸走铺粉运动残余在成型室平面上的浮粉，将装有所需的另一种粉末材料的送粉缸转动至预铺粉区域，由送粉缸的伺服马达将粉末材料升高一个层厚高度，随后铺粉臂将高于送粉缸上表面的粉末材料推至成型缸中并铺平，然后退回至初始位置；接着，激光器在成型缸上方发射激光，对新一层粉末材料进行选区熔化；重复上述过程，直至成型缸内的零件加工完成。
15、本专利技术专利相对于现有技术，具有如下优点和效果：
16、1.本专利技术在成型缸外围设置了一个转轮并在设置了三个可盛放不同粉末材料的送粉缸和相应的粉料回收缸；可根据零件的性能需求，在打印过程中更换不同的粉末。铺粉机构进行铺粉运动时，铺粉臂装有铺粉刮刀沿着导轨往复运动；铺粉刮刀往复铺粉运动所覆盖的区域为铺粉区域；铺粉刮刀左侧位置为预送粉位；当其中一个送粉缸旋转至预铺粉位，即位于铺粉刮刀的正左侧，铺粉刮刀将高于成型缸上表面的粉末推至成型缸的成型平面上并铺平；当根据需求更换粉末时，吸粉臂自左向右往复运动一次，吸粉区域覆盖铺粉区域，将遗留在成型室上表面的浮粉吸走，避免在更换粉末时残留的粉末造成污染，随后转轮转动将盛有所需粉末的送粉缸转动至预送粉位，进行铺粉运动。采用这种结构可实现了同一零件应用不同材料的整体成型，通过转轮结构可实现零件打印时层间材料更换的精准控制，且可实现不同种类粉末的对应回收，并能最大程度的避免了不同粉末的污染。该方法突破了激光选区熔化成形单一材料零部件的局限性，极大拓展该技术的应用范围。
17、2.本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备，其特征在于，包括激光器、送粉缸、成型缸、铺粉机构和吸粉机构；
2.根据权利要求1所述的用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉机构包括铺粉导轨及安装在导轨上的铺粉臂，铺粉臂由电机驱动沿铺粉导轨往复左右运动；铺粉刮刀安装在铺粉臂的前端，铺粉臂运动的起始位置位于可驱动外环最左侧，并能向右运动至粉料回收缸的中线左侧；铺粉机构在铺粉过程中将位于预铺粉位的送粉缸内的粉末铺平在成型缸上。
3.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉刮刀长度稍大于成型缸直径，两端设置有挡板，避免粉末在铺粉过程中从两侧漏出；铺粉刮刀长度小于另外上下两送粉缸相隔的距离，防止在铺粉过程中将粉末刮入其他送粉缸导致不同粉末的相互污染。
4.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述粉料回收缸直径稍大于铺粉刮刀长度，使铺粉刮刀将铺粉结束后的多余粉末刮入粉料回收缸中回收储存。
5.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉刮刀的
6.根据权利要求1所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述吸粉机构包括吸嘴、吸粉导轨和输送管；吸嘴长度稍长于粉料回收缸的直径；吸嘴的起始位置位于粉料回收缸中线处，并能向左运动至送粉缸的中线处。
7.根据权利要求6所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述吸粉机构会在更换粉末前，将内环和可驱动外环上铺粉刮刀经过的面上的残余粉末吸走清理；吸嘴的工作范围覆盖铺粉机构工作时的粉末经过的区域，即吸嘴工作范围是从送粉缸中线到对应的粉料回收缸中线中间的矩形区域。
8.根据权利要求1所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述送粉缸和成型缸内设置有独立的伺服马达以控制成型基板升降。
9.根据权利要求1所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，还包括送粉缸回转机构，所述送粉缸回转机构的回转马达转动时，可驱动外环相对于内环旋转，将所需粉末材料的送粉缸转动至正对铺粉刮刀的右侧，并由铺粉机构将粉末平铺至成型缸上。
10.根据权利要求1至9任一项所述的转轮式多材料选区激光熔化设备的使用方法，其特征在于，启动设备，将所需的不同种类的粉末原料填入至不同的送粉缸内，同时安装铺粉刮刀和成型基板；完成打印前的成型基板与刮刀调平，检查手动铺粉，成型室充入保护气；根据零件材料要求，先将装有相应粉末的送粉缸转动至铺粉刮刀的右侧的预铺粉位置；接着送粉缸的伺服马达工作将送粉缸内的粉末升高一个所设置层厚的单元高度，同时成型缸基板平台下降一个单元高度，此时铺粉臂推动铺粉刮刀向右运动将粉末推至右侧并铺平在成型缸上，并将多余粉末推入粉料回收缸中，随后退回至初始位置，完成一次铺粉运动；接着，激光器启动，在成型缸上方发射激光束开始熔化作业；完成该层粉末的熔化之后，成型缸内的伺服马达工作驱动成型缸下降一个层厚高度，准备下一次铺粉，若此时零件下一层所需的粉末材料与上一层铺设的不一样，则吸粉臂开始工作，自左向右吸走铺粉运动残余在成型室平面上的浮粉，将装有所需的另一种粉末材料的送粉缸转动至预铺粉区域，由送粉缸的伺服马达将粉末材料升高一个层厚高度，随后铺粉臂将高于送粉缸上表面的粉末材料推至成型缸中并铺平，然后退回至初始位置；接着，激光器在成型缸上方发射激光，对新一层粉末材料进行选区熔化；重复上述过程，直至成型缸内的零件加工完成。
...【技术特征摘要】
1.一种用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备，其特征在于，包括激光器、送粉缸、成型缸、铺粉机构和吸粉机构；
2.根据权利要求1所述的用于多材料打印的转轮式选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉机构包括铺粉导轨及安装在导轨上的铺粉臂，铺粉臂由电机驱动沿铺粉导轨往复左右运动；铺粉刮刀安装在铺粉臂的前端，铺粉臂运动的起始位置位于可驱动外环最左侧，并能向右运动至粉料回收缸的中线左侧；铺粉机构在铺粉过程中将位于预铺粉位的送粉缸内的粉末铺平在成型缸上。
3.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉刮刀长度稍大于成型缸直径，两端设置有挡板，避免粉末在铺粉过程中从两侧漏出；铺粉刮刀长度小于另外上下两送粉缸相隔的距离，防止在铺粉过程中将粉末刮入其他送粉缸导致不同粉末的相互污染。
4.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述粉料回收缸直径稍大于铺粉刮刀长度，使铺粉刮刀将铺粉结束后的多余粉末刮入粉料回收缸中回收储存。
5.根据权利要求2所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述铺粉刮刀的下端应与内环和可驱动外环刚接触。
6.根据权利要求1所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述吸粉机构包括吸嘴、吸粉导轨和输送管；吸嘴长度稍长于粉料回收缸的直径；吸嘴的起始位置位于粉料回收缸中线处，并能向左运动至送粉缸的中线处。
7.根据权利要求6所述的转轮式多材料选区激光熔化设备，其特征在于，所述吸粉机构会在更换粉末前，将内环和可驱动外环上铺粉刮刀经过的面上的残余粉末吸走清理；吸嘴的工作范围覆盖铺粉机构工作时的粉末经过的区域，即吸嘴工作范围是从送粉缸中线到对应的粉料回收缸中线...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟，王燚，张红梅，鲁金忠，杜家龙，罗开玉，陆旻炜，
申请(专利权)人：温州大学激光与光电智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：
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