一种高效率的增材制造方法技术

本发明专利技术属于增材制造相关技术领域，其公开了一种高效率的增材制造方法，方法包括以下步骤：(1)提供成形装置，成形装置包括成形缸及多个刮刀；(2)依次对多个刮刀进行排序编号，并分别将多个刮刀与成形缸的基准表面之间的间距调整为粉末层层厚的对应编号倍数；(3)多个刮刀按照对应的编号依次先后开始进行铺粉，同时，多个高能束分别对多个刮刀铺设好的粉末进行扫描成形，由此铺粉与扫描加工同步进行，直至完成预定个数层的加工；(4)成形缸下降粉末层层厚的预定个数倍后，继而重新铺粉及扫描加工，直至完成预定个数层的加工，成形缸再次下降；(5)重复步骤(2)‑(4)，直至完成整体成形。本发明专利技术提高了成形效率及成形质量。

An efficient additive manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种高效率的增材制造方法
本专利技术属于增材制造相关
，更具体地，涉及一种高效率的增材制造方法。
技术介绍
增材制造技术，尤其是粉末基增材制造技术，是以粉末为原料，根据计算机设计的三维CAD模型，利用高能束(激光束或者电子束)对粉末原料进行辐照，通过逐层烧结/熔化堆积成形直接制造最终产品。成形的零件具有高性能、高的表面质量和成形精度，该技术是具有设计制造周期短、无模具、无刀具、不受模型形状限制等技术优势，已经广泛的应用到航空航天、军工、汽车、医疗等领域。基于粉末床的增材制造成形效率除了受高能束功率、扫描速度、粉末层厚等工艺参数影响外，很大程度上受铺粉等待时间和高能束“闲置”时间的影响。零件越高，成形层数越多，则铺粉次数越多，铺粉等待时间和高能束“闲置”时间越长，导致整个零件加工时间加长，成形效率降低。现有粉末基增材制造铺粉方法可以分为单向铺粉和双向铺粉两种，其中，单向铺粉方法是采用单刮刀单行程工作模式，每次铺粉时，铺粉刮刀需要横跨送粉缸及成形缸，每加工完一层后，铺粉刮刀需要返回至初始位置进行铺粉。这种铺粉方式效率低，耗时长。双向铺粉的方法通常采用单刮刀模式或者双刮刀模式进行双向铺粉，减少了刮刀的空行程。但是无论是单刮刀模式还是双刮刀模式，仍然是铺完一层粉末之后再进行加工，待加工完一层粉末之后成形缸下降一个粉末层厚的高度，然后再进行下一层铺粉，均存在较长的铺粉等待时间，限制了增材制造装备成形效率的进一步提高。而且，由于需要等待铺粉，层与层之间高能束“闲置”时间仍然较长，这样反复的快速熔化和快速凝固容易在构件内部形成高的温度梯度和高的冷却速率，产生高的内应力，导致成形构件易翘曲变形或者开裂。此外，随着加工层数的增加，刮刀表面会受到磨损甚至破损，或者粘有异物，导致铺粉厚度发生变化，影响铺粉质量和构件成形质量。对于单刮刀或者双刮刀模式，此时更换新的刮刀，需要中止整个成形过程，操作过程繁琐，安装精度难以保证，且难以确保成形过程的连续性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高效率的增材制造方法，其基于现有增材制造的特点，研究及设计了一种高效率的增材制造方法。该方法将用于增材制造的铺粉刮刀数量设置为多个，每个刮刀可以同步或者独自进行双向连续铺粉。多个刮刀铺粉方法可以实现多层铺粉与多层加工同步进行，待加工完多层后，成形缸可一次下降多个粉末层厚的高度，大幅度提高了增材制造装备的成形效率。此外，本申请突破了增材制造单层铺粉再单层加工零部件的局限性，确保成形过程的连续性，消除了层与层之间铺粉等待时间和有效地缩短了高能束“闲置”时间，从而显著改善成形内应力，提高了零件的成形质量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高效率的增材制造方法，所述增材制造方法主要包括以下步骤：(1)提供成形装置，所述成形装置包括成形缸、多个送粉机构及多个刮刀，多个所述刮刀临近所述成形缸设置，多个所述送粉机构临近所述刮刀设置；(2)依次对多个刮刀进行排序编号，并分别将多个刮刀与所述成形缸的基准平面之间的间距调整为粉末层层厚的对应编号倍数，即刮刀与成形缸的基准平面之间的间距为粉末层层厚的倍数与对应的刮刀的编号相一致；(3)多个送粉机构分别给多个所述刮刀送粉，多个刮刀按照对应的编号依次先后开始沿第一方向进行铺粉，同时，多个高能束分别对多个刮刀铺设好的粉末进行扫描成形，由此铺粉与扫描加工同步进行，直至一次完成预定个数层的加工，该预定个数与多个刮刀的数量相等；(4)所述成形缸下降粉末层层厚的预定个数倍后，重新对多个刮刀进行排序编号，并重新调整刮刀与成形缸的基准平面之间的间距，继而沿第二方向进行铺粉及扫描加工，直至一次性完成预定个数层的加工，所述成形缸再下降粉末层层厚的预定个数倍；其中，所述第一方向与所述第二方向相反；(5)重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成零部件的整体成形。进一步地，按照刮刀距离所述成形缸基准平面的距离自近到远依次对多个刮刀进行编号，距离所述成形缸基准平面最近的刮刀的编号最小，距离所述成形缸基准平面最远的刮刀编号最大。进一步地，多个所述刮刀设置于所述成形缸的同一侧，且多个所述刮刀沿同一个方向间隔设置。进一步地，多个所述刮刀均分为两组，两组所述刮刀分别设置在所述成形缸相背的两侧，且两组所述刮刀相对于所述成形缸对称设置。进一步地，两组所述刮刀交替进行铺粉。进一步地，多个所述刮刀围绕所述成形缸布置。进一步地，多个所述刮刀沿一个弧形间隔设置，自处于弧形端部的刮刀开始沿着所述弧形对多个所述刮刀进行编号。进一步地，多个所述送粉机构内收容的粉末材质相同或者完全不同；所述高能束为激光束、电子束或者其组合。进一步地，所述粉末的材质为金属粉末、陶瓷粉末、高分子材料粉末或者复合材料粉末。进一步地，每个刮刀能独自进行双向连续铺粉或者与其他刮刀同步双向连续铺粉。进一步地，所述成形装置采用激光选区熔化成形装置、激光选区烧结成形装置、电子束选区熔化成形装置中的一种。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的高效率的增材制造方法主要具有以下有益效果：1.刮刀均可以连续运动进行双向铺粉，减少了刮刀往复次数，消除了单刮刀或双刮刀在铺粉过程中的空行程及等待时间，提高了铺粉效率，且连续铺粉和连续加工多层之后，成形缸可一次下降多个粉末层厚的高度，大大地提高了增材制造装备的成形效率。2.铺粉和高能束加工可以同步进行，这样显著地缩短了高能束“闲置”时间；加工过程中，已加工的表面还没有冷却下来，下一个刮刀已经开始铺粉，因此可以利用前面未冷却的成形表面对铺设的粉末进行预热，有助于减少粉末温度与熔融温度的差值。同时，高能束同步对已经铺设的粉末进行扫描，这样显著地降低了冷却速率和温度梯度，使零件由于冷热交变而产生的内应力减小，降低了零件变形的可能性，提高了零件的成形质量。3.多个刮刀可上下精准调整与成形缸基准平面之间的高度，在成形过程中，若有刮刀发生磨损或破损，可利用其他刮刀进行替换，然后继续执行铺粉，这不仅避免了刮刀磨损带来的铺粉厚度变化，还避免了因刮刀破损而中止实验或重新安装刮刀的繁琐过程，操作方便，既保证了成形过程的连续性，又保证了成形质量及表面精度。此外，在多个刮刀的作用下，单个刮刀负责铺粉的层数相对减少，从而提高了刮刀寿命。4.多刮刀双向铺粉，可以对多种粉末材料实现层与层之间交替铺粉，为复合材料、梯度功能材料、多层或分层材料的制备提供了更好的解决方案。附图说明图1是本专利技术第一实施方式提供的高效率的增材制造方法涉及的单侧多刮刀同步向左铺粉的示意图；图2是图1中的高效率的增材制造方法涉及的单侧多刮刀同步铺粉激光束/电子束选区熔化成形示意图；图3是图1中的高效率的增材制造方法涉及的单侧多刮刀同步向右铺粉示意图；图4是本专利技术第二实施方式提供的高效率的增材制造方法涉及的单侧多刮刀独自向左铺粉的示意图；图5是图4中的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效率的增材制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)提供成形装置，所述成形装置包括成形缸、多个送粉机构及多个刮刀，多个所述刮刀临近所述成形缸设置，多个所述送粉机构临近所述刮刀设置；/n(2)依次对多个刮刀进行排序编号，并分别将多个刮刀与所述成形缸的基准平面之间的间距调整为粉末层层厚的对应编号倍数，即刮刀与成形缸的基准平面之间的间距为粉末层层厚的倍数与对应的刮刀的编号相一致；/n(3)多个送粉机构分别给多个所述刮刀送粉，多个刮刀按照对应的编号依次先后开始沿第一方向进行铺粉，同时，多个高能束分别对多个刮刀铺设好的粉末进行扫描成形，由此铺粉与扫描加工同步进行，直至一次完成预定个数层的加工，该预定个数与多个刮刀的数量相等；/n(4)所述成形缸下降粉末层层厚的预定个数倍后，重新对多个刮刀进行排序编号，并重新调整刮刀与成形缸的基准平面之间的间距，继而沿第二方向进行铺粉及扫描加工，直至一次性完成预定个数层的加工，所述成形缸再下降粉末层层厚的预定个数倍；其中，所述第一方向与所述第二方向相反；/n(5)重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成零部件的整体成形。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效率的增材制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)提供成形装置，所述成形装置包括成形缸、多个送粉机构及多个刮刀，多个所述刮刀临近所述成形缸设置，多个所述送粉机构临近所述刮刀设置；
(2)依次对多个刮刀进行排序编号，并分别将多个刮刀与所述成形缸的基准平面之间的间距调整为粉末层层厚的对应编号倍数，即刮刀与成形缸的基准平面之间的间距为粉末层层厚的倍数与对应的刮刀的编号相一致；
(3)多个送粉机构分别给多个所述刮刀送粉，多个刮刀按照对应的编号依次先后开始沿第一方向进行铺粉，同时，多个高能束分别对多个刮刀铺设好的粉末进行扫描成形，由此铺粉与扫描加工同步进行，直至一次完成预定个数层的加工，该预定个数与多个刮刀的数量相等；
(4)所述成形缸下降粉末层层厚的预定个数倍后，重新对多个刮刀进行排序编号，并重新调整刮刀与成形缸的基准平面之间的间距，继而沿第二方向进行铺粉及扫描加工，直至一次性完成预定个数层的加工，所述成形缸再下降粉末层层厚的预定个数倍；其中，所述第一方向与所述第二方向相反；
(5)重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成零部件的整体成形。


2.如权利要求1所述的高效率的增材制造方法，其特征在于：按照刮刀距离所述成形缸基准平面的距离自近到远依次对多个刮刀进行编号，距离所述成形缸基准平面最近的刮刀的编号最小，距离所述成形缸基准平面最远的刮刀编号最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽敏，骆顺存，杨慧慧，赵春阳，曾晓雁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42