一种粉末床熔融增材制造装备制造技术

本申请公开了一种粉末床熔融增材制造装备，包括：基板；铺粉装置，设置为使基础颗粒在基板上方形成基础颗粒层；颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到基础颗粒层的颗粒沉积区域；以及热源，设置为可加热基础颗粒层的热源加热区域。加热区域。加热区域。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末床熔融增材制造装备


[0001]本申请属于增材制造领域，更具体涉及一种粉末床熔融增材制造装备。

技术介绍

[0002]增材制造技术具有无需模具、直接制造，且对零件复杂程度无要求等优点，在航空航天、医疗、汽车、模具、珠宝等领域越来越受到重视。但是增材制造零件的性能仍然不能完全达到工业领域的要求，如表面精度、力学性能、致密度、表面缺陷等，且增材制造成型零件微观组织呈现连续的外延生长，导致成型件力学性能出现各向异性，这些不足严重制约着增材制造技术的工业化应用。
[0003]目前，粉末床增材制造面临的问题主要有三个：第一，材料利用率较低。粉末床增材制造技术的原材料是特定粒度段的粉末颗粒，如激光选区熔化技术合适的粒度为15
–
53微米，电子束选区熔化技术的粉末粒度为75
–
120微米，所以粉末颗粒必须经过一定网筛的筛分，才能达到现有粉末床增材制造的粒度要求，而粒度要求之外的粉末颗粒将会造成很大程度的浪费。第二，制造零件的表面缺陷较多。目前粉末床熔融设备在铺粉臂铺展金属粉末薄层之后，薄层在基材/已成型层上分布不均匀，致密程度不够，厚度不一致，在热源加热熔化时会出现零件表面粗糙度较高，表面突起和和孔洞等缺陷较多，零件需要进行二次机械加工，来提高表面精度；且一些材料的增材制造零件表面还会出现裂纹，难以成型致密的零件，如高强铝合金(5xxx)和镍基单晶高温合金(CMSX
‑
4/CMSX
‑
8)。第三，成型件力学性能达不到锻件水平。目前激光熔覆增材制造可以采用外加法实现增强颗粒的添加，来强化材料的性能；但是粉末床增材制造技术由于每次只能制备一种材料，同时受到成型空间的限制，同步外加法难以实现。虽然有学者采用外加法提前混合强化颗粒与基础颗粒，但是基础颗粒与强化相颗粒无法分离，这样会造成基础颗粒的极大浪费。
[0004]梯度材料和多层复合金属材料目前只能通过传统加工方法或者激光熔覆方法制备，对于粉末床熔融增材制造较为困难，一方面是几种材料的相互污染，另一方面受到设备等硬件的限制，因此，利用粉末床增材制造制备梯度材料或多层复合材料目前未见报道。
[0005]多功能零件的制备目前仍然依靠传统加工费加工方法，即先制备各个零件，在通过各种连接技术，连接成为一个装配体整体，从而实现同一零件不同部位具有不同的力学性能及功能用途。而利用粉末床增材制造技术制备多功能零件的技术目前尚未见报道。

技术实现思路

[0006]针对现有粉末床熔融增材制造技术成型件存在表面粗糙度较高、表面出现突起、孔洞及裂纹的问题，本技术提供了一种通过添加填充颗粒，实现高精度的粉末床熔融增材制造的装备及方法。
[0007]本技术的另一个目的在于，提供了一种金属基陶瓷复合材料的制备方法。
[0008]本技术的第三个目的在于，提供了一种软硬材料交替出现的多层复合材料的制备方法，即可制备在Z方向具有梯度的材料。
[0009]本技术的第四个目的在于，提供同一零件不同区域实现不同功能的多功能零件的制备方法，可以制备X
‑
Y方向具有梯度的材料或者同时在X
‑
Y、Z方向具有梯度的材料。
[0010]本申请提供了一种粉末床熔融增材制造装备，包括：基板；铺粉装置，设置为使基础颗粒在基板上方形成基础颗粒层；颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，多个颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到基础颗粒层的填充颗粒沉积区域；以及热源，设置为可加热基础颗粒层的热源加热区域。
[0011]在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的组成成分不同。在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的粒径不同。在一些实施例中，填充颗粒与基础颗粒的组成成分不同，且填充颗粒与基础颗粒的粒径不同。
[0012]在一些实施例中，填充颗粒沉积区域不同于热源加热区域。在一些实施例中，填充颗粒沉积区域位于热源加热区域之内。在一些实施例中，热源加热区域包括属于填充颗粒沉积区域的部分以及不属于填充颗粒沉积区域的部分。
[0013]在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括：颗粒沉积机构驱动装置，设置为可驱动颗粒沉积机构依照涵盖填充颗粒沉积区域的颗粒沉积路径移动；以及热源驱动装置，设置为可驱动热源沿涵盖热源加热区域的热源加热路径。
[0014]在一些实施例中，铺粉装置设置为可在平行基板的铺粉装置移动平面上移动。在一些实施例中，颗粒沉积装置设置为可平行基板移动，或垂直基板移动。在一些实施例中，铺粉装置移动平面与基板的距离小于颗粒沉积装置与基板的距离。
[0015]在一些实施例中，铺粉装置包括：刮刀，用于将基础颗粒移动至基板上方，并形成基础颗粒层；及滚筒，用于对基础颗粒层施加压力。在一些实施例中，刮刀为二个或二个以上，其中的至少二个分别位于滚筒的相对二侧。
[0016]在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括成型仓。在一些实施例中，成型仓包括粉料缸，用于盛装基础颗粒，其中铺粉装置移动粉料缸之上的基础颗粒以形成基础颗粒层。在一些实施例中，成型仓包括成型缸，其中基板设置在成型缸中。在一些实施例中，成型仓与铺粉装置为滑动连接。在一些实施例中，成型仓与颗粒沉积装置为滑动连接。在一些实施例中，成型仓与热源为固定连接、滑动连接或转动连接。在一些实施例中，成型仓与基板为滑动连接。
[0017]在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括：调平板，位于基板之下，用于使得基板维持水平；固定板，位于调平板之下，用于承载调平板及固定板；及垂直移动装置，位于固定板之下，用于使得固定板、调平板及基板垂直移动。
[0018]在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括第一滑轨，滑动连接铺粉装置。在一些实施例中，本申请的粉末床熔融增材制造装备包括第二滑轨，滑动连接颗粒沉积装置。在一些实施例中，第二滑轨为三轴滑轨。在一些实施例中，三轴滑轨包括独立控制且可独立运行的三个轴。在一些实施例中，成型仓与第一滑轨为固定连接。在一些实施例中，成型仓与第二滑轨为固定连接。
[0019]在一些实施例中，热源选自电子束、激光、等离子束及电弧的发生装置中的一种或多种。
[0020]在一些实施例中，多个颗粒沉积机构为可各自独立在平行基板的第二平面上移动。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括：粉筒，用于盛装填充颗粒；发生器，用于发出能量；
及换能器，设置于粉筒的侧壁上，用于将发生器发出的能量传导至粉筒中。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括搅拌棒，位于粉筒中，用于搅拌粉筒中的填充颗粒。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括位移传感器，位于粉筒下端，用于侦测粉筒的位置。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括开关阀门，位于粉筒下端的开口上，用于控制单位时间填充颗粒离开粉筒的量。在一些实施例中，颗粒沉积机构包括送粉管道，位于粉筒下端的开口上并连通开口，用于降低填充颗粒离开粉筒的速率。
[0021]在一些实施例中，本申请的颗粒沉积机构驱动装置包括：第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉末床熔融增材制造装备，其特征在于，包括：基板；铺粉装置，设置为使基础颗粒在所述基板上方形成基础颗粒层；颗粒沉积装置，包括多个颗粒沉积机构，所述多个颗粒沉积机构设置为使至少一种填充颗粒沉积到所述基础颗粒层的填充颗粒沉积区域；以及热源，设置为可加热所述基础颗粒层的热源加热区域。2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述填充颗粒与所述基础颗粒的组成成分不同。3.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述填充颗粒与所述基础颗粒的粒径不同。4.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述装备还包括：颗粒沉积机构驱动装置，用于驱动所述颗粒沉积机构依照涵盖所述填充颗粒沉积区域的颗粒沉积路径移动；以及热源驱动装置，用于驱动所述热源沿涵盖所述热源加热区域的热源加热路径扫描。5.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述填充颗粒沉积区域不同于所述热源加热区域。6.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述热源加热区域包括属于所述填充颗粒沉积区域的部分以及不属于所述填充颗粒沉积区域的部分。7.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所述填充颗粒沉积区域位于所述热源加热区域之内。8.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述铺粉装置设置为可在平行所述基板的铺粉装置移动平面上移动。9.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述颗粒沉积装置设置为可平行所述基板移动，或垂直所述基板移动。10.如权利要求8所述的装备，其特征在于，所述铺粉装置移动平面与所述基板的距离小于所述颗粒沉积装置移动平面与所述基板的距离。11.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述铺粉装置包括：刮刀，用于将所述基础颗粒移动至所述基板上方，并形成所述基础颗粒层；及滚筒，用于对所述基础颗粒层施加压力。12.如权利要求11所述的装备，其特征在于，所述刮刀为二个以上，所述刮刀中的至少二个分别位于所述滚筒的相对二侧。13.如权利要求12所述的装备，其特征在于，所述刮刀为二个。14.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述装备还包括成型仓，所述成型仓包括：粉料缸，用于盛装所述基础颗粒，其中所述铺粉装置移动所述粉料缸之上的所述基础颗粒以形成所述基础颗粒层。15.如权利要求1所述的装备，其特征在于，所述装备还包括成型仓，所述成型仓包括：成型缸，其中所述基板设置在所述成型缸中。16.如权利要求14或15所述的装备，其特征在于，所述成型仓与所述铺粉装置为滑动连接。
17.如权利要求14或15所述的装备，其特征在于，所述成型仓与所述颗粒沉积装置为滑动连接。18.如权利要求14或15所述的装备，其特征在于，所述成型仓与所述热源为固定连接、滑动连接或转动连接。19.如权利要求14或15所述的装备，其特征在于，所述成型仓与所述基板为滑动连接。20.如权利要求1所述的装备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞华，路超，肖梦智，屈岳波，尹燕，魏小红，刘瑞君，刘燕红，邱桥，林晓云，
申请(专利权)人：阳江市普瑞德增材制造研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：