【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造领域，涉及到粉末床熔融增材制造方法。具体是一种多金属材料的增材制造系统及多材料增材制造方法，通过将送粉装置与吸粉装置为一体结构，实现吸粉与铺粉同步进行以及高效率、高精度的多材料成形，特别适用于复杂、大尺寸零件制造。
技术介绍
1、增材制造技术(additive manufacturing，am)是一种基于离散-堆积原理，通过逐点、逐线、逐层实现三维结构复杂成形的制造方法，可以实现复杂精细结构的一体化成形，具有设计自由度高、材料利用率高、节能环保等优点。目前，这项技术已在航空航天的结构部件、汽车制造的定制化零件和医疗器械的植入物制造等领域得到了广泛应用，显示出其多样化的应用潜力。粉末床熔融增材制造(powder bed fusion，pbf)是一种基于粉末床的增材制造方法，其原理是利用高能密度的激光束或电子束对粉末床进行扫描，将粉末熔化或部分熔化后固化，形成所需的截面层。然后降低粉末床高度，铺设新的粉末层，重复上述过程，直到完成整个零件的成形。粉末床熔融增材制造具有成形精度高、内部质量好的优点，是目前应用最广泛的增材制造方法之一。
2、目前的粉末床增材制造方法主要用来实现单一金属材料的增材制造，由于材料兼容性和过程控制的挑战，无法实现两种或者以上金属材料的多材料增材制造。多材料增材制造是指在同一零件中使用两种或者以上不同的金属材料进行增材制造，以实现不同区域具有不同的性能和功能，极大地拓宽了设计和应用的可能性。例如，该技术可以在航空航天中用于制造具有热管理功能的部件，在医疗领域制造具有不同弹性模量
3、多材料增材制造的主要技术问题在于第二种材料的铺粉和回收技术，需要自由、高效、准确的铺设第二种材料，同时需要激光扫描成形后快速的回收第二种材料，以免污染第一种材料的粉末。目前已公开有一些关于多材料增材制造的设备和方法，但都存在一定的缺陷和不足，例如：一个现有技术中公开了一种用于增材制造的设备及方法，主要包括一种独立运动送粉机构以及独立运动吸粉机构，利用送粉机构在成形面内移动来实现第二种粉末的铺设，其特征是使用了超声振动来辅助粉末下落，其吸粉机构包含有多个独立运动的真空吸嘴，用于回收不同种类的粉末。该现有技术的主要缺点在于成形效率低下，需要用精细(600μm)的送粉喷嘴和真空吸粉嘴来对多种材料进行粉末的铺设和回收，导致操作复杂度增加，效率较低。另外，该装置很难实现大尺寸零件的三维制造。另一个现有技术公开了一种多材料增材制造成型系统及方法，其使用的装置也同样包含有送粉装置和吸粉装置，但是其吸粉装置与送粉装置也是相互独立运行的，效率较低。
4、综上，现有多材料增材制造技术仍有改进的空间和需求，主要表现在：需要使用精细的送粉喷嘴和吸粉嘴从而导致成形效率低下、没有完全熔化的第二种材料难以回收从而导致材料利用率低、需要使用复杂的装置从而导致成本高昂等。因而，如何同步进行吸粉与铺粉，如何回收未完全熔化的第二种材料以及如何实现大流量铺粉和快速吸粉等是当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、针对现有技术的上述缺陷和不足，为解决多材料增材制造的粉末处理等方面的技术难题，尤其是在多材料增材制造中存在的成形效率低、材料回收效果差以及难以实现大尺寸零件制造等技术问题，本专利技术旨在提供一种多金属材料的增材制造成型系统及使用方法，通过将送粉装置与吸粉装设置为一体结构，使用大流量铺粉和快速吸粉，实现铺粉与吸粉的同步进行，显著提高了成形效率。同时，送粉装置设计为两级粉仓结构，其中一级粉仓位于成形室外侧，二级粉仓固定于送粉装置上，这种设计使得本专利技术可以实现大尺寸零件的连续成形。进一步地，本专利技术还包含有视觉相机用于辅助第二粉末材料的铺设和回收过程，实现了铺粉和回收精确化的目的。
3、(二)技术方案
4、为实现该专利技术目的，解决其技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
5、本专利技术的第1个专利技术目的在于提供一种多金属材料的增材制造成型系统，包括材料沉积成形室、光束熔化模块、第一金属材料铺粉组件、第二金属材料送粉组件，其特征在于：
6、--所述材料沉积成形室采用高强度耐高温材料制备并整体形成为一封闭舱室，其底壁上至少设有一顶部开口的成形工作腔，且所述成形工作腔内设有一与驱动元件传动连接并以受控方式上下移动的成形基板；
7、--所述光束熔化模块整体设置在所述材料沉积成形室的顶壁上，用于提供熔化第一金属材料及第二金属材料原料粉末的精细高能射线热源；
8、--所述第一金属材料铺粉组件整体设置在所述材料沉积成形室内，至少包括一第一金属材料储粉腔和一第一金属材料铺粉移动平台，其中，
9、所述第一金属材料储粉腔整体为一顶部开口形成在所述材料沉积成形室的底壁上的腔体，其腔体内设有一与驱动元件传动连接并以受控方式上下移动的推料柱塞，且该储粉腔在第一水平方向上位于所述成形工作腔的一侧，
10、所述第一金属材料铺粉移动平台至少包括一滑轨横梁和一滑块刮刀，其中，所述滑轨横梁设置在所述材料沉积成形室的底壁上并沿第一水平方向延伸，所述滑块刮刀通过其滑块底座以可滑动方式设置在所述滑轨横梁上且滑块底座与驱动元件传动连接，并在其滑块底座的带动下可由所述储粉腔的顶部开口越过所述成形工作腔的顶部开口并可原路返回；
11、--所述第二金属材料送粉组件整体设置在所述材料沉积成形室内，至少包括一可沿第一水平方向左右移动的x滑台横梁、一设置在所述x滑台横梁上并可沿沿垂直于第一水平方向的第二水平方向前后移动的y滑台支架以及固定设置在所述y滑台支架上的至少一第二金属材料二级储粉仓、一挤粉装置和一真空吸粉管路，还包括一设置在所述材料沉积成形室外的第二金属材料一级储粉仓，其中，
12、所述x滑台横梁整体沿第二水平方向延伸，其前后两端设置的滑块底座分别设置在两相对布置并沿第一水平方向延伸的支撑横梁上，且至少其中一滑块底座与驱动元件传动连接并在第一水平方向上以受控方式左右移动，
13、所述y滑台支架通过其滑块底座设置在所述x滑台横梁上，且滑块底座与驱动元件传动连接并在第二水平方向上以受控方式前后移动，所述挤粉装置居中设置在y滑台支架上，所述二级储粉仓、真空吸粉管路分别布置在所述挤粉装置的左右两侧，且所述真空吸粉管路与挤粉装置之间保持刚性连接，
14、所述挤粉装置包括至少一与驱动元件传动连接的螺杆挤出式送粉头，所述螺杆挤出式送粉头整体沿垂直方向延伸且其出粉口在垂直方向上临近所述材料沉积成形室的底壁布置，
15、所述第二金属材料一级储粉仓通过管路与软管连接的方式与所述第二金属材料二级储粉仓的顶部进口连通，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多金属材料的增材制造成型系统，包括材料沉积成形室、光束熔化模块、第一金属材料铺粉组件、第二金属材料送粉组件，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述材料沉积成形室至少包括有顶壁、底壁和四周侧壁，所述成形工作腔的顶部开口不超过所述底壁的水平基准面且其四周侧壁沿垂直方向向下延伸，所述成形工作腔内的成形基板与驱动元件传动连接并沿其四周侧壁在垂直方向上以受控方式可上下移动。
3.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述第一金属材料储粉腔的四周侧壁沿垂直方向向下延伸，其腔体内设置的推料柱塞与驱动元件传动连接并沿其四周侧壁在垂直方向上以受控方式可上下移动。
4.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述第一金属材料铺粉移动平台中，其滑轨横梁的底部固定支撑在所述材料沉积成形室的底壁上并沿第一水平方向延伸，所述滑块刮刀包括一以可滑动方式设置在所述滑轨横梁上的滑块底座和一固定设置在所述滑块底座上的刮刀部件，滑块底座与驱动元件传动连接而沿所述滑轨横梁在第一水平方向
5.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述增材制造成型系统还设有一在线监控单元，用于对多金属材料的增材制造成形过程中的铺粉质量以及粉末清理质量进行在线观察，该在线监控单元至少包括若干视觉成像设备，各所述视觉成像设备分布设置在所述材料沉积成形室的策略性位置，以捕捉成形过程中的关键视觉信息，所述关键视觉信息至少包括铺粉过程、粉末回收过程、激光照射区域以及成形金属层冷却状态图像信息。
6.根据权利要求5所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述在线监控单元的各视觉成像设备中，其中至少一视觉成像设备设于所述材料沉积成形室的顶壁以捕捉激光熔化区域的整体视角并监测熔化过程和成形质量，至少一视觉成像设备设于所述材料沉积成形室的侧壁以提供成形区域的侧视图并用以评估铺粉层的均匀性和厚度，至少一视觉成像设备设于铺粉和送粉区的上方以实时监控粉末的铺设和送粉行为而确保粉末铺设的准确性，至少一视觉成像设备靠近所述真空吸粉管路下部管段的进粉口位置进行布置以观察粉末回收过程并监测粉末的清理效率，至少一视觉成像设备设置在所述成形基板的正上方以监控成形基板上粉末层的铺设情况和激光熔化后的冷却过程。
7.根据权利要求5所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述增材制造成型系统还设有一洗气净化组件，用于对所述材料沉积成形室抽真空并充入惰性保护气体，以保证多金属材料的增材制造成形过程中的气氛质量，该洗气净化组件包括：
8.根据权利要求7所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述增材制造成型系统还设有一数据处理单元，用于对多金属材料的三维模型进行切片处理并生成每一层的截面图形和工艺参数，并至少与所述光束熔化模块、第一金属材料铺粉组件、第二金属材料送粉组件、洗气净化组件、在线监控单元通信连接，该数据处理单元包括：
9.一种权利要求8所述的多金属材料的增材制造成型系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法至少包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，上述步骤SS2中，启动洗气净化组件，将材料沉积成形室抽真空并充入保护气，使成形室内的氧含量降低到低于200ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种多金属材料的增材制造成型系统，包括材料沉积成形室、光束熔化模块、第一金属材料铺粉组件、第二金属材料送粉组件，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述材料沉积成形室至少包括有顶壁、底壁和四周侧壁，所述成形工作腔的顶部开口不超过所述底壁的水平基准面且其四周侧壁沿垂直方向向下延伸，所述成形工作腔内的成形基板与驱动元件传动连接并沿其四周侧壁在垂直方向上以受控方式可上下移动。
3.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述第一金属材料储粉腔的四周侧壁沿垂直方向向下延伸，其腔体内设置的推料柱塞与驱动元件传动连接并沿其四周侧壁在垂直方向上以受控方式可上下移动。
4.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述第一金属材料铺粉移动平台中，其滑轨横梁的底部固定支撑在所述材料沉积成形室的底壁上并沿第一水平方向延伸，所述滑块刮刀包括一以可滑动方式设置在所述滑轨横梁上的滑块底座和一固定设置在所述滑块底座上的刮刀部件，滑块底座与驱动元件传动连接而沿所述滑轨横梁在第一水平方向上以受控方式左右移动，所述刮刀部件沿第二水平方向延伸且其底部顶抵在所述材料沉积成形室的底壁上，且所述刮刀部件在其滑块底座的带动下可沿第一水平方向由所述第一金属材料储粉腔的顶部开口越过所述成形工作腔的顶部开口并可原路返回。
5.根据权利要求1所述的多金属材料的增材制造成型系统，其特征在于，所述增材制造成型系统还设有一在线监控单元，用于对多金属材料的增材制造成形过程中的铺粉质量以及粉末清理质量进行在线观察，该在线监控单元至少包括若干视觉成像设备，各所述视觉成像设备分布设置在所述材料沉积成形室的策略性位置，以捕捉成形过程中的关键视觉信息，所述关键视觉...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宝瑞，王殿政，李恺伦，姚俊，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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