[发明专利]一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印设备领域，尤其涉及一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置。

背景技术

3D打印技术，也称为增材制造技术，可以根据三维模型快速制造出各种结构复杂的零件。3D打印技术使零件的结构设计可以不受传统工艺制造技术的限制，提高了工艺制造能力；同时，3D打印技术还具有使产品研发周期短、研发成本低等优势。3D打印技术近几年得到迅速发展，其已经广泛的应用于医疗、汽车、航空航天、艺术等行业，几乎能够直接成型任意复杂几何形状的零件。

在生活及工业上的物品有很多是由两种或两种以上的多材料制造而成的，例如一根带塑料外皮的电线，外部是塑料皮，内部是金属线芯；一把锤子，柄是塑料的，锤头是钢材的；一种双金属滑动轴承，其基底为低碳钢，轴承面是青铜合金；高端船用甲板上采用的功能梯度材料；汽车活塞头上采用的金属－陶瓷梯度涂层材料；航天航空用的功能梯度热障材料-梯度陶瓷/金属复合材料；HA/Ti-6Al-4V功能梯度材料制成的人工植入体等等。由于不同材料具有不同的性能或功能，因而，多材料零件拥有十分优异的使用性能，也使零件结构轻量化，实现结构属性与功能属性的完美结合。

理想的多材料3D打印应是在三维的零件模型上，任一点所对应的材料信息都能被3D打印机所识别，并调用相应的材料执行打印，即自由按点选材3D打印成型。

目前，基于粉末材料的多材料3D打印技术尚未成熟，采用粉末材料的3D打印技术主要包括选区激光烧结(Selective Laser Sintering-SLS)、选区激光熔化(又称激光选区熔化)(Selective Laser Melting-SLM)、电子束熔融成型(Electron Beam Melting-EBM)、激光工程化净成形技术(Laser Engineered Net Shaping-LENS)等几种。激光工程化净成形技术通过采用同轴或旁轴喷粉技术，可以实现同一层内不同区域的不同金属粉末的供给及铺展。但是，该技术存在喷粉量难以精确控制、成型零件精度差、需较多成形后处理量、粉末材料仅限于金属或陶瓷材料、一般需要采用保护气体运载粉末等缺点。选区激光熔化、选区激光烧结以及电子束熔融成型技术采用铺粉刮板或铺粉棍进行铺粉，成型精度及成型结构复杂程度比激光工程化净成形技术好很多，传统上这三种技术在一次3D打印过程中仅能采用一种材料(单组元材料、合金、包覆粉末等)，目前这三种3D打印方法都难做到在任意区域灵活调用不同粉末材料成型。

申请号为201410220310.4，名为“异质材料选区激光熔化的铺粉及粉末回收装置”的中国专利公开了一种多材料铺粉方法及装置，采用含多个铺粉槽的铺粉装置及带吸附罩的粉末回收装置，每层都可执行一次以上的铺粉、选区激光熔化、吸附罩回收未固化粉末的动作，每一层都可通过调用不同铺粉槽实现异质材料供给及铺展，如此逐层成形，实现异质零件的3D打印。这种方法及装置能实现自由按点选材3D打印成型理念，但一层内每次固化完后，都需采用真空吸附去除成形平台上所有材料，各层供粉量及粉末回收量将逐层增多，如零件层数很多，将较难实现零件的3D打印，并且相对传统工艺增加了吸附回收动作也降低了成形效率。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法及装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多材料零件3D打印的粉末供给、铺展方法，包括以下步骤：

a.设多材料零件每个层片包含至少一个材料区域，每个材料区域使用一种粉末材料，将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗内；

b.成形平台下降一个层厚的距离；

c.执行当前层的某个材料区域的粉末供给及铺展：

铺粉盒在粉末收集箱上移至均粉器的正下方；根据当前材料区域所需的材料类型，3D打印机控制某个供粉漏斗定量泄出粉末材料，粉末材料在重力的作用下经均粉器均匀分散后落入铺粉单元的铺粉盒中；

铺粉盒载着粉末材料在3D打印机的成形平台上方柔性铺粉，在铺粉过程中，铺粉盒的高位柔性刮板将铺粉盒中的粉末材料平铺一层到成形平台上方，若不是当前层第一次铺粉，低位柔性刮板将成形平台上方前次未清除干净的多余粉末材料刮走并被粉末收集箱收集；

将粉末材料铺展完毕后，3D打印机控制激光束或电子束对当前材料区域内的粉末材料进行熔化或烧结；

铺粉盒返回，铺粉盒返回过程中，铺粉盒的低位柔性刮板将成形平台上方多余的粉末材料刮走并被粉末收集箱收集，完成当前层的该材料区域打印；