[发明专利]一种粉床多材料区域铺放成形的工艺方法

说明书

本发明属于多材料增材制造领域，并公开了一种粉床多材料区域铺放成形的工艺方法，包括：(a)设计零件的三维结构和材料，将三维结构分层并识别每层的材料成分和形状轮廓；(b)主体和客体粉末的铺放；(c)激光熔化已铺放的切片层；(d)切片层下降一个铺粉层厚度，重复以上步骤完成其它切片层的成形。通过本发明，成形零件具备多种特定功能，具有多功能零件的制备效率得到提高，简化制备工艺流程。

技术领域

本发明属于多材料增材制造领域，更具体地，涉及一种粉床多材料区域铺放成形的工艺方法。

背景技术

随着工业制造对零件复杂性的需求日益增加，对零部件设计自由度、成形效率及综合性能上的要求更加苛刻。目前大多数商业激光选区熔化系统只适用于单一材料的产品制造，与传统制造相比，在产品质量和性能上仍然需要提升，其中，激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是基于逐层制造方式，利用高能激光束成形具有精细复杂结构的金属零件，以结构功能一体化设计制造、短周期、无模具等优势成为金属增材制造技术应用的主要方向之一。多材料增材制造技术可以通过改变当前制造层的材料成分或种类，在零件指定的关键部分通过添加的材料来提供需要的性能或功能。因此通过设计多材料零件成分和结构的三维分布，可获得特殊的物理、化学和力学性能，如冷却水道的热传导性、涡轮发动机的高硬度和耐高温性、隔热涂层、天线和超材料的介电性能和磁性等。因此，多材料增材制造技术为零件多功能化设计和低成本制造提供了一种新途径。

目前，针对SLM多材料成形工艺已有专利进行了系列研究。例如，CN106180711提供了一种面向粉末材料的SLM/SLS铺粉工艺，采用了多喷嘴送粉系统结合过渡粉床进行粉末铺送；CN105817622提出一种粉床增材制造单层多材料的面铺层系统，通过压粉板进行磁性粉末的选择性吸附与铺放，达到同一成形层多材料铺送的目的；CN105945280通过输入不同能量的高能束，使成形层不同区域和不同成形层的元素进行不同程度的挥发，从而形成浓度梯度结构。上述研究在一定程度上可以实现材料和结构双重梯度分布的个性化零件制造，但对装备的空间占用率过高，并且成形的金属材料需要特定性质，种类受到了极大限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种粉床多材料区域铺放成形的工艺方法，通过采用增材制造送粉、超声微送粉和激光熔化相的技术，其目的在于实现粉床增材制造过程中区域材料复合，在零件中选择性生成具有特定功能的新组织与新相，由此在显著提高制造设备紧凑性和加工效率的同时，还能够解决常规技术难于使得零件具备多种特定功能的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种粉床多材料区域铺放成形的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括下列步骤：

(a)材质的选用

根据待成形零件的性能要求设计该零件的三维结构和选用的材料，并且对于选用的材料而言，其被划分为包含主体粉末和客体粉末在内的不同材料,而对于三维结构而言，其被划分为多层切片层，然后对各个所述切片层中的材料和零件的轮廓特征进行识别；

(b)铺粉过程

将所述主体粉末置于粉床的送粉缸中，同时对该粉床的成形腔抽真空并通入保护气体，然后按照所识别的特征将所述主体粉末均匀铺展在工作台面上；与此同时，将所述客体粉末置于超声振动微送粉装置中，并同样依照所识别的特征将所述客体粉末按照一定厚度铺展在所述工作台面上，并使得所述客体粉末与主体粉末相互联接，至此，完成单个切片层的铺粉过程；

(c)原位反应

将所述完成铺粉的切片层压实，然后采用激光熔化处理，在此过程中，所述主体粉末与客体粉末发生原位反应生成新组分和新相，由此生成具备新功能的零件，由此完成单个所述切片层的成形；

(d)其它切片层成形