[发明专利]一种制备柔性增材梯度功能材料的方法和装置

权利要求书

1.一种制备柔性增材梯度功能材料的装置，其特征在于，所述装置包括可移动活塞一,铺粉刮板一,送粉桶A,保护气进口,铺粉刮板二,可移动活塞二，送料桶B,余粉收集装置,多孔薄膜,电磁吸附装置,铺粉滚筒，可移动活塞三，扫描激光头，保护气出口，壳体,激光器,工作平台，PLC控制系统；其中，铺粉刮板一，铺粉刮板二，余粉收集装置,多孔薄膜,电磁吸附装置，铺粉滚筒和扫描激光头位于壳体内，余粉收集装置安装在电磁吸附装置内，并在电磁吸附装置底端安装多孔薄膜；送粉桶A、送料桶B和工作平台从左至右位于壳体底端，并与壳体连通；可移动活塞一位于送粉桶A内，可移动活塞二位于送粉桶B内，可移动活塞三位于工作平台下方；送料桶A，送料桶B和工作平台的上表面位于同一水平面上，电磁吸附装置位于送料桶B上方，铺粉刮板一位于送料桶A左侧，铺粉刮板二位于送料桶B左侧，铺粉滚筒位于送料桶B右侧，扫描激光头位于工作平台的正上方与位于壳体外的激光器连接，进气口和出气口分别位于壳体的左右两边；可移动活塞一，铺粉刮板一，铺粉刮板二，可移动活塞二，电磁吸附装置，铺粉滚筒，可移动活塞三，扫描激光头,激光器均在PLC控制系统的控制下工作。

2.利用如权利要求1所述装置制备柔性增材梯度功能材料的方法，其特征在于，针对不同粒径的粉末的质量调整通过电磁吸附装置的电流，在电磁吸附装置底端附上一层多孔薄膜改变吸附的基体金属粉末的质量，然后送料桶A使用另一种金属粉末对吸附的基体粉末的空位进行补位，完成异种金属粉末的混合；然后使用激光对该层粉末进行扫描完成该层的激光3D打印过程，完成该层的3D打印之后改变多孔薄膜的孔隙率，从而改变混合粉末的混合比例，最终完成整个梯度功能材料金属构件的3D打印过程，具体步骤如下：

(1)送料桶B中的可移动活塞二向上移动使送料桶B上表面金属粉末的厚度为a；

(2)在电磁吸附装置底端附上一层孔隙率为X的多孔薄膜，同时在电磁吸附装置中通入大小为I的电流，吸附起的基体金属粉末于余粉收集装置中并在送料桶B上方的粉末中产生空位；

(3)送料桶A中的可移动活塞一向上移动使粉末向上移动，使粉末厚度大于a，同时铺粉挡板1的起始点高度为H铺粉刮板1，H铺粉刮板1＝a，铺粉挡板一由左向右将另一种金属粉末置于送料桶B上方的粉末空位处，完成异种粉末的混合；

(4)调节铺粉滚筒的起始高度为H铺粉滚筒＝H铺粉刮板1，由右向左运动，将多余粉末移至送料桶A以回收多余粉末，使送料桶B上方的异种金属混合粉末充分混合，调节铺粉刮板二的初始高度为H铺粉刮板1＝0，将送料桶B上方的异种金属混合粉末移至右侧的工作台上，使用激光对该层的金属粉末进行扫描，完成该层的激光3D打印过程；

(5)改变电磁吸附装置上的多孔薄膜的孔隙率，以改变混合粉末的混合比例，同时，可移动活塞一和可移动活塞二向上移动，工作平台向下移动，并重复步骤(2)-(4)，完成除最后一层外整个梯度功能材料的激光增材制造过程；

(6)关闭电磁吸附装置，可移动活塞一向上移动,可移动活塞二不动，工作平台向下移动，调节铺粉刮板一的初始高度为0，将金属粉末由送料桶A移动至送料桶B上方，铺粉滚筒的高度不变，仍然为a，由右向左运动，将金属粉末移至送料桶A以回收多余粉末，铺粉刮板二将送料桶B上方的金属粉末移至右侧的工作台上，使用激光对该层的金属粉末进行扫描，完成最后一层的激光3D打印过程。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，a为0.5-0.8mm。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，电磁吸附装置中磁力和通过的电流满足关系：F_x＝5.1×I²×(d_L/d_δ),其中Fx为电磁吸附装置的磁力，I为通过线圈的电流，L为线圈的电感，δ为气隙长度；电磁吸附装置的磁力同时满足：F_x＝40/3Πd³ρ，其中，d为金属粉末的粒径，ρ为金属粉末的密度。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，多孔薄膜孔隙率X的变化趋势为从0％呈梯度增长且小于100％，通过改变多孔薄膜的孔隙率改变异种金属的混合比例。