[发明专利]一种制备柔性增材梯度功能材料的方法和装置

说明书

本发明涉及激光增材制造领域，具体涉及一种制备柔性增材梯度功能材料的方法和装置，在增材过程中改变每层混合粉末的比例，从而实现增材构件的元素梯度分布，并使异种金属粉末充分均匀混合，保证了增材构件的均匀性和致密性；同时实现了混合粉末中多余粉末的回收，在很大程度上节约了成本，提高了增材构件的质量。

技术领域

本发明涉及激光增材制造领域，具体涉及一种制备柔性增材梯度功能材料的方法和装置，在增材过程中改变每层混合粉末的比例，从而实现增材构件的元素梯度分布，并使异种金属粉末充分均匀混合，保证了增材构件的均匀性和致密性；同时实现了混合粉末中多余粉末的回收，在很大程度上节约了成本，提高了增材构件的质量。

背景技术

梯度功能材料(Functionally Graded Materials，FGMS)是一类先进的材料，其特点是材料在体积上的组成和元素含量的变化，有助于根据功能要求相应地改变材料性能。组件的多功能状态通过微观结构的材料分配来调整，以满足预期的性能要求。元素的梯度变化导致的显微结构分级有助于材料性能之间的平稳过渡。功能梯度材料(FGMS)的特点是能够根据功能要求相应地改变材料性能。从材料的梯度分布角度来看，梯度功能材料与均一材料、复合材料不同。它是选用两种(或多种)性能不同的材料，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度功能材料。

激光增材制造(Laser additive manufacturing,LAM)是一种新兴的快速成形技术，其具有热影响层浅，增材的构件精度高等特点，同时激光增材无需使用铸造模具，可实现金属构件的快速成形制造，降低了生产成本，提高了增材构件的质量。传统的梯度功能材料主要是通过自蔓延高温合成法，干式喷涂+温度梯度烧结法和激光加热合成法，这些传统的梯度功能材料制备容易在制备过程中引入大量的热量从而引入大量的残余拉应力，此外制备的梯度功能材料的精度低，不易满足梯度功能材料在工业生产中的应用。同时，本方法和装置很好了解决了使用铺粉式激光增材制造方法进行梯度材料的制备过程中的金属粉末不易回收的问题，节约了生产成本更有利于工业应用的推广。

发明内容

本发明提出一种柔性增材梯度功能材料的方法和装置，在增材过程中改变每层混合粉末的比例，从而实现增材构件的元素梯度分布，并使异种金属粉末充分均匀混合，保证了增材构件的均匀性和致密性；有效地解决了制备的梯度功能材料热应力破坏和制备过程中的金属粉末不易回收的问题，提高了梯度功能材料的服役质量，降低了生产成本。

本发明提供的一种柔性增材梯度功能材料的装置，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。