[发明专利]一种基于多场复合的增材制造设备及方法

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种基于多场复合的增材制造设备及方法，设备包括粉末输送调节模块、声场控制模块、微波场/热场控制模块及微处理器，粉末输送调节模块、声场控制模块及微波场/热场控制模块分别连接于微处理器；粉末输送调节模块包括原料分散室，原料分散室设置在壳体所形成的成形腔内；声场控制模块也设置在成形腔内，且其位于原料分散室的下方；微波场/热场控制模块包括设置在成形腔内的多个微波发生器，多个微波发生器分别位于成形区的两侧，且微波发生器与声场控制模块分别位于原料分散室相背的两侧；其中，成形区分为高温区及低温区，高温区的温度高于低温区的温度。本发明减轻了开裂倾向，成形效率和精度可调。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于多场复合的增材制造设备及方法。

背景技术

增材制造技术是一种新型的材料成形方法，相比于传统的材料去除-切削加工技术，增材制造技术是一种逐渐累加、“自下而上”的制造方法。与传统成形技术相比，增材制造技术具有以下优点：(1)可以制造任意复杂形状零件；(2)不依赖模具，制造速度快，制造周期短，自20世纪90年代以来，选取激光烧结(SLS)、选区激光熔融(SLM)、立体光刻成形(SLA)、激光熔覆沉积(LENS)、熔融沉积成形(FDM)等先后被用于陶瓷以及硬质合金零件的成形，这些增材制造技术大体可以分为以下两类：直接成形方法及间接成形方法。其中，直接成形方法的工艺周期短，不需要对粉末进行后续处理就可以得到成品，所以生产效率远高于间接法，且就产品质量而言，采用直接法制造工件能够得到更高的纯度、密度和力学性能，因此直接法对部件的制造具有更大的潜力，但相对地、直接法因为将材料直接烧结或者熔融，成形过程中容易产生温度梯度，热裂纹难以得到很好地控制，制件的尺寸与表面粗糙度也受到限制，这些缺点是限制直接法成形材料的特点；间接法相对于直接法而言，最大的区别在于需要使用有机物复合粉末作为粘结剂，并且需要复杂的后续处理过程、生产周期长、生产效率较低，但相对而言，间接法成形过程温度较低，温度梯度较小，可以减小裂纹产生，制备的产品尺寸也比直接法大得多。

目前，本领域相关工作者已经做了一些研究，如德国Wikes等人的论文”Additivemanufacturing of ZrO2-Al2O3 ceramic components by selectivelaser melting”中，使用SLM方法制备氧化锆-氧化铝低温共熔陶瓷零件，在成形过程中，为了减轻热应力的影响，将粉床预热到1800℃再进行激光成形，得到了致密度接近100％且强度达到538MPa的陶瓷零件，但由于高温预热造成激光熔融时熔池尺寸扩大，零件的表面质量及尺寸精度都较差；又如专利CN106830901A公开了一种用于激光烧结陶瓷3D打印的陶瓷微粒及制备方法，其使用喷雾造粒法将陶瓷粉末、粘接剂、脱泡剂混合造粒，加工成陶瓷微粒，再使用激光进行烧结，粘接剂在激光的作用下熔化将颗粒粘结起来，此方法仍然需要进行后续的脱脂过程，总体成形效率较低。总而言之，目前增材制造仍存在以下问题：1.使用直接法进行增材制造时，裂纹、气孔等缺陷由于热梯度的存在难以控制，且难以控制表面质量与尺寸精度；2.间接法成形材料需要额外的前处理与后处理步骤，成形效率较低，容易引入杂质。相应地，本领域亟需一种能够降低材料裂纹、气孔等缺陷数量、减少材料内部杂质增材制造设备及方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多场复合的增材制造设备及方法，其基于现有增材制造的特点，研究及设计了一种表面精度较好的基于多场复合的增材制造设备及方法。所述增材制造设备使用陶瓷粉末进行原材料成形复杂形状零部件，且成形的零部件能够达到使用要求。此外，使用声场对原料粉末进行位置控制，可以精确地控制粉末与基板或者已成形部分的结合位置，提高了表面精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多场复合的增材制造设备，所述增材制造设备包括粉末输送调节模块、声场控制模块、微波场/热场控制模块及微处理器，所述粉末输送调节模块、所述声场控制模块及所述微波场/热场控制模块分别连接于所述微处理器；