[发明专利]基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法

说明书

本发明涉及功能梯度材料制备领域，提供了一种基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法，所述装置自上而下包括储粉器、定量供粉器、栅格料槽、混粉器和铺粉器；两个或多个储粉器沿Y向并排设置，每个储粉器的下方均设置有定量供粉器；储粉器能沿X向移动；栅格料槽呈漏斗状，且在X向形成格栅承接来自定量供粉器的粉末；混粉器设置于栅格料槽的下端，使粉末Y向均匀混合，X向保持设定梯度；铺粉器在混粉器的下方，铺粉器在工作台上沿Y向铺粉到成型缸。所述方法包括供粉、混粉、铺粉、打印步骤。本发明通过储粉器、定量供粉器、栅格料槽的配合设置，实现单一零件内梯度方向、比例的灵活可控，为多维度连续梯度材料制备提供了新思路。

技术领域

本发明涉及功能梯度材料制备领域，特别涉及一种基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法。

背景技术

功能梯度材料是指材料内部的成分或微观组织结构呈现梯度变化，进而材料的性能也呈特定的梯度变化。相比较于传统复合材料，梯度材料不会存在界面，避免了在服役过程中界面由于性能突变或应力集中而导致的开裂。功能梯度材料最初是为了应用于航空航天领域，处于高温环境的一端为热障陶瓷，另一端为高温合金，提高其高温性能。随着科技的发展，梯度材料在各个领域都具有广阔的应用前景。如发动机燃烧室，内衬为铜合金，外层为高温合金，保证高温性能提高导热性；在汽车领域，可应用于汽车阀杆；在医用材料领域，可以制备钽合金梯度材料，提高生物相容性，降低比重；在能源领域，可应用于容器壳体和管道连接处等。但同时也对梯度材料的结构也提出了新的要求，单一零件内往往需要有多个梯度方向、梯度区间尺寸、梯度比例变化。

梯度材料的制备方法有很多，传统方法如离心铸造、粉末压制烧结、气相沉积等方法都存有一定局限性。增材制造技术是近年来新兴的制造技术，是基于离散堆积原理，通过层层累积制备零件。其中金属增材制造技术根据供料方式主要分为两类，一类是送料式的，如同轴送粉、丝材等，另一种是基于粉床的增材制造技术，如选区激光熔化、电子束熔化、喷射粘接等。其中基于同轴送粉技术制备梯度材料的研究较多也较为成熟，该方法特点为制造灵活但精度较低。目前，基于粉床式的增材制造技术是应用最多也是最具有发展前景的技术，有许多研究人员针对基于粉床增材制造技术制备梯度材料展开了研究。许多研究人员对供粉装置进行设计。中国专利CN108480630A提出在储粉器存放多种粉末，在储粉器出口设置特定对焦线或三角形结构，并设置混粉器，实现在单一粉层上具有连续成分梯度变化，且梯度比例不随层高变化。中国专利CN110369715A提出设置多个储粉器，根据设定每层粉末不同料缸的供粉比例实现在竖直方向上具有连续梯度。目前现有技术，只能在一个方向上实现连续的梯度变化，或者水平或者垂直，难以灵活控制梯度比例分布，无法满足在一个零件内具有多个梯度方向，且梯度区间可调的要求，不能体现出粉床增材制造技术灵活制备的优势。

发明内容

本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置及方法，实现具有多个维度连续梯度变化材料的制备。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于粉床增材制造的多维连续梯度材料制备装置，自上而下依次包括储粉器、定量供粉器、栅格料槽、混粉器和铺粉器；平面XY为水平面，所述铺粉器的铺粉方向为Y向，所述储粉器的移动方向为X向，竖向为Z向，其中X向、Y向和Z向相互垂直；

所述储粉器数量为2个或若干个，所述储粉器沿Y向并排设置，每个所述储粉器的下方均设置有用于控制粉末供给量的所述定量供粉器；所述储粉器能沿X向移动；

所述栅格料槽呈漏斗状，且在X向形成格栅；所述格栅漏斗承接来自所述定量供粉器的2种或多种粉末，并在X向上形成各粉末的设定梯度；

所述混粉器设置于所述栅格料槽的下端，用于使来自于所述格栅料槽的粉末在Y向均匀混合，在X向保持设定梯度；