一种基于SLM增材制造的多材料铺粉组件及其铺粉方法

本发明属于增材制造，特别涉及一种基于slm增材制造的多材料铺粉组件及其铺粉方法。

背景技术：

1、选择性激光熔融(selective laser melting,slm)技术是一种适用于金属材料的增材制造技术，它通过控制激光系统产生的高强度激光照射不同区域的金属粉末至熔融状态，使粉末与基板或基体金属结合，冷却凝固后逐层累加形成零件。随着高新技术产业的发展，单一材料的产品已不能满足复杂工作环境的需求，因此多材料增材制造技术受到了越来越多的关注，而多材料增材制造领域中，主要分为粉末床融合(powder bed fusion,pbf)和定向能量沉积(directed energy deposition,ded)两类。对于ded来说，通过改变送粉的比例或者送丝的速度，可以较为容易地实现多材料产品的制造，而对于pbf来说，目前改变层间粉末的种类较为容易，仅需要多个装有不同材料的供粉缸，通过铺粉机构在相应层铺上相应供粉缸中粉末材料即可，但是如何在一层中铺不同的粉末，并且如何实现合理且高效的粉末回收以及如何解决粉末之间互相污染都是急需解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于slm增材制造的多材料铺粉组件及其铺粉方法，以解决在一层内铺设不同粉末、粉末回收与污染问题，并提高生产效率。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种基于slm增材制造的多材料铺粉组件，包括：

3、成型室，所述成型室内设有成型平台，所述成型平台能够在电机的作用下在成型室进行升降运动；

4、供粉装置，所述供粉装置为多组且能够均匀固定于所述成型室的两侧，所述供粉装置的下方设有电磁阀；

5、铺粉装置，所述铺粉装置为多个，所述铺粉装置对应连接于所述供粉装置下方，所述铺粉装置包括储粉缸、移动机构、超声波换能器、旋转机构以及钢卷薄板，所述储粉缸与所述移动机构连接，所述超声波换能器位于所述储粉缸内，所述旋转机构安装于所述储粉缸的两侧，所述钢卷薄板固定于所述铺粉装置的下方，所述钢卷薄板上方设有压力传感器，所述钢卷薄板包括旋转钢卷和伸缩薄板，所述旋转钢卷与所述旋转机构连接，所述伸缩薄板能够与所述储粉缸下方的滑槽配合移动；

6、激光装置，所述激光装置位于所述成型平台上方。

7、相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过旋转钢卷和伸缩薄板之间的配合运动，可以精准控制粉末落在想要铺粉的区域，且由于可以精准控制粉末下落，因此可以减少无用粉末的下落，提高粉末的利用率，并且由于可以精准控制粉末落在各自的铺粉区域，可以减少不同粉末之间的污染，同时铺粉装置在移动机构的带动下每回一次原位，可以完成两层材料的打印，提高了生产效率。

8、上述的多材料铺粉组件，所述铺粉装置还包括感应头、感应装置及密封垫，所述感应头和所述感应装置分别与所述钢卷薄板和所述储粉缸连接，所述密封垫位于所述储粉缸和所述钢卷薄板之间。

9、上述的多材料铺粉组件，所述储粉缸的出粉口宽度大于金属粉末的直径，所述储粉缸的出粉口宽度方向两侧设有倒角，所述倒角用于压实粉末。

10、上述的多材料铺粉组件，所述供粉装置包括第一供粉漏斗、第二供粉漏斗、第三供粉漏斗、第四供粉漏斗、第五供粉漏斗、第六供粉漏斗，所述第一供粉漏斗、所述第二供粉漏斗以及所述第三供粉漏斗位于所述成型室的一侧，所述第四供粉漏斗、所述第五供粉漏斗及所述第六供粉漏斗位于所述成型室的另一侧。

11、上述的多材料铺粉组件，所述铺粉装置包括第一铺粉装置、第二铺粉装置及第三铺粉装置，所述第一铺粉装置、所述第二铺粉装置及所述第三铺粉装置均对应安装于所述第一供粉漏斗、所述第二供粉漏斗以及所述第三供粉漏斗的下方，所述铺粉装置的数量可通过螺纹孔进行增加或减少。

12、上述的多材料铺粉组件，还包括固定板，所述固定板用于支撑所述储粉缸以使所述储粉缸能够在所述固定板的矩形通道内坐水平方向直线运动，所述移动机构包括电机、联轴器、滚珠丝杆、直线导轨、感应铁及感应装置，所述滚珠丝杆与所述直线导轨相互平行且均固定于所述固定板上，所述储粉缸的一侧通过螺母安装于所述滚珠丝杆，所述储粉缸的另一侧通过滑块安装于所述直线导轨。

13、上述的多材料铺粉组件，所述旋转机构包括阶梯轴、小齿轮、旋转电机以及大齿轮，电机座固定于所述储粉缸的下方，所述旋转电机固定于所述电机座且所述旋转电机与所述大齿轮键连接，所述小齿轮与所述阶梯轴键连接，所述大齿轮能够带动所述小齿轮旋转，钢板薄板能够与所述梯轴固定，当所述旋转电机工作时，通过齿轮的啮合能够带动钢板薄板旋转，所述伸缩薄板的顶端设有导向部，所述滑槽内设有导向槽，所述导向部能够与所述导向槽配合运动。

14、上述的多材料铺粉组件，所述阶梯轴包括第一阶梯轴和第二阶梯轴，所述小齿轮包括第一小齿轮和第二小齿轮，所述旋转电机包括第一旋转电机和第二旋转电机，所述大齿轮包括第一大齿轮和第二大齿轮，所述钢卷薄板包括所述第一钢卷薄板和所述第二钢卷薄板，所述第一阶梯轴、所述第一小齿轮、所述第一旋转电机、所述第一大齿轮以及所述第一钢卷薄板位于所述固定板的一侧，所述第二阶梯轴、所述第二小齿轮、所述第二旋转电机、所述第二大齿轮以及所述第二钢卷薄板位于所述固定板的另一侧。

15、上述的多材料铺粉组件，所述第一钢卷薄板的两端设有第一轴承座和第二轴承座，所述第一钢卷薄板的一侧还设有第一密封垫。

16、本发明还提供了一种基于slm增材制造的多材料铺粉方法，采用上述多材料铺粉组件进行，包括如下步骤：

17、s1：安装相应数量的所述铺粉装置，开启系统电源，导入已经完成切片的多材料产品，根据所述压力传感器的数据判断是否要添加粉末，确定添加后对成型室进行抽真空，准备打印；

18、s2：根据切片数据，计算机发送不同材料的位置到对应的所述铺粉装置上，所述移动机构带动所述铺粉装置正方向移动，所述旋转机构带动所述钢卷薄板工作；

19、s3：所述铺粉装置达到所需铺粉区域时，所述钢卷薄板配合所述超声波换能器以使粉末连续精准地落在铺粉区域；铺粉过程中，所述旋转钢卷和所述伸缩薄板配合运动，控制出粉口的长度和位置，使粉末铺满铺粉区域；

20、s4：所述铺粉装置离开铺粉区域时，所述旋转钢卷和所述伸缩薄板提前贴合，停止出粉，防止污染其他区域；所述铺粉装置到达铺粉区域时，所述旋转钢卷和所述伸缩薄板提前打开，以实现精确铺粉；

21、s5：所述激光装置对铺好的粉末进行照射熔融，待冷却后结合在基板或基体材料上；

22、s6：判断多材料产品是否完成制造，如完成，则结束；如没有，则执行步骤s7；

23、s7：将所述成型平台下降一个层厚的高度；

24、s8：所述移动机构带动所述铺粉装置进行反方向移动，重复步骤s3和s4中的铺粉过程，通过所述铺粉装置完成对这一层的铺粉；

25、s9：执行步骤s5，再判断产品是否完成制造，若完成，则结束；若未完成，则先执行s7，再回到步骤s3，并继续按步骤执行。

技术特征：

1.一种基于slm增材制造的多材料铺粉组件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述铺粉装置还包括感应头(20)、感应装置(21)及密封垫(19)，所述感应头(20)和所述感应装置(21)分别与所述钢卷薄板(18)和所述储粉缸(39)连接，所述密封垫(19)位于所述储粉缸(39)和所述钢卷薄板(18)之间。

3.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述储粉缸(39)的出粉口宽度大于金属粉末的直径，所述储粉缸(39)的出粉口宽度方向两侧设有倒角，所述倒角用于压实粉末。

4.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述供粉装置包括第一供粉漏斗(3)、第二供粉漏斗(4)、第三供粉漏斗(5)、第四供粉漏斗(13)、第五供粉漏斗(14)及第六供粉漏斗(15)，所述第一供粉漏斗(3)、所述第二供粉漏斗(4)以及所述第三供粉漏斗(5)位于所述成型室(1)的一侧，所述第四供粉漏斗(13)、所述第五供粉漏斗(14)及所述第六供粉漏斗(15)位于所述成型室(1)的另一侧。

5.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述铺粉装置包括第一铺粉装置(7)、第二铺粉装置(8)及第三铺粉装置(9)，所述第一铺粉装置(7)、所述第二铺粉装置(8)及所述第三铺粉装置(9)均对应安装于所述第一供粉漏斗(3)、所述第二供粉漏斗(4)以及所述第三供粉漏斗(5)的下方，所述铺粉装置的数量可通过螺纹孔(6)进行增加或减少。

6.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，还包括固定板(28)，所述固定板(28)用于支撑所述储粉缸(39)以使所述储粉缸(39)能够在所述固定板(28)的矩形通道内做水平方向直线运动，所述移动机构(12)包括直线电机(22)、联轴器(23)、滚珠丝杆(24)、直线导轨(25)、感应铁(26)及感应装置(27)，所述滚珠丝杆(24)与所述直线导轨(25)相互平行且均固定于所述固定板(28)上，所述储粉缸(39)的一侧通过螺母安装于所述滚珠丝杆(24)，所述储粉缸(39)的另一侧通过滑块安装于所述直线导轨(25)。

7.根据权利要求1所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述旋转机构包括阶梯轴(29)、小齿轮(31)、旋转电机以及大齿轮(33)，电机座(40)固定于所述储粉缸(39)的下方，所述旋转电机固定于所述电机座(40)且所述旋转电机与所述大齿轮(33)键连接，所述小齿轮(31)与所述阶梯轴(29)键连接，所述大齿轮(33)能够带动所述小齿轮(31)旋转，所述钢卷薄板(18)能够与所述梯轴(29)固定，当所述旋转电机工作时，通过齿轮的啮合能够带动钢卷薄板(18)旋转，所述伸缩薄板(15)的顶端设有导向部，所述滑槽内设有导向槽，所述导向部能够与所述导向槽配合运动。

8.根据权利要求7所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述阶梯轴(29)包括第一阶梯轴(29)和第二阶梯轴(38)，所述小齿轮(31)包括第一小齿轮(31)和第二小齿轮(35)，所述旋转电机包括第一旋转电机(32)和第二旋转电机(37)，所述大齿轮(33)包括第一大齿轮(33)和第二大齿轮(36)，所述钢卷薄板(18)包括所述第一钢卷薄板(30)和所述第二钢卷薄板(34)，所述第一阶梯轴(29)、所述第一小齿轮(31)、所述第一旋转电机(32)、所述第一大齿轮(33)以及所述第一钢卷薄板(30)位于所述固定板(28)的一侧，所述第二阶梯轴(38)、所述第二小齿轮(35)、所述第二旋转电机(37)、所述第二大齿轮(36)以及所述第二钢卷薄板(34)位于所述固定板(28)的另一侧。

9.根据权利要求8所述的多材料铺粉组件，其特征在于，所述第一钢卷薄板(30)的两端设有第一轴承座(41)和第二轴承座(43)，所述第一钢卷薄板(30)的一侧还设有第一密封垫(42)。

10.一种基于slm增材制造的多材料铺粉方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的多材料铺粉组件进行，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于SLM增材制造的多材料铺粉组件及其铺粉方法，包括：成型室、供粉装置、铺粉装置及激光装置，成型室内设有成型平台，成型平台能够在电机的作用下在成型室进行升降运动；供粉装置为多组且能够均匀固定于成型室的两侧，供粉装置的下方设有电磁阀；铺粉装置为多个，铺粉装置对应连接于供粉装置下方，铺粉装置包括储粉缸、移动机构、超声波换能器、旋转机构以及钢卷薄板，储粉缸与移动机构连接，超声波换能器位于储粉缸内，旋转机构安装于储粉缸的两侧，钢卷薄板固定于铺粉装置的下方，钢卷薄板上方设有压力传感器，激光装置，激光装置位于成型平台上方，用于熔化粉末并形成所需的零件。

技术研发人员：白玉超,严羽,李兵,赵翠玲
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5