本發(fā)明屬于激光加工，涉及一種多材料粉床增材制造設(shè)備，特別是一種多材料粉床增材制造設(shè)備及其產(chǎn)品制備方法。

背景技術(shù)：

1、激光粉末床熔融增材制造（以下簡(jiǎn)稱粉床增材制造）是一種利用高能束激光作為熱源逐層選擇性熔化粉末材料制造三維零件的增材制造方法。

2、區(qū)別于常規(guī)的單材料粉床增材制造，多材料粉床增材制造可以在同一個(gè)成形過(guò)程中將多種材料沉積到同一個(gè)零件的不同位置，可突破單一材料性能約束，通過(guò)對(duì)零件成分局部自由調(diào)控實(shí)現(xiàn)極端性能和功能。

3、多材料粉床增材制造的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是異質(zhì)粉末顆粒的同層鋪放和熔化，通過(guò)重復(fù)“鋪粉-熔融-吸粉”步驟，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)粉末顆粒的同層打印。

4、但是，該工藝流程存在如下幾個(gè)問(wèn)題：

5、第一，如圖1所示，在吸粉過(guò)程中，已打印區(qū)域的迎風(fēng)面（正對(duì)吸粉進(jìn)給方向）根部粉末可以清除干凈，但是，已打印區(qū)域的背風(fēng)面（與吸粉進(jìn)給方向相反）根部難以清理干凈，存在殘留粉末；

6、第二，如圖2所示，在刮刀鋪粉第二種粉末時(shí)，前述背風(fēng)面的殘留粉末（粉末a）會(huì)與新鋪粉末（粉末b）混合，背風(fēng)面若是激光熔融區(qū)域，會(huì)存在粉末a與粉末b的成分混合，影響局部區(qū)域的熱力學(xué)性能；

7、第三，刮刀是常用的粉床增材制造鋪粉工具，多材料鋪粉過(guò)程，靜電力會(huì)導(dǎo)致不同材質(zhì)的粉末顆粒均吸附在刮刀表面，這些粉末會(huì)隨著刮刀鋪粉過(guò)程隨機(jī)分散至粉床任意位置，影響整個(gè)粉床的材料成分分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問(wèn)題，提出了一種能夠清除已打印區(qū)域輪廓邊緣的殘余粉末，避免造成粉末混合污染，以此提高產(chǎn)品質(zhì)量的多材料粉床增材制造設(shè)備。

2、本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種多材料粉床增材制造設(shè)備，包括：

3、粉床，作為粉末鋪設(shè)的載體，當(dāng)粉床上鋪滿粉末形成粉層時(shí)，粉層的上表面為成形平面，粉層的下表面為吸粉平面，并將粉層作為激光熔融的打印區(qū)域，其中，粉床上的粉層通過(guò)激光掃描振鏡將預(yù)設(shè)軌跡上的粉末熔融后形成已打印區(qū)域，且已打印區(qū)域上朝向鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為迎風(fēng)面，已打印區(qū)域上背離鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為背風(fēng)面；

4、鋪粉裝置，位于粉床的上方，包括：

5、至少兩個(gè)落粉器，作為不同粉末的裝載容器，且在每個(gè)落粉器上設(shè)置有落粉口，其中，該落粉口朝向粉床，且落粉器可沿鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向往復(fù)移動(dòng)；

6、鋪粉刮刀，位于其中一個(gè)落粉器的一側(cè)，通過(guò)鋪粉刮刀沿鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向?qū)⒎蹖庸纹?、壓?shí)，且鋪粉刮刀上朝向鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為刀背面，鋪粉刮刀上背離鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為刮粉面；

7、兩個(gè)吸粉器，其中一個(gè)吸粉器與刀背面同側(cè)設(shè)置，另一個(gè)吸粉器與刮粉面同側(cè)設(shè)置，使得兩個(gè)落粉器位于與刮粉面同側(cè)設(shè)置的吸粉器和鋪粉刮刀之間，通過(guò)兩個(gè)吸粉器中的其中一個(gè)吸粉器吸走迎風(fēng)面上位于成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末，另一個(gè)吸粉器吸走背風(fēng)面上成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末。

8、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，兩個(gè)吸粉器為異步工作，當(dāng)與刀背面同側(cè)設(shè)置的吸粉器工作時(shí)，與刮粉面同側(cè)設(shè)置的吸粉器不工作；當(dāng)與刮粉面同側(cè)設(shè)置的吸粉器工作時(shí)，與刀背面同側(cè)設(shè)置的吸粉器不工作。

9、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，兩個(gè)吸粉器分別為第一吸粉器和第二吸粉器，且與刀背面同側(cè)設(shè)置的吸粉器為第一吸粉器，與刮粉面同側(cè)設(shè)置的吸粉器為第二吸粉器，當(dāng)粉床上的粉層通過(guò)激光將預(yù)設(shè)軌跡上的粉末熔融后，在粉層上形成已打印區(qū)域，其中，通過(guò)第一吸粉器吸走背風(fēng)面上成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末，通過(guò)第二吸粉器吸走迎風(fēng)面上成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末。

10、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，粉床上沿鋪粉的進(jìn)給方向的兩端分別為起始端和終止端，當(dāng)鋪粉裝置從終止端向起始端移動(dòng)時(shí)，第一吸粉器工作，吸走背風(fēng)面上成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末；當(dāng)鋪粉裝置從起始端向終止端移動(dòng)時(shí)，第二吸粉器工作，吸走迎風(fēng)面上成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末。

11、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，兩個(gè)落粉器分別為第一落粉器和第二落粉器，第一落粉器與第二落粉器并排設(shè)置，沿鋪粉的進(jìn)給方向分別為第一吸粉器、鋪粉刮刀、第二落粉器、第一落粉器以及第二吸粉器，且第一吸粉器、鋪粉刮刀、第二落粉器、第一落粉器以及第二吸粉器共同連接于滑臺(tái)上并同步移動(dòng)，其中，滑臺(tái)與粉床呈上下設(shè)置并相互平行。

12、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，吸粉器上沿吸粉方向設(shè)置有吸粉通道，該吸粉通道的兩端分別為進(jìn)粉口和出粉口，且進(jìn)粉口的端面所在的水平高度高于成形平面所在的水平高度，使得吸粉器在吸走成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末時(shí)，吸粉器上進(jìn)粉口與殘余粉末之間為非接觸式吸粉。

13、在上述的多材料粉床增材制造設(shè)備中，該非接觸式吸粉為負(fù)壓吸粉或者靜電吸粉，當(dāng)該非接觸式吸粉為負(fù)壓吸粉時(shí)，可在吸粉通道內(nèi)形成負(fù)壓，將成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末吸入吸粉通道內(nèi)；當(dāng)該非接觸式吸粉為靜電吸粉時(shí)，可在吸粉通道內(nèi)形成靜電場(chǎng)，將成形平面與吸粉平面之間未熔化的殘余粉末吸入吸粉通道內(nèi)。

14、本發(fā)明還提供一種利用所述多材料粉床增材制造設(shè)備的產(chǎn)品制備方法，包括步驟：

15、s1：通過(guò)鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向在粉床上形成第一粉層，且該第一粉層的上表面為成形平面，第一粉層的下表面為吸粉平面；

16、s2：通過(guò)激光掃描振鏡將預(yù)設(shè)軌跡上第一粉層中的粉末進(jìn)行熔融，形成第一已打印區(qū)域；

17、s3：通過(guò)鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向的往復(fù)移動(dòng)吸走背風(fēng)面和迎風(fēng)面上第一粉層中未熔化的殘余粉末；

18、s4：通過(guò)鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向在粉床上形成第二粉層，且該第二粉層的上表面為成形平面，第二粉層的下表面為吸粉平面；

19、s5：通過(guò)激光掃描振鏡將預(yù)設(shè)軌跡上第二粉層中的粉末進(jìn)行熔融，形成第二已打印區(qū)域；

20、s6：通過(guò)鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向的往復(fù)移動(dòng)吸走背風(fēng)面和迎風(fēng)面上第二粉層中未熔化的殘余粉末；

21、s7：粉床整體下移一個(gè)打印粉層厚度；

22、s8：重復(fù)s1至s7，完成整個(gè)產(chǎn)品的制備。

23、在上述的產(chǎn)品制備方法中，步驟s1包括：

24、s11：鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向從粉床的起始端向終止端移動(dòng)，在此過(guò)程中，兩個(gè)落粉器中儲(chǔ)存有粉末a的落粉器工作，將粉末a鋪至粉床表面，此時(shí)粉末a呈松散狀態(tài)，且第一粉層的厚度高于成形平面0.5-1.5mm；

25、s12：在鋪粉的同時(shí)利用鋪粉刮刀將粉末a壓實(shí)、刮平至壓實(shí)平面；

26、s13：在粉末a壓實(shí)、刮平的同時(shí)兩個(gè)吸粉器中與刀背面同側(cè)的吸粉器將壓實(shí)的粉末a精確清除，使得第一粉層的厚度降至成形平面。

27、在上述的產(chǎn)品制備方法中，在步驟s2中，第一已打印區(qū)域上朝向鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為第一迎風(fēng)面，第一已打印區(qū)域上背離鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為第一背風(fēng)面，其中，分別在第一迎風(fēng)面和第一背風(fēng)面的同側(cè)形成未熔化的殘余粉末。

28、在上述的產(chǎn)品制備方法中，步驟s3包括：

29、s31：在第一已打印區(qū)域成形后，當(dāng)鋪粉裝置從粉床的終止端向起始端移動(dòng)時(shí)，與刀背面同側(cè)的吸粉器工作，將第一背風(fēng)面上未熔化的殘余粉末清除，使得第一背風(fēng)面上未熔化的粉末厚度降低至吸粉平面；

30、s32：當(dāng)鋪粉裝置從粉床的起始端向終止端移動(dòng)時(shí)，與刮粉面同側(cè)的吸粉器工作，將第一迎風(fēng)面上未熔化的殘余粉末清除，使得第一迎風(fēng)面上未熔化的粉末厚度降低至吸粉平面，完成第一粉層中未熔化的殘余粉末清除。

31、在上述的產(chǎn)品制備方法中，步驟s4包括：

32、s41：鋪粉裝置沿鋪粉的進(jìn)給方向從粉床的起始端向終止端移動(dòng)，在此過(guò)程中，兩個(gè)落粉器中儲(chǔ)存有粉末b的落粉器工作，將粉末b鋪至粉床表面，此時(shí)粉末b呈松散狀態(tài)，且第二粉層的厚度高于成形平面0.5-1.5mm；

33、s42：在鋪粉的同時(shí)利用鋪粉刮刀將粉末b壓實(shí)、刮平至壓實(shí)平面；

34、s43：在粉末b壓實(shí)、刮平的同時(shí)兩個(gè)吸粉器中與刀背面同側(cè)的吸粉器將壓實(shí)的粉末b精確清除，使得第二粉層的厚度降至成形平面。

35、在上述的產(chǎn)品制備方法中，在步驟s5中，第二已打印區(qū)域上朝向鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為第二迎風(fēng)面，第二已打印區(qū)域上背離鋪粉時(shí)的進(jìn)給方向的一側(cè)為第二背風(fēng)面，其中，分別在第二迎風(fēng)面和第二背風(fēng)面的同側(cè)形成未熔化的殘余粉末。

36、在上述的產(chǎn)品制備方法中，步驟s6包括：

37、s61：在第二已打印區(qū)域成形后，當(dāng)鋪粉裝置從粉床的終止端向起始端移動(dòng)時(shí)，與刀背面同側(cè)的吸粉器工作，將第二背風(fēng)面上未熔化的殘余粉末清除，使得第二背風(fēng)面上未熔化的粉末厚度降低至吸粉平面；

38、s62：當(dāng)鋪粉裝置從粉床的起始端向終止端移動(dòng)時(shí)，與刮粉面同側(cè)的吸粉器工作，將第二迎風(fēng)面上未熔化的殘余粉末清除，使得第二迎風(fēng)面上未熔化的粉末厚度降低至吸粉平面，完成第一粉層中未熔化的殘余粉末清除。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

40、（1）、本發(fā)明提供的一種多材料粉床增材制造設(shè)備，避免了多種材料之間的交叉污染，提高了成型后產(chǎn)品的性能；

41、（2）、通過(guò)兩個(gè)吸粉器的異步工作，避免兩個(gè)吸粉器同步工作時(shí)，導(dǎo)致背風(fēng)面和迎風(fēng)面中的未熔化的粉末形成揚(yáng)塵，相互交叉紊亂，影響吸粉效果；

42、（3）、采用非接觸式吸粉，避免未熔化的殘余粉末被吸附在吸粉器的進(jìn)粉口端面或者吸粉器的外側(cè)表面上，當(dāng)該吸粉器不工作時(shí)，或者鋪粉裝置在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)時(shí)，位于進(jìn)粉口端面上的粉末，和位于吸粉器外側(cè)面上的粉末就會(huì)再次掉落至粉床上，與另一種粉末混合，形成交叉污染，最終影響成型產(chǎn)品的性能；

43、（4）、將兩個(gè)落粉器、鋪粉刮刀以及兩個(gè)吸粉器共同設(shè)置于同一個(gè)滑臺(tái)上，通過(guò)滑臺(tái)的移動(dòng)，同步帶動(dòng)兩個(gè)落粉器、鋪粉刮刀以及兩個(gè)吸粉器同步移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)落粉、刮平以及壓實(shí)同步進(jìn)行，以此提高了工作效率。