一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备的制作方法

本发明属于增材制造设备技术领域，尤其涉及一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备。

背景技术：

增材制造技术其成型原材料通常为粉末、丝料、化学液体等，而目前工业应用的主流技术都是利用激光或电子束为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如slm、sls、lsf、ebm等技术，其原材料均为几十到几百微米的粉末材料。成型过程中，通过供粉机构与铺粉机构将粉末均匀平摊在成型表面上，再利用激光等能量源将表面特定几何形状区域的粉末熔化，产生冶金结合，最终使零件立体成型。

关于多种粉末成型技术目前只用于lsf设备，其结构是将装有激光发射与喷吹粉末的熔覆头，在三坐标轴的驱动下进行空间堆积成型。由于其原理是定量送粉，故通过不同的送粉器，将多种不同粉末按需求量送往熔覆头便可实现同一零件的多种粉末熔融成型。多种粉末熔融成型较为常见的用途，为先用一种粉末完成成型件主体结构，再用另一种粉末对主体结构表面熔覆一层性能更为优异的涂层材料，来增加成型件表面的物理、化学、生物等各项性能，同时避免使用单一贵金属粉末而带来的成本浪费。此方法多用于航空航天、医疗、船舶、核电等领域。

现有的激光选区熔化设备(slm)，其较为先进的结构为成型腔体、成型轴、落粉装置、铺粉装置和收粉装置组成，现有技术存在由于其成型原理是通过铺粉装置在成型轴工作台上逐层平铺粉末来实现累积成型，故每层铺设的粉末必然是同一种材料，导致其只能进行单一粉末成型制造，很难像lsf设备一样实现两种材料的混合成型的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备，以解决上述背景技术中提出了现有技术存在由于其成型原理是通过铺粉装置在成型轴工作台上逐层平铺粉末来实现累积成型，故每层铺设的粉末必然是同一种材料，导致其只能进行单一粉末成型制造，很难像lsf设备一样实现两种材料的混合成型的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备,包括连接在成型室一侧端、用于落第一粉末的第一落粉装置，和连接在成型室另一侧端、用于落第二粉末的第二落粉装置；所述的激光成型设备还包括铺粉装置，所述的铺粉装置包括，成型表面从一侧端至另一侧端平铺第一粉末或第二粉末的刮粉机构以及在成型表面从一侧端至另一侧端扫除残余粉末的扫粉机构。

进一步地，所述第一粉末用于形成型件表面涂层，所述第二粉末用于形成成型件主体结构。

进一步地，所述铺粉装置包括刮刀结构、毛刷结构以及控制刮刀与毛刷的刮刀驱动部和毛刷驱动部。

进一步地，所述刮刀结构包括刮刀与刮刀驱动部；所述刮刀驱动部为刮刀连接于驱动其处于工作位与非工作位的导轨气缸。

进一步地，所述毛刷结构包括毛刷与毛刷驱动部；所述毛刷驱动部为毛刷连接于驱动其处于工作位与非工作位的导轨气缸。

进一步地，所述工作位是接触于成型表面的最低位，所述非工作位为非接触于成型表面的位置。

进一步地，还包括出料口，所述出料口在成型室一侧或另一侧。

进一步地，所述成型装置一侧端连接第一收粉装置，其另一侧端连接第二收粉装置，所述第一收粉装置接收从另一侧端铺粉装置推入的粉末或扫粉机构扫入的粉末残料，所述第二收粉装置接收从一侧端铺粉装置推入的粉末或扫粉机构扫入的粉末残料。

进一步地，所述扫粉机构还包括毛刷机械振动装置。

进一步地，所述毛刷机械振动装置包括气控切换连接于导轨气缸的电控阀门。

本发明的上述技术方案有益技术效果如下：

1、本发明包括连接在成型室一侧端，一种粉末的一个落粉装置，和连接在成型室另一侧端，另一种粉末的另一个落粉装置；所述的激光成型设备还包括铺粉装置，所述的铺粉装置包括，成型表面从一侧端至另一侧端平铺一种粉末或另一种粉末的刮粉机构以及在成型表面从一侧端至另一侧端扫除残余粉末的扫粉机构。由于其工作过程为：当一种粉末沿一侧落粉机构粉槽落下，粉末进入铺粉机构中，刮刀处于工作位，刮刀均匀的将粉末平铺在成型表面上，当另一种粉末沿另一侧落粉机构粉槽落下，另一种粉末进入铺粉机构中，刮刀处于工作位，刮刀均匀的将粉末反方向平铺在成型表面上；当扫粉装置扫粉时，毛刷处于工作位，毛刷从一端到另一端沿上升一层的成型表面运动时，会将成型件表面的未成型的粉末扫除。如图5所示，本发明通过对铺粉装置结构的设计与铺粉过程的设计，最终实现增材制造激光成型设备的双粉末激光熔融过程，本方案成型效率远高于lsf设备的双材料成型效率。

2、本发明基本过程除了用一种粉末做成型件表面涂层，用另一种粉末做成型件主体的结构外，并不局限于这种的成型方式，还可以尝试其余两种粉末混合成型方式。

3、本发明采用所述扫粉装置还包括毛刷机械振动装置，所述机械振动装置包括气控切换连接于扫粉气缸的电控阀门，由于当铺粉装置运动于一侧收粉装置的收粉口处，毛刷导轨气缸通过阀门切换，带动毛刷上下高频反复运动，将毛刷中所沾粘的粉末通过机械振动，落入左收粉装置中，通过毛刷振动除粉，有利于毛刷工作中的清洁，尽量防止粉末混合成型。

4、本发明采用所述成型装置一侧端连接一收粉装置，其另一侧端连接另一收粉装置，所述成型装置一侧端的一收粉装置接收从另一侧端铺粉装置推入的粉末或扫粉机构扫入的粉末残料，其另一侧端的另一收粉装置接收从一侧端铺粉装置推入的粉末或扫粉机构扫入的粉末残料，由于两侧各设置一个收粉装置，便于粉末的回收。

附图说明

图1是本发明一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备的结构示意图；

图2是本发明铺粉装置的侧视剖面图；

图3a是本发明铺粉装置铺粉状态的右视剖面图；

图3b是本发明铺粉装置扫粉状态的右视剖面图；

图4a～4e是本发明一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备工作原理分步示意图；

图5是本发明一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备的成型件最终剖面效果图。

附图标记说明：

1-成型装置，2-粉末a，3-一个落粉装置，4-粉末b，5-另一个落粉装置，6-铺粉装置，7-扫粉机构，8-毛刷，9-毛刷导轨气缸，10-刮刀机构，11-左粉槽，12-刮刀，13-刮刀导轨气缸，14-成型平台，15-成型轴，16-成型表面，17-右粉槽，18-一收粉装置，19-另一收粉装置。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例1

如图1所示，一种双材料铺粉装置的增材制造激光成型设备，包括连接在成型室一侧端，一种粉末的一个落粉装置3，和连接在成型室另一侧端，另一种粉末的另一个落粉装置5；所述的激光成型设备还包括铺粉装置6，所述的铺粉装置6包括，成型表面从一侧端至另一侧端平铺一种粉末或另一种粉末的刮粉机构10，以及在成型表面从一侧端至另一侧端扫除残余粉末的扫粉机构7。

所述一种粉末2用于形成成型件表面涂层，另一种粉末4用于形成成型件主体结构。

所述铺粉装置6包括刮刀结构10、毛刷结构7与控制刮刀与毛刷的各自驱动部。

所述刮刀结构包括刮刀12与刮刀驱动部；所述刮刀驱动部，即刮刀连接于驱动其处于工作位与非工作位的导轨气缸13。

所述毛刷结构包括毛刷8与毛刷驱动部；所述毛刷驱动部，即毛刷连接于驱动其处于工作位与非工作位的导轨气缸9。

所述工作位是接触于成型表面16的最低位，所述非工作位为非接触于成型表面16的位置。

所述成型装置1包括成型平台14和使成型表面16粉末成型的激光熔融装置，所述成型平台14端面形成成型表面16，所述成型平台14连接于驱动其工作的成型轴15。

所述落粉装置内装有一种粉末2或另一种粉末4，所述出料口在成型室一侧或另一侧。

所述成型装置1一侧端连接一收粉装置18，其另一侧端连接另一收粉装置19，所述成型装置1一侧端的一收粉装置18接收从另一侧端铺粉装置6推入的粉末或扫粉机构7扫入的粉末残料，其另一侧端的另一收粉装置19接收从一侧端铺粉装置6推入的粉末或扫粉机构7扫入的粉末残料。

所述扫粉机构7还包括毛刷8机械振动装置，所述机械振动装置包括气控切换连接于导轨气缸9的电控阀门。

实施例2

本发明的双材料铺粉装置的工作原理包括铺粉过程与扫粉过程，其功能如下：

铺粉过程如图3a中，铺粉装置6工作向左铺粉时，右侧导轨气缸13通气，左侧导轨气缸9通入反向气，刮刀12处于最低位，即工作位；毛刷8处于最高位，即非工作位，粉末4沿右侧落粉装置5落下，进一步，刮刀12均匀的将粉末4从右到左平铺在成型表面16上；当铺粉装置6工作向右铺粉时，其导轨气缸控制不变，粉末2沿左侧落粉装置3落下，进一步，刮刀12均匀的将粉末2从左到右平铺在成型表面上。

扫粉过程如图3b中，铺粉装置6工作向左扫粉时，左侧导轨气缸9通气，右侧导轨气缸13通入反向气，毛刷8处于最低位，即工作位；刮刀12处于最高位，即非工作位，进一步，毛刷8从左到右沿上升一层的成型表面16运动时，会将成型件表面的未成型的粉末扫除，将扫除粉末推到成型区域外回收；当铺粉装置6工作向右扫粉时，其导轨气缸控制不变，进一步，毛刷8从右到左沿上升一层的成型表面16运动，会将成型件表面未成型的粉末扫除，将扫除粉末推到成型区域外回收。

用粉末2做成型件表面涂层，用粉末4做成型件主体结构，则本发明的双材料铺粉装置激光成型设备工作过程如下：

如图4a中，铺粉装置6处于铺粉状态，粉末4沿右侧落粉装置5落入铺粉装置左侧粉槽11中，成型轴15带动成型平台14下降一个层厚，铺粉装置6将粉末4从右到左均匀的平铺在成型表面16上。

进一步，如图4b中，铺粉装置6将多余的粉末4推入左收粉装置18中，同时，开启激光，成型表面16通过激光熔融当前层主体成型。

进一步，如图4c中，铺粉装置6切换到扫粉状态，成型轴15带动成型平台14上升一个层厚，毛刷8从左到右运动，将成型件上当前一层未被激光熔融部分粉末4推走，最终粉末4被推入右收粉装置19中。

进一步，如图4d中，当铺粉装置6运动于收粉装置19的上侧收粉口处，导轨气缸9通过阀门切换，带动毛刷8上下高频反复运动几次，将毛刷8中所沾粘的粉末4通过机械振动，落入右收粉装置19中。

进一步，铺粉装置6保持扫粉状态，成型轴15不动，毛刷8从右到左运动，将成型件上当前一层未被激光熔融部分再扫一遍，将上一步没有清除干净的粉末4推入左收粉装置18中。同时，当铺粉装置6运动于左收粉装置18的上侧收粉口处，导轨气缸9通过阀门切换，带动毛刷8上下高频反复运动几次，将毛刷8中所沾粘的粉末4通过机械振动，落入左收粉装置18中。

进一步，如图4e中，铺粉装置6再次切换到铺粉状态，粉末2沿左侧落粉装置3落入铺粉装置6右侧粉槽17中，成型轴15带动成型平台14下降一个层厚，铺粉装置6将粉末2从左到右均匀的平铺在成型表面16上，且多余的粉末2被推入右侧收粉装置19中。此时，用粉末2所铺的当前粉层与上次激光熔融的成型面平齐，开启激光，成型表面16通过激光熔融当前层涂层轮廓区域成型。

进一步，返回到第一步，铺粉装置6切换到铺粉状态，开始第二层的铺粉b、激光熔融、扫粉b、铺粉a、激光熔融过程。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。