粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构的制作方法

1.粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构属于成形制造装备领域，具体来说，主要涉及用于粉末床熔融、喷墨成形等增材制造(3d打印)工艺的一种供粉机构。


背景技术：

2.增材制造是一种很有前景的成形制造工艺，是目前和今后相当一段时间研究的热点。增材制造技术能够根据构件的三维cad模型，不需要模具，直接成形出实体构件，节约了模具费用和制造工期，有利于减少产品开发成本、缩短开发周期，快速适应市场需要，而且特别适合结构复杂、传统方法难成形的构件以及单件小批量构件的快速制造。
3.粉末床熔融、喷墨成形等增材制造工艺是当前应用较广、很有发展前景的增材制造工艺。相对于其他增材制造工艺，这类工艺由于粉末床中粉末对成形结构的支撑作用，能够成形结构更复杂、精度更高的构件。目前出现了粉末床激光熔融、粉末床电子束熔融、型砂喷墨成形等增材制造工艺已经能够成形制造金属和非金属构件、铸造用砂型、陶瓷件等，广泛地应用于机械、模具、航空航天、铸造、轻工业、医疗等多个领域。
4.目前，人们希望用增材制造工艺成形制造出三维梯度材质的复杂构件，以满足构件复杂的工况要求。但是，如何向粉末床逐层供送形成三维梯度材质的多种异质粉末，却阻碍了增材制造三维梯度材质的复杂构件的步伐。


技术实现要素：

5.针对这种情况，本专利分析了当前存在的各种与粉末床有关的增材制造工艺与设备的特点，并参考当前各种供料机构的工作原理，设计了一种新的粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，以满足增材制造三维梯度材质的复杂构件的粉末供送需求。
6.本实用新型解决问题的方案是：粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构由多个带储粉筒的粉末定量输送器、混粉器、微振落粉头、压平机构等组成，各个粉末定量器根据成形某层梯度材质实体各个位置点的需要实时向混粉器定量输送粉末，粉末在混粉器中随机混合后集中到微振落粉头，微振落粉头在微振动作用下实时把混合粉末落到成形基板或工件上表面对应的位置点，随着微振落粉头在粉末床上方进行平面扫描和落粉，粉末床上各个位置点逐渐被供送了总量相同但成分可能不同的粉末，随后压平机构把粉末床上表面压平整，从而得到了成形一层梯度材质实体的粉末层。
7.上述粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，所述多个粉末定量器根据梯度材质实体层对应的粉末床某位置点的粉末成分要求分别从各自的储粉筒内实时定量输出不同材质的粉末，并在气体作用下形成粉末流，向混粉器定量输送。
8.上述粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，所述混粉器接纳、汇聚多个粉末流，并逸散其输送气体，且使混合粉末自动汇入微振落粉头中。
9.上述粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，所述微振落粉头的落粉口尺寸决定于粉末种类、粒径、微振幅度与频率、梯度材质精度要求等，落粉口在没有微振动时不落粉，
在微振发生后才把定量的混合粉末落到粉末床上。
10.上述粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，所述压平机构的压平板工作面与成形缸的横截面相同，压平机构工作时，压平板工作面与成形缸横截面对齐，并把成形缸内的粉末床上表面压平，与成形平台平齐或达到设定高度。
11.上述粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，对于材质不同的下一个实体层，粉末定量器实时改变在其对应的粉末层位置点的各种粉末的比例，微振落粉头在该层完成扫描、落粉且粉层上表面经压平机构压平后就可获得对应于下一个实体层的粉末层。
12.本实用新型的有益效果是，能够在粉末床x、y、z三维方向上实现梯度材质供粉，为增材制造三维梯度材质的复杂构件打下基础。
附图说明
13.图1是粉末床的3个粉末定量器的混粉式三维梯度材质供粉机构示意图。
14.图中1.成形缸，2.成形平台，3.落粉口，4.微振落粉头，5. 混粉器与微振落粉头间连接软管，6.气体逸散孔，7.混粉器，8.送粉气管，9.粉末定量器，10.储粉筒，11.送粉管，12.微振落粉头、微振发生器、混粉器安装板，13.x轴滑杆，14.微振发生器，15. 压平板，16.成形基板，17.粉末床。
具体实施方式
15.结合附图，具体说明本实用新型的实施方式。
16.3个粉末定量器9按粉末床17上某位置点的粉末成分的要求分别定量出各自储粉筒10中的粉末，并分别在气管8中的气体作用下形成粉末流，输送到混粉器7，粉末流中的气体通过混粉器7壁上的逸散孔6向外界逸散，粉末在混粉器7中混合后落向混粉器与微振落粉头间的连接软管5，然后进入微振落粉头4，在微振发生器14的作用下，粉末通过落粉口3降落到基板16上表面对应于粉末床17上的该位置点；微振落粉头4、微振发生器14、混粉器7由安装板12 安装在x轴滑杆13上，系统驱使它们进行x-y平面扫描和落粉，成形基板16整个上表面都被粉末覆盖后，粉末床17形成，压平板15压向粉末床17，使粉末床17的上表面平整，与成形平台2平齐或达到设定高度，得到了成形一层梯度材质实体的粉末层；该实体层成形后，成形基板16下降一个实体层厚的高度，如果下一个实体层材质不同，粉末定量器9实时改变在其对应的粉末层位置点的各种粉末的比例，微振落粉头4在该层完成扫描、落粉且粉层上表面经压平板15压平后就可获得对应于下一个实体层的粉末层。


技术特征：
1.一种粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，其特征是由多个带储粉筒的粉末定量器（9）、混粉器（7）、带微振发生器（14）的微振落粉头（4）、压平机构组成，各个粉末定量器（9）根据成形某层梯度材质实体各个位置点的需要实时向混粉器（7）定量输送粉末，粉末在混粉器（7）中随机混合后集中到微振落粉头（4），微振落粉头（4）在微振动作用下实时把混合粉末落到成形基板（16）或工件上表面对应的位置点，随着微振落粉头（4）在粉末床（17）上方进行平面扫描和落粉，粉末床（17）上各个位置点逐渐被供送了总量相同但成分可能不同的粉末，随后压平机构把粉末床（17）上表面压平整，从而得到了成形一层梯度材质实体的粉末层。2.根据权利要求1所述的粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，其特征是微振落粉头（4）、微振发生器（14）、混粉器（7）由安装板（12）安装在x轴滑杆（13）上，系统驱使它们进行x-y平面扫描和落粉。3.根据权利要求1所述的粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，其特征是压平机构的压平板（15）工作面与成形缸（1）的横截面相同，压平机构工作时，压平板（15）工作面与成形缸（1）横截面对齐，并把成形缸（1）内的粉末床（17）上表面压平，与成形平台（2）平齐或达到设定高度。

技术总结
一种粉末床的混粉式三维梯度材质供粉机构，由多个带储粉筒的粉末定量输送器、混粉器、微振落粉头、压平机构等组成，各个粉末定量器根据成形某层梯度材质实体各个位置点的需要实时向混粉器定量输送粉末，粉末在混粉器中随机混合后集中到微振落粉头，微振落粉头在微振动作用下实时把混合粉末落到成形基板或工件上表面对应的位置点，随着微振落粉头在粉末床上方进行平面扫描和落粉，粉末床上各个位置点逐渐被供送了总量相同但成分可能不同的粉末，随后压平机构把粉末床上表面压平整，从而得到了成形一层梯度材质实体的粉末层。本实用新型的有益效果是，能够在粉末床X、Y、Z三维方向上实现梯度材质供粉，为增材制造三维梯度材质的复杂构件打下基础。复杂构件打下基础。复杂构件打下基础。


技术研发人员：刘继常 郭韬
受保护的技术使用者：湖南嘉程增材制造有限公司
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2023/8/17