本發明涉及激光選區熔化成型金屬零件的快速成型領域，尤其涉及一種多材料激光選區熔化成型裝置與方法。

背景技術：

激光選區熔化(SLM)成形技術是增材制造技術的一種，是快速成型技術的最新發展技術。該技術基于離散材料逐層堆積成型原理，依據三維設計軟件設計的數字化零件的三維數據，采用高能激光束對原材料粉末逐點、逐線、逐層熔化直接制造出功能零件。與電子束選區熔化、激光選區燒結等金屬增材制造技術相比，激光選區熔化成形技術具有成型精度高、致密度高以及后處理簡單的特點，可以直接成型出具有復雜幾何空間結構的高精度功能零部件。該技術以結構功能一體化設計、制造周期短、近終形、無模具、無刀具等技術優勢成為復雜構件快速制造的先進制造手段，是金屬增材制造技術最有發展前景的技術之一。

雖然激光選區熔化技術發展迅速，已開始廣泛應用于工業、運輸、模具、航空航天以及醫療等領域，但是目前激光選區熔化成型設備每次成型時只能選擇一種材料，只能夠成型出具有單材料性能的零件產品，這無法滿足人們對多種材料一體化零件的直接成型要求，嚴重限制了激光選區熔化技術的應用范圍。另外雖有學者嘗試送粉式多材料成型方法，但是會導致原始粉末混合而受到污染，無法重復利用。因此需要研究一種能夠在一次成型中可以同時選擇兩種及兩種以上材料，并且可以單獨回收原始粉末重新利用，同時能滿足異種材料之間良好冶金結合性能的激光選區熔化設備。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種多材料激光選區熔化成型裝置與方法。通過兩供粉系統交替工作，實現異種材料的激光選區成型。

本發明通過下述技術方案實現：

一種多材料激光選區熔化成型裝置，包括控制系統5、供能系統及成型室16，所述成型室16內包括成型缸14和供粉系統；

所述供粉系統分為第一供粉系統、第二供粉系統；

所述第一供粉系統包括第一粉料缸7、第一鋪粉導軌11和第一鋪粉臂8；所述第一鋪粉臂8安裝在第一鋪粉導軌11上，并沿其軌跡往復運動；

所述第二供粉系統包括第二粉料缸2、第二鋪粉導軌13和第二鋪粉臂15；所述第二鋪粉臂15安裝在第二鋪粉導軌13上，并沿其軌跡往復運動；

所述第一鋪粉臂8與第二鋪粉臂15相互交替工作，用于將與其對應的粉料缸內的粉末平鋪在成型缸14的工件6成型區域。

所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分別位于成型缸14相鄰的兩個側邊；第一鋪粉導軌11和第二鋪粉導軌13分別位于成型缸14相鄰的的另兩個側邊；

所述第一鋪粉導軌11與第二鋪粉導軌13的軸線彼此垂直，第一鋪粉臂8與第二鋪粉臂15的運行軌跡彼此垂直。

所述第一粉料缸7的長度與成型缸14的寬度相等；第二粉料缸2的長度與成型缸14長度相等；第一粉料缸7的長邊線垂直于第二粉料缸2的長邊線。

所述成型缸14兩個臨近第一鋪粉導軌11和第二鋪粉導軌13的側邊，分別設置有第一粉末回收室12和第二粉末回收室9；它們分別對應回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在鋪粉過程中收集剩余的粉末。

所述第一粉末回收室12的長邊與成型缸14的短邊尺寸相等；所述第二粉末回收室9的長邊與成型缸14的長邊尺寸相等。

所述第一鋪粉臂8沿第一鋪粉導軌11上的運動由第一驅動電機10驅動；

所述第二鋪粉臂15沿第二鋪粉導軌13上的運動由第二驅動電機1驅動。

所述控制系統5和供能系統相鄰、并位于成型室16的右側空余處；

控制系統5用于控制激光器發射激光、關停激光、控制供粉系統的鋪粉運動，以及成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降；

供能系統包括激光器4、光纖3和掃描振鏡17，激光器4產生的激光通過光纖3傳遞到掃描振鏡17，并照射到成型缸14的工件6成型區域的粉末材料表面。

本發明多材料激光選區熔化成型裝置的運行方法，包括如下步驟：

步驟一：根據待加工工件6的屬性要求，將不同材質的粉末分別裝入相應的第一粉料缸7和第二粉料缸2內；

步驟二：控制系統5根據待成型的工件6的屬性要求，控制第一鋪粉臂8處于初始位置，接著第一粉料缸7內粉末上升一個粉層高度，隨后第一鋪粉臂8在第一驅動電機10的驅動下，沿著第一鋪粉導軌13通過第一鋪粉刷19將第一粉料缸7內的粉末平鋪到成型缸14的成型區域上，多余的粉末材料則進入第一粉末回收室12內，完成第一粉料缸7的鋪粉作業；控制系統5根據工件6成型工藝參數，控制激光器4產生激光束18，同時控制掃描振鏡17的掃描速度，開始成型作業；

步驟三：當一層或者一層以上(具體層數根據零件的要求而定)的零件實體成型后，控制系統5控制第二鋪粉臂15處于初始位置，接著第二粉料缸2內粉末上升一個粉層高度，隨后第二鋪粉臂15在第二驅動電機1的驅動下，沿著第二鋪粉導軌13通過第二鋪粉刷23將第二粉料缸2內的粉末平鋪到成型缸14的成型區域上，多余的粉末材料則進入第二粉末回收室9內，完成第二粉料缸2的鋪粉作業；控制系統5根據工件6成型工藝參數，控制激光器4產生激光束18，同時控制掃描振鏡17的掃描速度，開始成型作業。

根據待加工工件6各層的工藝要求，循環進行步驟二和步驟三，即可成型出具有多材料屬性的工件。

本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：

本發明采用獨立的第一與第二供粉系統，可以根據成型零件的屬性要求，選擇不用的成型材料進行激光選區熔化成型，兩個系統同時受到控制系統的控制而獨立運行，實現在同一成型缸成型多種材料零件的目的，具有鋪粉速度快、成型效率高等優點。

本發明針對每一供粉系統個配備了粉末回收室，可以將對應供粉系統運行中多余的粉末回收起來重新利用，避免了因不同粉末之間混合而造成粉末的污染和浪費。

本發明通過配備獨立多材料的供粉系統，實現了材料的快速鋪粉與多余材料的回收，實現多種材料的一體成型，突破了激光選區熔化只能成型單一材料的局限，極大的推進了激光選區熔化技術的發展速度及應用領域。

本發明的兩個獨立供粉系統采用垂直交叉式工作布局，當一個供粉系統工作完成后，鋪粉機構返回到初始位置，從而避免了兩個供粉系統運行時出現碰撞與干涉問題。

本發明結構簡單，造價低廉。

附圖說明

圖1為本發明多材料激光選區熔化成型裝置結構示意圖。

圖2為圖1中A-A剖面結構示意圖。

圖3為圖1中B-B剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。

實施例

如圖1至3所示。本發明公開了一種多材料激光選區熔化成型裝置，包括控制系統5、供能系統及成型室16，所述成型室16內包括成型缸14和供粉系統；所述供粉系統分為第一供粉系統、第二供粉系統；

所述第一供粉系統包括第一粉料缸7、第一鋪粉導軌11和第一鋪粉臂8；所述第一鋪粉臂8安裝在第一鋪粉導軌11上，并沿其軌跡往復運動；

所述第二供粉系統包括第二粉料缸2、第二鋪粉導軌13和第二鋪粉臂15；所述第二鋪粉臂15安裝在第二鋪粉導軌13上，并沿其軌跡往復運動；

所述第一鋪粉臂8與第二鋪粉臂15相互交替工作，用于將與其對應的粉料缸內的粉末平鋪在成型缸14的工件6成型區域。

所述第一粉料缸7和第二粉料缸2分別位于成型缸14相鄰的兩個側邊；第一鋪粉導軌11和第二鋪粉導軌13分別位于成型缸14相鄰的的另兩個側邊；

所述第一鋪粉導軌11與第二鋪粉導軌13的軸線彼此垂直，第一鋪粉臂8與第二鋪粉臂15的運行軌跡彼此垂直。

所述第一粉料缸7的長度與成型缸14的寬度相等；第二粉料缸2的長度與成型缸14長度相等；第一粉料缸7的長邊線垂直于第二粉料缸2的長邊線。

所述成型缸14兩個臨近第一鋪粉導軌11和第二鋪粉導軌13的側邊，分別設置有第一粉末回收室12和第二粉末回收室9；它們分別對應回收第一粉料缸7和第二粉料缸2在鋪粉過程中剩余的粉末。

所述第一粉末回收室12的長邊與成型缸14的短邊尺寸相等；所述第二粉末回收室9的長邊與成型缸14的長邊尺寸相等。

所述第一鋪粉臂8沿第一鋪粉導軌11上的運動由第一驅動電機10驅動；

所述第二鋪粉臂15沿第二鋪粉導軌13上的運動由第二驅動電機1驅動。

所述控制系統5和供能系統相鄰、并位于成型室16的右側空余處；不僅節省空間并利用散熱，而且可以放止電器干擾。

控制系統5用于控制激光器發射激光、關停激光、控制供粉系統的鋪粉運動，以及成型缸14、第一粉料缸7和第二粉料缸2的升降；

供能系統包括激光器4、光纖3和掃描振鏡17，激光器4產生的激光通過光纖3傳遞到掃描振鏡17，并照射到成型缸14的工件6成型區域的粉末材料表面。

激光器4和控制系統5與成型室16通過2mm厚不銹鋼板隔離，且激光器4與控制系統5之間保留5cm的縫隙用于散熱，激光器4與控制系統5之間通過控制信號線相連通。

本發明多材料激光選區熔化成型裝置的運行方法，可通過如下步驟實現：

步驟一：根據待加工工件6的屬性要求，將不同材質的粉末分別裝入相應的第一粉料缸7和第二粉料缸2內；

步驟二：控制系統5根據待成型的工件6的屬性要求，控制第一鋪粉臂8處于初始位置，接著第一粉料缸7內粉末上升一個粉層高度，隨后第一鋪粉臂8在第一驅動電機10的驅動下，沿著第一鋪粉導軌13通過第一鋪粉刷19將第一粉料缸7內的粉末平鋪到成型缸14的成型區域上，多余的粉末材料則進入第一粉末回收室12內，完成第一粉料缸7的鋪粉作業；控制系統5根據工件6成型工藝參數，控制激光器4產生激光束18，同時控制掃描振鏡17的掃描速度，開始成型作業；

步驟三：當一層或者一層以上(具體層數根據零件的要求而定)的零件實體成型后，控制系統5控制第二鋪粉臂15處于初始位置，接著第二粉料缸2內粉末上升一個粉層高度，隨后第二鋪粉臂15在第二驅動電機1的驅動下，沿著第二鋪粉導軌13通過第二鋪粉刷23將第二粉料缸2內的粉末平鋪到成型缸14的成型區域上，多余的粉末材料則進入第二粉末回收室9內，完成第二粉料缸2的鋪粉作業；控制系統5根據工件6成型工藝參數，控制激光器4產生激光束18，同時控制掃描振鏡17的掃描速度，開始成型作業。

根據待加工工件6各層的工藝要求，循環進行步驟二和步驟三，即可成型出具有多材料屬性的工件。

第一鋪粉刷19和第二鋪粉刷23為激光切割的間距為1mm的梳子形狀，材料為厚度是0.05mm的316L不銹鋼薄片。

如上所述，便可較好地實現本發明。

本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。