一种多材料预粘结激光3D打印装置及成形方法

技术领域

本发明涉及金属增材制造工艺优化领域，具体涉及一种多材料预粘结激光3D打印装置及成形方法。

背景技术

金属增材制造(Metal Additive Manufacturing，简称MAM)是一种新型的制造技术，它通过逐层添加金属材料来制造三维金属零部件，与传统的切削加工技术相比，MAM具有更高的精度、更短的制造周期和更少的浪费。金属增材制造广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械、工业制造等领域，它可以制造出复杂形状、高性能和轻量化的金属零件，促进了制造业的智能化和高效化。

金属增材制造是一种逐层制造的技术，可以制造出复杂形状的金属零件，但是在制造复合材料方面存在一些制造缺陷，孔隙、热应力、热裂缝、残余应力和几何误差。同时在进行金属粉末材料的激光加工时，由于金属粉末为离散状态，在通入保护气体作用时，会由于风速过大的原因产生新铺粉表面被破坏，金属熔池的蒸汽羽流会带动熔化粉末产生飞溅颗粒和对未加工粉末的剥蚀，造成加工质量，且由于金属增材制造过程中粉层间会产生温度梯度，导致上述符合材料制造缺陷的产生。

现在技术中缺少一种对金属粉末多材料预粘结成形和温度保持的3D打印装置。

发明内容

针对上述问题，现提供一种多材料预粘结激光3D打印装置及成形方法，旨在通过材料的预粘结避免现有技术中存在的金属熔池的蒸汽羽流带动熔化粉末产生飞溅颗粒和对未加工粉末的剥蚀。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种多材料预粘结激光3D打印装置，包括：

加工仓组件，加工仓组件包括加工仓、成品仓及废料仓，成品仓及废料仓位于加工仓的下方；

储粉仓组件，用于储存打印用粉料，安装于加工仓上，包括多个用于储存不同粉料的分仓体；

储胶仓组件，用于保温储存打印用粘结胶，安装于加工仓上；

出料组件，包括安装于成品仓内的基板，基板可沿成品仓上、下往复滑动；

混粉仓组件，用于混合打印用粉料及粘结胶并将预粘结打印物料逐层释放于基板上，安装于加工仓内，混粉仓组件可沿加工仓往复滑动；

压实组件，用于逐层压实打印物料，安装于加工仓内，压实组件可沿加工仓往复滑动；以及

激光组件，用于使物料固化，安装于加工仓上。

本发明中分仓体内装载有对应粉体，打印时根据每层切片中零件的材质储胶仓组件及对应分仓体放料，混粉仓组件受料并进行预粘结后再逐层释放于基板上，随后压实组件压实打印物料，激光组件将压实后物料融化成形成打印层，如此重复直至打印完毕。上述打印模式下可利用温度保持预粘结粉末的流动和表面温度，减少结构加工中的热应力梯度和飞溅等副产物。

本发明的第二个方面是提供了一种利用上述多材料预粘结激光3D打印装置的成形方法，包括：

1)将零件的三维结构进行切片处理，获得多个切片层和每层切片中零件的内部轮廓和外部轮廓信息及材质；

2)由下往上依据每层切片中零件的材质储胶仓组件及对应分仓体放料，混粉仓组件混料后保温释放于基板上；

3)压实组件压实物料，以避免因温度梯度导致切片层产生缺陷；

4)基板下移对应距离；

5)重复2)-4)进行逐层打印至打印完毕。

本发明中对打印物料进行预粘结后再进行打印，以减少飞溅和铺粉层被破坏产生的质量问题。

上述方案的有益效果是：

1)通过金属粉末和打印胶的预粘结，减少飞溅和铺粉层被破坏产生的质量问题；

2)采用辊压成形的方式减少粉末层间的缝隙，使得粉末层在加工后更为紧密；

3)采用在混粉仓组件中进行材料的预热，既可以保证预粘结的粉末材料的表面温度，又可保持粉末和胶体预粘结的流动性；

4)采用传热层对存储的胶体进行温度保持，保证胶体的流动性，节省加工时间，提高工作效率，降低加工成本。

附图说明

图1为本发明的实施例中提供的打印装置的主视结构示意图；

图2为本发明的实施例中提供的打印装置的剖视结构示意图；

图3为本发明的实施例中提供的储胶仓的结构示意图；

图4为本发明的实施例中提供的混粉仓组件的主视结构示意图；

图5为本发明的实施例中提供的混粉仓组件的透视结构示意图。

附图中：100、加工仓组件；110、加工仓；111、上导轨；112、下导轨；113、吹风口；114、吹风口；120、成品仓；130、废料仓；200、储粉仓组件；210、分仓体；211、出粉挡板；220、储粉仓壳体；221、上盖板；230、出粉接头；300、储胶仓组件；310、内壳体；320、传热层；330、出胶接头；340、出胶管；400、出料组件；410、基板；420、螺旋升降台；500、混粉仓组件；510、混粉仓托板；520、混粉仓；530、传热混粉部件；600、压实组件；610、压实辊；620、压实导轨；700、激光组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1至图5所示，本发明的实施例中提供的打印装置包括加工仓组件100，加工仓组件100包括加工仓110、成品仓120及废料仓130，成品仓120及废料仓130位于加工仓110的下方；储粉仓组件200，用于储存打印用粉料，安装于加工仓110上，包括多个用于储存不同粉料的分仓体210；储胶仓组件300，用于保温储存打印用粘结胶，安装于加工仓110上；出料组件400，包括安装于成品仓120内的基板410，基板410可沿成品仓120上、下往复滑动；混粉仓组件500，用于混合打印用粉料及粘结胶并将预粘结打印物料逐层释放于基板410上，安装于加工仓110内，混粉仓组件500可沿加工仓110往复滑动；压实组件600，用于逐层压实打印物料，安装于加工仓110内，压实组件600可沿加工仓110往复滑动；以及激光组件700，用于使物料固化，安装于加工仓110上。

本发明中分仓体210内装载有对应粉体，打印时根据每层切片中零件的材质储胶仓组件300及对应分仓体210放料，混粉仓组件500受料并进行预粘结后再释放于基板410上，随后压实组件600动作并压实打印物料后复位，激光组件700将压实后物料融化成形成打印层，如此重复直至打印完毕。上述打印模式下可利用温度保持预粘结粉末的流动和表面温度，减少结构加工中的热应力梯度和飞溅等副产物。

作为一种具体的示例，上述加工仓110的内壁上安装有上导轨111和下导轨112，混粉仓组件500上对应安装有混粉仓托板510，混粉仓组件500通过混粉仓托板510安装于上导轨111和下导轨112上，上述结构下混粉仓组件500可利用混粉仓托板510沿导轨往复滑动，从而将预粘结物料逐层释放于基板410上，以逐次完成每层打印层的打印。需要说明的是，本申请中上述混粉仓托板510-导轨类结构仅为示例，本领域技术人员完全可在现有技术的基础上选择使用其他结构，以保证混粉仓组件500可往复滑动并释放预粘结后物料。

为便于制造惰性环境，本发明中加工仓110沿混粉仓组件500滑动路径的左、右两侧侧壁上分别开设有吹风口113及吸风口114。

作为一种具体的示例，储胶仓组件300包括内壳体310、包裹于内壳体310外围的传热层320、安装于加工仓110上的出胶接头330及安装于出胶接头330上的出胶管340，内壳体310可插拔式的安装于出胶接头330上，内壳体310依次通过出胶接头330、出胶管340与混粉仓组件500连通；上述结构下当将灌注有胶体的内壳体310插接于出胶接头330后出胶接头330即可依次通过出胶接头330、出胶管340向混粉仓组件500放料。本发明中传热层320对存储的胶体进行温度保持，保证胶体的流动性，节省加工时间，提高工作效率，降低加工成本。

作为一种具体的示例，上述储粉仓组件200包括储粉仓壳体220及安装于加工仓110上的出粉接头230，储粉仓壳体220通过出粉接头230与混粉仓组件500连通，分仓体210安装于储粉仓壳体220内，分仓体210的底部转动安装有出粉挡板211；上述结构下每一分仓体210内可对应装载有不同材质的粉体，打印时根据每层打印层中零件材质对应分仓体210底部的出粉挡板211转动并放料，放出的粉体经出粉接头230放入混粉仓组件500中，再经混粉仓组件500将其与胶体预粘结后即可进行打印。为避免分仓体210内粉体飞溅，上述储粉仓壳体220上对应安装有用于盖设分仓体210的上盖板221。

作为一种具体的示例，上述混粉仓组件500包括混粉仓520、安装于混粉仓520内的传热混粉部件530、转动安装于混粉仓520底部的混粉挡板540，混粉仓520上开设有进料口，储胶仓组件300通过出胶管340与进料口连通，储粉仓组件200通过出粉接头230与进料口连通；上述结构下混粉仓520上开设有进料口(如图4、图5所示)，经进料口放入的粉体及胶体在传热混粉部件530(优选为内部具有加热装置的混料辊)作用下进行预粘结，随后混粉仓组件500往复行走并打开混粉挡板540，以将预粘结后物料逐层释放于基板410上，完成单层或多层打印层的打印。需要说明的是，打印后若需要更换物料混粉仓520行走至废料仓130上方以放出混粉仓520物料，随后混粉仓520行走复位并重新接收物料。本发明中采用在混粉仓组件中进行材料的预热，既可以保证预粘结的粉末材料的表面温度，又可保持粉末和胶体预粘结的流动性。

作为一种具体的示例，上述压实组件600包括压实辊610及两根压实导轨620，压实导轨620对应安装于加工仓110的两侧内壁上，压实辊610的两端对应嵌设于压实导轨620上；上述结构下当预粘结后物料被释放于基板410上后压实辊610沿压实导轨620滑动，以借助辊压成形的方式减少基板410上每一打印层粉末层间的缝隙，随后激光组件700将压实后物料融化成形成打印层，如此即可使得粉末层在加工后更为紧密。

作为一种具体的示例，出料组件400还包括螺旋升降台420，基板410安装于螺旋升降台420上，这样每打印一层打印层后通过螺旋升降台420控制基板410下移一定距离，以便于进行打印下一打印层，如此重复至打印完毕。

本发明中上述多材料预粘结激光3D打印装置的工作方法为：

1)将零件的三维结构进行切片处理，获得多个切片层和每层切片中零件的内部轮廓和外部轮廓信息及材质；

2)由下往上依据每层切片中零件的材质储胶仓组件300及对应分仓体210放料，混粉仓组件500混料后保温释放于基板410上；

3)压实组件600压实物料，以避免因温度梯度导致切片层产生缺陷；

4)基板410下移对应距离；

5)重复2)-4)进行逐层打印至打印完毕。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。