[發明專利]一種制備功能梯度結構件的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410525318.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104338931A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 許小曙;蘇婷;楊大風
• 申請（專利權）人: 湖南華曙高科技有限責任公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于快速成型制造領域，具體涉及一種制備功能梯度結構件的方法及裝置。

背景技術

快速成型技術（Rapid?Prototyping，簡稱RP）是一項具有數字化制造、高度柔性和適應性、直接CAD模型驅動、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點的先進制造技術，自二十世紀八十年代末發展至今，己成為現代先進制造技術中的一項支柱技術。

功能梯度材料（簡稱FGMs），是指材料的組成和結構從材料的某一方位（一維、二維或者三維）向另一方位連續地變化，使材料的性能和功能也呈現梯度變化的一種新型的功能性材料。

隨著快速成型技術的不斷發展，制造出具有功能性材料的結構件已成為科技發展的需要，目前快速成型技術已被嘗試應用于制造功能梯度結構件，但其制造的功能梯度結構件僅僅在一維或二維方位呈梯度變化，因此，現有技術制造的功能梯度結構件不能滿足產品性能多樣化的需求，而且，現有技術制造的功能梯度結構件，余粉有幾種粉末混合在一起，存在不易回收而導致浪費粉末的弊端。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術存在的問題，提供了一種制備性能多樣化的功能梯度結構件的方法及裝置，該功能梯度結構件可以在一維、二維或三維方位呈梯度變化，且易于回收余粉。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種制備功能梯度結構件的方法，包括以下步驟：

步驟一：建立結構件的三維實體CAD模型，通過切片軟件處理獲得每一層加工層面的信息；

步驟二：成型缸下降一個層厚高度，在成型缸上平鋪一層母粉，并根據當前燒結截面確定需要添加輔粉的有效區域，且在已鋪好母粉的有效區域上添加輔粉，所述添加的輔粉高度根據該有效區域的母粉與輔粉的質量比分數計算得到；

步驟三：根據每一層加工層面的信息在相應位置對母粉和輔粉進行激光掃描燒結；

步驟四：重復步驟二和步驟三，直到結構件成型完成。

優選地，步驟二中的輔粉高度????????????????????????????????????????????????通過以下公式得到：

其中：?為母粉松裝密度，為輔粉松裝密度，為母粉真實密度，為輔粉真實密度，為燒結后結構件的密度，為輔粉所占總質量的百分比，為燒結前所需的母粉高度，為燒結前所需的輔粉高度，i是指有效區域在工作XY平面的具體坐標位置，j是指有效區域所位于的層數，，T為一個層厚高度。

優選地，所述步驟二中確定添加輔粉的有效區域通過以下方法得到：

以矩形為單位，將工作平面劃分為若干個區域；

將全部落入當前燒結截面的區域確定為需添加輔粉的有效區域。

優選地，所述矩形以光斑的長短軸為邊長。

優選地，所述步驟三具體為：

當母粉和輔粉的熔點相同或相近時，使用相同的激光功率，并根據每一層加工層面的信息在相應位置對母粉和輔粉進行激光掃描燒結；否則，調整激光器功率分別對母粉和輔粉進行激光掃描燒結。

一種制備功能梯度結構件的裝置，包括：

切片單元，用于將建造好的三維實體CAD模型進行處理后獲得每一層加工層面的信息；

鋪粉單元，用于在成型缸上平鋪一層母粉，并在已鋪好母粉的有效區域上添加輔粉；

處理單元，用于控制成型缸下降一個層厚高度，并根據當前燒結截面確定需要添加輔粉的有效區域，且根據該有效區域的母粉與輔粉的質量比分數計算所述添加的輔粉高度；以及

掃描單元，用于根據每一層加工層面的信息在相應位置對母粉和輔粉進行激光掃描燒結。

優選地，所述處理單元通過以下公式計算所述添加的輔粉高度：

其中：為母粉松裝密度，為輔粉松裝密度，為母粉真實密度，為輔粉真實密度，為燒結后結構件的密度，為輔粉所占總質量的百分比，為燒結前所需的母粉高度，為燒結前所需的輔粉高度，i是指有效區域在工作XY平面的具體坐標位置，j是指有效區域所位于的層數，，T為一個層厚高度。