[發(fā)明專利]一種制備功能梯度結(jié)構(gòu)件的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410525318.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104338931A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許小曙;蘇婷;楊大風(fēng)
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南華曙高科技有限責(zé)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于快速成型制造領(lǐng)域，具體涉及一種制備功能梯度結(jié)構(gòu)件的方法及裝置。

背景技術(shù)

快速成型技術(shù)（Rapid?Prototyping，簡稱RP）是一項(xiàng)具有數(shù)字化制造、高度柔性和適應(yīng)性、直接CAD模型驅(qū)動(dòng)、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點(diǎn)的先進(jìn)制造技術(shù)，自二十世紀(jì)八十年代末發(fā)展至今，己成為現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)支柱技術(shù)。

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

隨著快速成型技術(shù)的不斷發(fā)展，制造出具有功能性材料的結(jié)構(gòu)件已成為科技發(fā)展的需要，目前快速成型技術(shù)已被嘗試應(yīng)用于制造功能梯度結(jié)構(gòu)件，但其制造的功能梯度結(jié)構(gòu)件僅僅在一維或二維方位呈梯度變化，因此，現(xiàn)有技術(shù)制造的功能梯度結(jié)構(gòu)件不能滿足產(chǎn)品性能多樣化的需求，而且，現(xiàn)有技術(shù)制造的功能梯度結(jié)構(gòu)件，余粉有幾種粉末混合在一起，存在不易回收而導(dǎo)致浪費(fèi)粉末的弊端。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種制備性能多樣化的功能梯度結(jié)構(gòu)件的方法及裝置，該功能梯度結(jié)構(gòu)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(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種制備功能梯度結(jié)構(gòu)件的方法，包括以下步驟：

步驟一：建立結(jié)構(gòu)件的三維實(shí)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(gè)層厚高度，在成型缸上平鋪一層母粉，并根據(jù)當(dāng)前燒結(jié)截面確定需要添加輔粉的有效區(qū)域，且在已鋪好母粉的有效區(qū)域上添加輔粉，所述添加的輔粉高度根據(jù)該有效區(qū)域的母粉與輔粉的質(zhì)量比分?jǐn)?shù)計(jì)算得到；

步驟三：根據(jù)每一層加工層面的信息在相應(yīng)位置對母粉和輔粉進(jìn)行激光掃描燒結(jié)；

步驟四：重復(fù)步驟二和步驟三，直到結(jié)構(gòu)件成型完成。

優(yōu)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(shí)密度，為輔粉真實(shí)密度，為燒結(jié)后結(jié)構(gòu)件的密度，為輔粉所占總質(zhì)量的百分比，為燒結(jié)前所需的母粉高度，為燒結(jié)前所需的輔粉高度，i是指有效區(qū)域在工作XY平面的具體坐標(biāo)位置，j是指有效區(qū)域所位于的層數(shù)，，T為一個(gè)層厚高度。

優(yōu)選地，所述步驟二中確定添加輔粉的有效區(qū)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(gè)區(qū)域；

將全部落入當(dāng)前燒結(jié)截面的區(qū)域確定為需添加輔粉的有效區(qū)域。

優(yōu)選地，所述矩形以光斑的長短軸為邊長。

優(yōu)選地，所述步驟三具體為：

當(dāng)母粉和輔粉的熔點(diǎn)相同或相近時(shí)，使用相同的激光功率，并根據(jù)每一層加工層面的信息在相應(yīng)位置對母粉和輔粉進(jìn)行激光掃描燒結(jié)；否則，調(diào)整激光器功率分別對母粉和輔粉進(jìn)行激光掃描燒結(jié)。

一種制備功能梯度結(jié)構(gòu)件的裝置，包括：

切片單元，用于將建造好的三維實(shí)體CAD模型進(jìn)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(qū)域上添加輔粉；

處理單元，用于控制成型缸下降一個(gè)層厚高度，并根據(jù)當(dāng)前燒結(jié)截面確定需要添加輔粉的有效區(qū)域，且根據(jù)該有效區(qū)域的母粉與輔粉的質(zhì)量比分?jǐn)?shù)計(jì)算所述添加的輔粉高度；以及

掃描單元，用于根據(jù)每一層加工層面的信息在相應(yīng)位置對母粉和輔粉進(jìn)行激光掃描燒結(jié)。

優(yōu)選地，所述處理單元通過以下公式計(jì)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(shí)密度，為輔粉真實(shí)密度，為燒結(jié)后結(jié)構(gòu)件的密度，為輔粉所占總質(zhì)量的百分比，為燒結(jié)前所需的母粉高度，為燒結(jié)前所需的輔粉高度，i是指有效區(qū)域在工作XY平面的具體坐標(biāo)位置，j是指有效區(qū)域所位于的層數(shù)，，T為一個(gè)層厚高度。