[發明專利]一種制備柔性增材梯度功能材料的方法和裝置

有效

• 申請號: 201910788424.1
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110496965B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 魯金忠;徐剛;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種制備柔性增材梯度功能材料的裝置，其特征在于，所述裝置包括可移動活塞一,鋪粉刮板一,送粉桶A,保護氣進口,鋪粉刮板二,可移動活塞二，送料桶B,余粉收集裝置,多孔薄膜,電磁吸附裝置,鋪粉滾筒，可移動活塞三，掃描激光頭，保護氣出口，殼體,激光器,工作平臺，PLC控制系統；其中，鋪粉刮板一，鋪粉刮板二，余粉收集裝置,多孔薄膜,電磁吸附裝置，鋪粉滾筒和掃描激光頭位于殼體內，余粉收集裝置安裝在電磁吸附裝置內，并在電磁吸附裝置底端安裝多孔薄膜；送粉桶A、送料桶B和工作平臺從左至右位于殼體底端，并與殼體連通；可移動活塞一位于送粉桶A內，可移動活塞二位于送粉桶B內，可移動活塞三位于工作平臺下方；送料桶A，送料桶B和工作平臺的上表面位于同一水平面上，電磁吸附裝置位于送料桶B上方，鋪粉刮板一位于送料桶A左側，鋪粉刮板二位于送料桶B左側，鋪粉滾筒位于送料桶B右側，掃描激光頭位于工作平臺的正上方與位于殼體外的激光器連接，進氣口和出氣口分別位于殼體的左右兩邊；可移動活塞一，鋪粉刮板一，鋪粉刮板二，可移動活塞二，電磁吸附裝置，鋪粉滾筒，可移動活塞三，掃描激光頭,激光器均在PLC控制系統的控制下工作。

2.利用如權利要求1所述裝置制備柔性增材梯度功能材料的方法，其特征在于，針對不同粒徑的粉末的質量調整通過電磁吸附裝置的電流，在電磁吸附裝置底端附上一層多孔薄膜改變吸附的基體金屬粉末的質量，然后送料桶A使用另一種金屬粉末對吸附的基體粉末的空位進行補位，完成異種金屬粉末的混合；然后使用激光對該層粉末進行掃描完成該層的激光3D打印過程，完成該層的3D打印之后改變多孔薄膜的孔隙率，從而改變混合粉末的混合比例，最終完成整個梯度功能材料金屬構件的3D打印過程，具體步驟如下：

(1)送料桶B中的可移動活塞二向上移動使送料桶B上表面金屬粉末的厚度為a；

(2)在電磁吸附裝置底端附上一層孔隙率為X的多孔薄膜，同時在電磁吸附裝置中通入大小為I的電流，吸附起的基體金屬粉末于余粉收集裝置中并在送料桶B上方的粉末中產生空位；

(3)送料桶A中的可移動活塞一向上移動使粉末向上移動，使粉末厚度大于a，同時鋪粉擋板1的起始點高度為H鋪粉刮板1，H鋪粉刮板1＝a，鋪粉擋板一由左向右將另一種金屬粉末置于送料桶B上方的粉末空位處，完成異種粉末的混合；

(4)調節鋪粉滾筒的起始高度為H鋪粉滾筒＝H鋪粉刮板1，由右向左運動，將多余粉末移至送料桶A以回收多余粉末，使送料桶B上方的異種金屬混合粉末充分混合，調節鋪粉刮板二的初始高度為H鋪粉刮板1＝0，將送料桶B上方的異種金屬混合粉末移至右側的工作臺上，使用激光對該層的金屬粉末進行掃描，完成該層的激光3D打印過程；

(5)改變電磁吸附裝置上的多孔薄膜的孔隙率，以改變混合粉末的混合比例，同時，可移動活塞一和可移動活塞二向上移動，工作平臺向下移動，并重復步驟(2)-(4)，完成除最后一層外整個梯度功能材料的激光增材制造過程；

(6)關閉電磁吸附裝置，可移動活塞一向上移動,可移動活塞二不動，工作平臺向下移動，調節鋪粉刮板一的初始高度為0，將金屬粉末由送料桶A移動至送料桶B上方，鋪粉滾筒的高度不變，仍然為a，由右向左運動，將金屬粉末移至送料桶A以回收多余粉末，鋪粉刮板二將送料桶B上方的金屬粉末移至右側的工作臺上，使用激光對該層的金屬粉末進行掃描，完成最后一層的激光3D打印過程。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，a為0.5-0.8mm。

4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，電磁吸附裝置中磁力和通過的電流滿足關系：F_x＝5.1×I²×(d_L/d_δ),其中Fx為電磁吸附裝置的磁力，I為通過線圈的電流，L為線圈的電感，δ為氣隙長度；電磁吸附裝置的磁力同時滿足：F_x＝40/3Πd³ρ，其中，d為金屬粉末的粒徑，ρ為金屬粉末的密度。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，多孔薄膜孔隙率X的變化趨勢為從0％呈梯度增長且小于100％，通過改變多孔薄膜的孔隙率改變異種金屬的混合比例。