[發(fā)明專利]一種高效率的增材制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910905514.4
• 申請(qǐng)日: 2019-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN110576608A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤敏;駱順存;楊慧慧;趙春陽;曾曉雁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/153
• 分類號(hào): B29C64/153;B29C64/214;B33Y30/00;B22F3/105
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發(fā)明屬于增材制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種高效率的增材制造方法，方法包括以下步驟：(1)提供成形裝置，成形裝置包括成形缸及多個(gè)刮刀；(2)依次對(duì)多個(gè)刮刀進(jìn)行排序編號(hào)，并分別將多個(gè)刮刀與成形缸的基準(zhǔn)表面之間的間距調(diào)整為粉末層層厚的對(duì)應(yīng)編號(hào)倍數(shù)；(3)多個(gè)刮刀按照對(duì)應(yīng)的編號(hào)依次先后開始進(jìn)行鋪粉，同時(shí)，多個(gè)高能束分別對(duì)多個(gè)刮刀鋪設(shè)好的粉末進(jìn)行掃描成形，由此鋪粉與掃描加工同步進(jìn)行，直至完成預(yù)定個(gè)數(shù)層的加工；(4)成形缸下降粉末層層厚的預(yù)定個(gè)數(shù)倍后，繼而重新鋪粉及掃描加工，直至完成預(yù)定個(gè)數(shù)層的加工，成形缸再次下降；(5)重復(fù)步驟(2)?(4)，直至完成整體成形。本發(fā)明提高了成形效率及成形質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高效率的增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)，尤其是粉末基增材制造技術(shù)，是以粉末為原料，根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維CAD模型，利用高能束(激光束或者電子束)對(duì)粉末原料進(jìn)行輻照，通過逐層燒結(jié)/熔化堆積成形直接制造最終產(chǎn)品。成形的零件具有高性能、高的表面質(zhì)量和成形精度，該技術(shù)是具有設(shè)計(jì)制造周期短、無模具、無刀具、不受模型形狀限制等技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到航空航天、軍工、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。

基于粉末床的增材制造成形效率除了受高能束功率、掃描速度、粉末層厚等工藝參數(shù)影響外，很大程度上受鋪粉等待時(shí)間和高能束“閑置”時(shí)間的影響。零件越高，成形層數(shù)越多，則鋪粉次數(shù)越多，鋪粉等待時(shí)間和高能束“閑置”時(shí)間越長，導(dǎo)致整個(gè)零件加工時(shí)間加長，成形效率降低。

現(xiàn)有粉末基增材制造鋪粉方法可以分為單向鋪粉和雙向鋪粉兩種，其中，單向鋪粉方法是采用單刮刀單行程工作模式，每次鋪粉時(shí)，鋪粉刮刀需要橫跨送粉缸及成形缸，每加工完一層后，鋪粉刮刀需要返回至初始位置進(jìn)行鋪粉。這種鋪粉方式效率低，耗時(shí)長。雙向鋪粉的方法通常采用單刮刀模式或者雙刮刀模式進(jìn)行雙向鋪粉，減少了刮刀的空行程。

但是無論是單刮刀模式還是雙刮刀模式，仍然是鋪完一層粉末之后再進(jìn)行加工，待加工完一層粉末之后成形缸下降一個(gè)粉末層厚的高度，然后再進(jìn)行下一層鋪粉，均存在較長的鋪粉等待時(shí)間，限制了增材制造裝備成形效率的進(jìn)一步提高。而且，由于需要等待鋪粉，層與層之間高能束“閑置”時(shí)間仍然較長，這樣反復(fù)的快速熔化和快速凝固容易在構(gòu)件內(nèi)部形成高的溫度梯度和高的冷卻速率，產(chǎn)生高的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致成形構(gòu)件易翹曲變形或者開裂。

此外，隨著加工層數(shù)的增加，刮刀表面會(huì)受到磨損甚至破損，或者粘有異物，導(dǎo)致鋪粉厚度發(fā)生變化，影響鋪粉質(zhì)量和構(gòu)件成形質(zhì)量。對(duì)于單刮刀或者雙刮刀模式，此時(shí)更換新的刮刀，需要中止整個(gè)成形過程，操作過程繁瑣，安裝精度難以保證，且難以確保成形過程的連續(xù)性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種高效率的增材制造方法，其基于現(xiàn)有增材制造的特點(diǎn)，研究及設(shè)計(jì)了一種高效率的增材制造方法。該方法將用于增材制造的鋪粉刮刀數(shù)量設(shè)置為多個(gè)，每個(gè)刮刀可以同步或者獨(dú)自進(jìn)行雙向連續(xù)鋪粉。多個(gè)刮刀鋪粉方法可以實(shí)現(xiàn)多層鋪粉與多層加工同步進(jìn)行，待加工完多層后，成形缸可一次下降多個(gè)粉末層厚的高度，大幅度提高了增材制造裝備的成形效率。此外，本申請(qǐng)突破了增材制造單層鋪粉再單層加工零部件的局限性，確保成形過程的連續(xù)性，消除了層與層之間鋪粉等待時(shí)間和有效地縮短了高能束“閑置”時(shí)間，從而顯著改善成形內(nèi)應(yīng)力，提高了零件的成形質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高效率的增材制造方法，所述增材制造方法主要包括以下步驟：

(1)提供成形裝置，所述成形裝置包括成形缸、多個(gè)送粉機(jī)構(gòu)及多個(gè)刮刀，多個(gè)所述刮刀臨近所述成形缸設(shè)置，多個(gè)所述送粉機(jī)構(gòu)臨近所述刮刀設(shè)置；

(2)依次對(duì)多個(gè)刮刀進(jìn)行排序編號(hào)，并分別將多個(gè)刮刀與所述成形缸的基準(zhǔn)平面之間的間距調(diào)整為粉末層層厚的對(duì)應(yīng)編號(hào)倍數(shù)，即刮刀與成形缸的基準(zhǔn)平面之間的間距為粉末層層厚的倍數(shù)與對(duì)應(yīng)的刮刀的編號(hào)相一致；