[发明专利]一种功能梯度材料零件的3D打印装置及3D打印成形方法

权利要求书

1.一种功能梯度材料零件的3D打印装置，包括密封壳体（22）、激光熔融系统（1）和控制系统（14），所述激光熔融系统（1）的下方设有成形缸（2），所述成形缸（2）的周围设有工作台（21），所述工作台（21）和成形缸（2）的上表面在同一水平面上，所述密封壳体（22）和工作台（21）围成工作腔室（23）；所述激光熔融系统（1）的两侧设有送粉系统，其特征在于，还包括抽真空系统（13），所述抽真空系统（13）与工作腔室（23）贯通连接；所述成形缸（2）的两侧设有收粉缸（11；12），所述收粉缸（11；12）的上部设有平板（9；10），所述平板（9；10）和成形缸（2）的上表面在同一个水平面上；所述成形缸（2）两侧的工作台（21）上设有铺粉辊筒（7；8）；所述控制系统（14）控制平板（9；10）和铺粉辊筒（7；8）左、右移动。

2.根据权利要求1所述的功能梯度材料零件的3D打印装置，其特征在于，所述激光熔融系统（1）设置在密封壳体（22）的顶部并向下伸入密封壳体（22）内；所述成形缸（2）的底部设有可沿成形缸（2）侧壁上、下移动的基板（20），所述基板（20）的底部连接有升降系统（15）；所述送粉系统与密封壳体（22）贯通连接，所述送粉系统、激光熔融系统（1）和升降系统（15）分别与控制系统（14）连接；所述送粉系统包括送粉缸（3；4），所述送粉缸（3；4）的底部连接有导管（5；6），所述导管（5；6）的末端设有送粉阀（18；19），所述导管（5；6）向下伸入工作腔室（23）。

3.根据权利要求2所述的功能梯度材料零件的3D打印装置，其特征在于，所述送粉缸（3；4）与导管（5；6）可拆卸地连接在一起。

4.根据权利要求2或3所述的功能梯度材料零件的3D打印装置，其特征在于，所述送粉缸（3；4）与导管（5；6）的连接处设有换料阀（16；17）。

5.一种应用权利要求1~4任一项所述的3D打印装置的功能梯度材料零件的3D打印成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立功能梯度材料零件的三维模型，并切片分层，获得各层二维打印图形；

（2）根据功能梯度材料零件的尺寸和成分，设定打印每一层所需粉末材料的种类和质量，并依此设定好打印程序；

（3）打开抽真空系统（13），对工作腔室（23）进行抽真空处理，使得工作腔室（23）内的氧气浓度降低至500ppm以下；

（4）将所需的粉末材料A和粉末材料B分别装入左、右送粉系统内；

（5）将所需粉末材料铺设于成形缸（2）的表面，同时，用收粉缸（11；12）收集多余的粉末材料，并用激光烧结熔融粉末材料，完成一层二维图形的打印；

（6）调整已打印层的高度，使得已打印层和工作台（21）的上表面在同一水平面上，进行下一层二维图形的打印；

（7）重复步骤（5）和步骤（6）的过程，直至完成整个功能梯度材料零件的3D打印；

（8）清除成形缸（2）内的多余粉末材料，取出零件；对零件进行热处理，获得功能梯度材料零件。

6.根据权利要求5所述的功能梯度材料零件的3D打印成形方法，其特征在于，所述粉末材料的粒径为10~53μm。

7.根据权利要求5或6所述的功能梯度材料零件的3D打印成形方法，其特征在于，所述步骤（5）中粉末材料A的具体铺设方法如下：首先，控制左边的送粉系统，使粉末材料A落到铺设辊筒（7）与成形缸（2）之间的工作台（21）上，同时，控制平板（9）向成形缸（2）运动，使收粉缸（11）上方形成闭口，控制平板（10）向远离成形缸（2）的方向运动，使收粉缸（12）的上方形成开口；然后，控制铺设辊筒（7）向成形缸（2）方向滚动，推动粉末材料A向成形缸（2）运动，并将粉末材料A铺设在成形缸（2）上，当铺设辊筒（7）运动到收粉缸（12）上方时，多余的粉末材料A落入收粉缸（12）；最后，控制铺设辊筒（7）返回初始位置。