一种多材料SLM打印系统及打印方法

本发明涉及3d打印，尤其是涉及一种多材料slm打印系统及打印方法。

背景技术：

1、激光选区熔化(selective laser melting，slm)技术是一种利用高能量激光束直接照射金属粉末使其快速熔化并冷却凝固成型的技术，它可以应用于单一的金属粉末，也可以应用于混合金属粉末。它可以使金属粉末直接成型为金属零件，且零件致密度接近100％，slm技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、军工与医疗等行业。

2、slm多材料金属3d打印装置目前主要依靠双刮刀，多粉仓，静电吸附等技术进行粉末材料的供给。主要包括粉床的铺设，粉末的清理，回收。通过选区粉末铺设管理达到材料内部成分不同空间分布的目的。利用这种技术，我们可以设计材料结构的性能“在合适的位置放置合适的材料”。合理分配材料的各种性能匹配(硬度差异分布，局部阻尼差异，区域导热提升，阻抗梯度波动)。

3、目前这些技术主要有以下几个问题：(1)粉末进料系统的开发——作为粉末管理的分支系统，目前的控制系统较为复杂且与主体设备的交互性较差；(2)粉末的污染与浪费——多材料粉末管理的难点就在于如何控制粉末的相互交叉污染，目前的办法主要是利用“一次性”粉末或者容忍少量的污染，这就难以避免浪费问题；(3)多材料粉末床铺设精度——对于多材料粉末的铺设管理不可避免的要面对界面处的粉末铺设。粉床上的界面分布精度差，存在污染问题，成为材料中缺陷裂纹萌生的直接因素。

4、专利202310390412.x涉及一种多材料3d打印机及其打印方法，包括成型装置、铺吸粉装置和控制装置；成型装置包括成型室、激光扫描头、供粉组件以及位于成型室内的成型缸体和成型平台；铺吸粉装置包括铺粉盒体、刮板、布粉组件、吸粉组件和平移组件。但是送粉铺粉设置不灵活，精度低，存在粉末之间的污染。专利202310953291.5提供金属多材料粉末选择性铺设方法及激光打印装置，涉及金属增材制造技术领域，解决现有技术中采用多喷头进行选择性铺粉和吸粉存在铺粉效率低的技术问题。该装置包括感光胶涂覆系统、真空吸附系统、皮秒激光控制系统、选择性激光熔融系统、传动系统，真空吸附系统设置于感光胶涂覆系统、皮秒激光控制系统、选择性激光熔融系统的上方；真空吸附系统的底部分布有若干微孔，感光胶涂覆系统用以向真空吸附系统提供感光胶以及固化堵住微孔内的感光胶，皮秒激光控制系统用以根据切片模型去除部分微孔的感光胶以用于吸附料仓的粉末。仍存在粉末污染问题，区域精度取决于吸附转置，灵活性差，操作复杂，精度受限于去除部分微孔的感光胶。专利202311034112.4提供了一种多材料增材制造装置以及方法，属于增材制造技术领域，包括：成形组件，其包括基台、升降驱动元件、成形台、平移驱动元件以及平移台；铺粉组件，其包括粉仓以及挡板；扫描振镜；吸粉组件，其包括静电发生器、静电吸粉滚筒以及真空吸粉器。区域精度取决于吸附转置，灵活性差，操作复杂，精度受限于静电发生器分辨率。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在粉末交叉污染、灵活性查、操作复杂、精度受限等缺陷而提供一种多材料slm打印系统及打印方法，本发明集送粉、铺粉、熔融和吸粉为一体，能够实现多材料粉末铺设和选择性熔融粉末，提高粉末铺设的自由度，灵活性高；避免粉末交叉污染和浪费；提高精度且操作简单。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种多材料slm打印系统，包括：激光振镜组件、机架、成型基板，还包括：设于机架上的粉缸运动组件、双导轨传动组件、刮刀单元、吸粉单元；

4、粉缸运动组件包括相互滑动连接的滑块运动导轨和粉缸，滑块运动导轨与第一动力电机连接，滑块运动导轨带动粉缸前后运动，粉缸包括缸体和设于缸体内的粉缸活塞，粉缸活塞用于粉末供给；粉缸活塞主要用于将所选粉末推出再利用刮刀执行铺粉操作。粉缸的前后移动用于选择粉末。

5、双导轨传动组件包括第一传动导轨、第二传动导轨，第一传动导轨与第二动力电机连接，第二传动导轨与第三动力电机连接，第一传动导轨与刮刀单元连接，第二传动导轨与吸粉单元连接，第一传动导轨控制刮刀单元左右运动，第二传动导轨控制吸粉单元左右运动，刮刀单元水平左右运动以此实现粉末床的铺设，在区域熔融作业后，吸粉单元移动到成型基板上方吸除未熔融的粉末，做好再次铺粉的准备。

6、进一步的，粉缸运动组件为双粉缸运动组件，粉缸设有两个。

7、进一步的，成型基板与电缸连接，电缸控制成型基板的升降。

8、进一步的，第一动力电机、第二动力电机、第三动力电机均为步进电机。

9、进一步的，第一动力电机设有三个。

10、进一步的，滑块运动导轨包括导轨和设于导轨上的滑块，滑块运动导轨与第一动力电机通过丝杠传动连接，第一动力电机通过联轴器与丝杠轴连接，丝杠轴与导轨上的滑块连接，第一动力电机旋转时，滑块会随之在导轨上进行线性运动，滑块与粉缸连接，滑块带动粉缸进行线性运动。

11、进一步的，机架外设有保护罩。

12、进一步的，第一传动导轨、第二传动导轨均包括相互啮合的齿轮和链条，第二动力电机、第三动力电机均通过齿轮与链条传动连接，吸粉单元通过第一滑块与第二传动导轨滑动连接，刮刀单元通过第二滑块与第一传动导轨滑动连接，第一滑块的一端与第二传动导轨的链条固定连接，第二滑块的一端与第一传动导轨的链条固定连接。

13、进一步的，粉缸连接有粉缸连架。

14、进一步的，粉缸和粉缸连架通过螺钉固定连接。

15、本发明还提供一种利用上述的打印系统的多材料slm打印方法，包括如下步骤：

16、s1：粉缸前后移动进行粉末选择后，粉缸活塞将所选粉末推出；

17、s2：刮刀单元将推出的所选粉末进行全层铺粉；

18、s3：激光振镜组件对选择性熔融区域粉末进行熔融；

19、s4：吸粉单元吸除未熔粉末，完成当前层的打印；

20、s5：在下一层继续重复s1-s4的操作，直至打印完成。

21、通过全层铺粉，选择性熔融区域粉末，之后吸除未熔粉末，在下一层继续全层铺粉，选择性熔融区域粉末，重复以上操作。这样通过奇数和偶数层分开熔融，利用激光模型来控制不同粉末边界可以有效提高边界精度。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、(1)本发明集送粉、铺粉、熔融和吸粉为一体，能够实现多材料粉末铺设和选择性熔融粉末，提高粉末铺设的自由度，灵活性高：本发明以一种自动切换双粉缸的形式解决了多材料粉末铺设的问题。根据设计需要铺设对应的粉末床，通过激光模型控制区域熔融，再利用吸粉装置除去多余粉末。采用了双导轨传动系统，使得铺粉和吸粉更加灵活，保证粉床设计的自由度。

24、(2)避免粉末交叉污染和浪费：通过小尺寸工作缸避免大量浪费，双导轨传动系统控制的铺粉和吸粉装置在尽可能较少浪费的同时也可以最大限度的避免粉末的交叉污染。

25、(3)提高精度且操作简单：将粉末边界转化为激光模型边界来提高整体精度，可以构建具有足够精度的多材料打印样品。