[发明专利]沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象的装置和方法

说明书

本发明通常涉及具有组分梯度的对象的领域，又被称为FMG(功能梯度材料)。

这类对象在许多技术领域均获得应用。例如：这可以是由陶瓷材料和金属材料制成的对象，混合物中两种材料的质量比例(也叫质量比)在同种材料中经历随时间而变化，且根据需要设置。例如：一种对象可能被设计成在给定的方向上呈梯度变化，给定的方向指：当通过这两种材料之间的瞬变(过渡)混合区域时，从完全由陶瓷材料构成的组分过渡到完全由金属材料构成的组分。一种则指在相关对象的所述给定方向上的组分梯度。

一般依靠粉末沉积技术制造此类对象，一沉积物而后通过已知技术(诸如烧结或热等压成型)加固。

因此，制造具有组分梯度的此类对象所使用的设备包括沉积粉末混合物的装置，所述装置被设置成例如借助于机械手相对于混合物将沉积于其上的支撑件移动。

然而，通过已知沉积装置的设计，不可能获得从中提取的粉末混合物的完全令人满意的均匀性，这意味着在所制造的对象与理想对象之间会出现均一性缺陷。当然，理想对象的可再现性问题也表示了这种缺陷。

为了弥补这些缺陷，首先，本发明的目标是一种装置，用来沉积粉末混合物以形成具有组分梯度的对象，所述装置包括以下元件：

多个罐(R1，..，Rn)，分别容纳不同粉末(A1，..，An)；

安置在所述罐(R1，..，Rn)下面的粉末混合器，所述混合器包括可旋转安装的混合件，且定为受到来自于罐的粉末(A1，..，An)的冲击；

多个粉末分配工具，其分别与罐(R1，..，Rn)配合，且每个均被设计成用于调节从所述罐流向所述混合器的粉末的质量流率；

粉末混合物收集器，放置在所述混合器的下面，且与所述混合器相通；及

粉末混合物分配器，放置在所述粉末混合物收集器的下面，且与所述粉末混合物收集器相通。

根据本发明的装置有利地具有简单的设计，该设计给出了以下可能性：获得来自分配器的粉末混合物的完全令人满意的均匀性；限制或完全消除在所制造的对象与理想对象之间有关均一性的缺陷。因此，这种沉积装置可实现对象的可靠、可控制和可重复性的制造，确保所形成对象的每个点中的特定组分。

根据制造同种对象所需的不同粉末的理想数量来选择罐的数量“n”。因此，该数量绝不是限制为2个。此外，不管装置内集成的罐的数量为多少，装置可自然包括已相当于几种给定粉末的混合物的一种粉末。

优选地，所述可旋转安装的混合件具有用于受粉末冲击的大致为圆锥形的第一表面，所述第一表面具有与该混合件的旋转轴线相对应的轴线。

优选地，所述混合器包括用于受粉末冲击的一般为圆锥形的第二表面，该第二表面设置为与所述第一粉末冲击表面同轴且面向所述第一粉末冲击表面，以便与所述第一粉末冲击表面之间形成大致圆锥形的空隙以便让粉末通过。

优选地，用于受粉末冲击的一般圆锥形的所述第一冲击表面有一个或数个凹槽。这些凹槽允许进一步改善粉末的混合。

优选地，所述混合件可旋转地安装在混合器的导向部上，并配有与所述粉末混合物收集器相通的一个或多个通道孔，所述通道孔形成在所述粉末混合物收集器上方。

优选地，为使粉末混合物在重力作用下有效流动通过导向部，在表面的限定了每个通道孔的任意位置中，预定使该限定表面相对竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。

出于同样的目的，优选地，在所述粉末混合物收集器的限定表面的任意位置，该限定表面相对竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。

优选地，所述装置还包括粉末(A1，..，An)的收集器，放置在所述分配工具下面，介于后者与所述混合器之间。为此，出于实现与粉末在重力作用下在该收集器中有效流动相同的目，优选地，在所述粉末混合物收集器的限定表面的任意位置，该限定表面相对于竖直方向形成小于40°(优选小于30°)的角度。

优选地，每个所述分配工具均为通过粉末支撑元件的振动来输送粉末的装置的形式。因此，根据分配工具的振动频率和振幅，可完美地控制从每个分配工具流出的粉末的质量流率。因此，所获得的对象的组分也完全在控制之下。

本发明的目的还在于一种沉积粉末混合物的装置，所述粉末混合物用于形成具有组分梯度的对象，该装置包括如上所述的沉积装置且装配在用于将其设置为空间移动的工具上，所述装置包括控制单元，通过该控制单元所述运动启动工具可与每个所述分配工具一样被控制。

优选地，为了在一段时间段T内控制每个所述分配工具，所述控制单元考虑：