[发明专利]一种多材料零件3D打印机及其打印方法

权利要求书

1.一种多材料零件3D打印机，其特征在于：包括成型装置、供粉装置、余粉清除装置和控制装置；

所述成型装置包括成型室、激光扫描头、以及位于成型室腔内的成型缸体及升降台，所述激光扫描头位于所述升降台的正上方，所述升降台位于成型缸体内部，与成型缸体配合，可沿成型缸体内壁作升降运动；

所述供粉装置包括铺粉盒、刮板、多个定量供粉漏斗、与所述定量供粉漏斗数量相同的送粉管；所述定量供粉漏斗位于所述成型室外部上方，所述送粉管、铺粉盒位于所述成型室内；所述铺粉盒位于成型缸体上方、各送粉管下方，可沿水平方向在成型缸体与各送粉管之间左右滑行；所述定量供粉漏斗底部与所述送粉管之间通过管道连接；所述刮板固定于所述铺粉盒左侧底部；

所述余粉清除装置包括第一吸尘头、第二吸尘头、第三吸尘头、吹尘头、集尘器、过滤器、风机和若干管道；

所述第一吸尘头，固定于铺粉盒右侧侧壁的底部，略高于成型缸体顶部平面高度；所述第二吸尘头，固定于铺粉盒左侧侧壁的顶部；所述吹尘头和所述第三吸尘头安装于成型室远离成型缸体左侧侧壁，所述吹尘头与所述第三吸尘头分布于沿垂直方向的同一直线上；所述第一吸尘头、第二吸尘头和第三吸尘头通过管道依次接通所述集尘器和风机的进风口，所述吹尘头通过管道接通所述风机的出风口；所述过滤器位于集成器和风机之间；

所述控制装置控制所述供粉装置、余粉清除装置和成型装置的工作；

所述余粉清除装置还包括四通路阀、多通路阀和多个电控阀；所述四通路阀的接口分别通过管道与第一吸尘头、第二吸尘头、第三吸尘头和集尘器相连；所述多个电控阀包括第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀、第五电控阀、送粉管清粉电控阀；所述第一电控阀安装于第一吸尘头与四通路阀之间的管道上，所述第二电控阀安装于第二吸尘头与四通路阀之间的管道上，所述第三电控阀安装于第三吸尘头与四通路阀之间的管道上；所述多通路阀包括一个输入接口和至少3个以上的输出接口；其中，输入接口通过管道与风机出风口相连；输出接口通过管道与成型室相连，所述第四电控阀、第五电控阀、送粉管清粉电控阀安装于这些管道上；

所述定量供粉漏斗下部设置有一个三通路阀；所述三通路阀的第一通口与定量供粉漏斗相连，第二通口通过管道与送粉管相连，第三通口通过管道与多通路阀相连；所述送粉管清粉电控阀的数量与定量供粉漏斗数量相同，安装在三通路阀和多通路阀相连的管道上；

所述供粉装置还包括铺粉盒移动机构；

所述铺粉盒移动机构安装于成型室外壁上，包括同步带型线性模组、导轨滑块、铺粉盒连接块、限位接近开关组合；所述同步带型线性模组中用步进电机带动同步带转动；所述导轨滑块固定在线性模组同步带上，随同步带直线移动；

所述铺粉盒连接块一端与导轨滑块固定，另一端与铺粉盒固定，铺粉盒沿平行于导轨的方向的移动；

所述接近开关组合包含接近开关、接近开关感应铁和接近开关安装导轨；所述接近开关安装导轨固定在所述的成型室外壁上，略低于线性模组下方；所述接近开关感应铁安装在铺粉盒连接块上；所述接近开关有多个，均安装于接近开关导轨上，分别定位在成型室一侧侧壁的吹尘头、多种材料送粉管、余粉回收箱的对应位置。

2.根据权利要求1所述的多材料零件3D打印机，其特征在于：所述铺粉盒包括电机、铺粉盒承粉板；所述的电机安装在铺粉盒相对于铺粉盒连接块的另一侧侧壁上；所述的铺粉盒承粉板安装在铺粉盒内，与电机相连接实现转动。

3.根据权利要求2所述的多材料零件3D打印机，其特征在于：所述余粉清除机构还包括电控变频器；所述电控变频器由控制装置控制；所述电控变频器根据控制装置传递的频率参数调整风机运行状态，进而形成可控气流。

4.根据权利要求3所述的多材料零件3D打印机，其特征在于：还包括余粉贮藏装置，所述余粉贮藏装置包括余粉回收箱、粉罐和开关阀；所述余粉回收箱无间隙地镶嵌于成型缸体和成型室侧壁之间，从上往下逐渐从方形过渡到圆锥形；所述粉罐连接所述余粉回收箱的底部；所述开关阀设置于粉罐与所述余粉回收箱之间。

5.一种多材料零件3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设多材料零件每个层片包含至少一个材料区域，如存在多个材料区域，则各材料区域的材料成分各不相同；设多材料零件的3D打印过程都由控制装置控制运行；将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗内；

S2：铺粉平台下降一个层厚的距离；

S3：控制装置控制根据当前打印材料区域所需的材料类型，使铺粉盒及安装在其上的第一吸尘头、第二吸尘头、刮板平移至本次打印所需材料对应的送粉管的正下方，并控制粉末材料定量落入铺粉盒中；

S4：判断下一次打印的粉末材料是否与本次相同；

（1）若不同，铺粉盒移动一定距离，使铺粉盒一侧的第二吸尘头对准所述送粉管，风机启动，从与送粉管相连通的管道处输入气流，将对应供粉漏斗以下的送粉通道内残余粉末吹出，并同步使第二吸尘头工作，将送粉通道内、送粉管粘附的粉末吸附回收干净，风机停止；铺粉盒载着粉末移动到成型缸体上方，并打开铺粉盒承粉板使粉末下泄到升降台上，刮板再将粉末布置到升降台上，同时，铺粉盒继续平移到余粉回收箱上方，多余的粉末将倾倒到余粉回收箱内；控制装置通过激光扫描头指挥激光束按当前打印材料区域扫描数据对粉末材料进行选择性熔化或烧结；

因下一次打印材料与本次不同，控制装置执行余粉清除程序；铺粉盒在余粉回收箱上方开始返回，当铺粉盒返回至距离成型区域还有一定距离时，风机启动，第一吸尘头吸取成型缸体顶部及升降台上的余粉；当铺粉盒沿返回方向行至成型室尽头，即铺粉盒正对第三吸尘头上部，正对吹尘头下部时，风机继续运行，并关闭第一吸尘头、开启第三吸尘头，以及使吸尘过滤后的气流同步流往吹尘头，这样吸尘结合吹尘，将铺粉盒、第一吸尘头、第二吸尘头上粘结的粉末去除干净，风机停止，铺粉盒承粉板关闭，本次打印余粉清除程序结束，本次打印完毕；

（2）若相同，铺粉盒载着粉末移动到成型缸体上方，并打开铺粉盒承粉板使粉末下泄到升降台上，刮板再将粉末布置到升降台上，同时，铺粉盒移动到余粉回收箱上方，多余的粉末将倾倒在余粉回收箱内，随后铺粉盒承粉板关闭；控制装置通过激光扫描头指挥激光束按当前打印材料区域扫描数据对粉末材料进行选择性熔化或烧结；

因下一次打印材料与本次相同，不执行余粉清除程序，本次打印完毕；

在所述余粉吸附回收清除过程中，被吸的粉尘均经集尘器、过滤器过滤，其中经集尘器过滤的粉末被集尘桶收集；风机运行过程中，通过控制装置控制电控变频器，改变风机电源频率，使具有合适的进气流量；

S5：判断当前层是否打印完成，若没有，重复步骤S3~ S5；若完成且当前层不是最后一层，则重复步骤S2~ S5；若完成且当前层是最后一层，则完成多材料零件的打印。