[发明专利]一种梯度材料结构的快速成形系统及方法

权利要求书

1.一种梯度材料结构的快速成形系统，其特征在于，包括：控制模块、送粉模块和加工模块；

所述送粉模块与所述控制模块信号连接，与所述加工模块管道连接；所述送粉模块包括混粉器和送粉器，所述送粉器至少为两个，每个所述送粉器中粉料成分不同；每个所述送粉器分别与所述混粉器连接，将各成分材料分别制成颗粒度差别较大的粉末，经各送粉器输送至混粉器中进行充分混合，形成行星粉末颗粒；

所述加工模块与所述控制模块信号连接；所述加工模块包括激光器和沉积加工头；

所述控制模块用于根据需要成形的梯度材料结构的性能和结构特性进行分析，同时对各组分依据方程进行组分计算，根据成型速度构建两种组分的送粉速度，并根据分析结果分别控制送粉模块和加工模块工作；当进行快速成形结构的成分调控时，根据结构特征与成分性能要求，通过分别控制各成分组分粉末的送粉量，在混粉器中充分混合和吸附，从而形成行星粉末，实时调控每一层快速成形沉积层混合填充粉末的成分配比；根据材料的成分差别并依靠粉末颗粒的大小及粉末输出流量进行综合控制，从而实现该过程连续可调；

所述控制模块根据每层材料组分信息精确控制每个送粉器的送粉量，经混粉器混合后传输至沉积加工头，所述控制模块同时控制激光器和沉积加工头按照规划的成形路径进行加工；

所述控制模块还用于根据需要成形的梯度材料结构的性能和结构特性进行三维建模，并对三维模型进行分层同时对每层成分进行梯度结构分析；

并对需要成形结构的每层材料组分信息中包含的某一组分为梯度分布，其计算方程如下：

Z％＝Z₁％A％+Z₂％B％ (1)

Z％－－－－最终快速成型零件中的某一组分含量

Z₁％－－－A成分中某一组分的含量

A％－－－－A成分的添加比例

Z₂％－－－B成分中某一组分的含量

B％－－－－B成分的添加比例

其中实现成分的梯度的方法就在于调节A％和B％，而A％和B％仅依赖于粉末的送进速度，如果A成分和B成分的送入速度按照一定的关系变化，就可实现成型零件的Z组分的梯度变化；

A％＝k1VA (2)

B％＝k2VB (3)

k1 －－－成分A的送粉系数，依赖于送粉器的参数

VA－－－成分A的送入速度

k2 －－－成分B的送粉系数，依赖于送粉器的参数

VB－－－成分B的送入速度；所述对每层成分进行梯度结构分析具体包括根据三维模型的分层信息解析得到每层材料组分信息、轮廓信息，成形路径规划信息。

2.一种梯度材料结构的快速成形方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的快速成形系统，包括如下步骤：

根据需要成形的梯度材料结构的性能和结构特性进行分析，并配制成形所需粉末材料；将各成分材料分别制成颗粒度差别较大的粉末，经各送粉器输送至混粉器中进行充分混合，形成行星粉末颗粒；

控制模块根据需要成形的梯度材料结构的性能和结构特性进行分析，对各组分依据方程进行组分计算，并根据成型速度构建两种组分的送粉速度，根据分析结果分别控制送粉模块和加工模块工作；当进行快速成形结构的成分调控时，根据结构特征与成分性能要求，通过分别控制各成分组分粉末的送粉量，在混粉器中充分混合和吸附，从而形成行星粉末，实时调控每一层快速成形沉积层混合填充粉末的成分配比；根据材料的成分差别并依靠粉末颗粒的大小及粉末输出流量进行综合控制，从而实现该过程连续可调，控制各送粉器分别将所述粉末材料根据预设需求量输送至混粉器中进行充分混合；

将混合好的粉末输送至沉积加工头，由控制模块控制激光器和沉积加工头按照预设的成形路径进行加工；

所述控制模块根据每层材料组分信息精确控制各独立组分送粉器的送粉量，经混粉器混合后传输至沉积加工头，所述控制模块同时控制激光器和沉积加工头按照规划的成形路径进行加工；

所述梯度材料结构的快速成形方法还包括：根据需要成形的梯度材料结构的性能和结构特性进行三维建模，并对三维模型进行分层同时对每层成分进行梯度结构分析；

所述对每层成分进行梯度结构分析具体包括根据三维模型的分层信息解析得到每层材料组分信息、轮廓信息，成形路径规划信息；所述控制模块根据每层材料组分信息精确控制各独立组分送粉器的送粉量，经混粉器混合后传输至沉积加工头，所述控制模块同时控制激光器和沉积加工头按照规划的成形路径进行加工。