1.一種功能梯度材料零件的3D打印裝置,包括密封殼體(22)、激光熔融系統(1)和控制系統(14),所述激光熔融系統(1)的下方設有成形缸(2),所述成形缸(2)的周圍設有工作臺(21),所述工作臺(21)和成形缸(2)的上表面在同一水平面上,所述密封殼體(22)和工作臺(21)圍成工作腔室(23);所述激光熔融系統(1)的兩側設有送粉系統,其特征在于,還包括抽真空系統(13),所述抽真空系統(13)與工作腔室(23)貫通連接;所述成形缸(2)的兩側設有收粉缸(11;12),所述收粉缸(11;12)的上部設有平板(9;10),所述平板(9;10)和成形缸(2)的上表面在同一個水平面上;所述成形缸(2)兩側的工作臺(21)上設有鋪粉輥筒(7;8);所述控制系統(14)控制平板(9;10)和鋪粉輥筒(7;8)左、右移動。
2.根據權利要求1所述的功能梯度材料零件的3D打印裝置,其特征在于,所述激光熔融系統(1)設置在密封殼體(22)的頂部并向下伸入密封殼體(22)內;所述成形缸(2)的底部設有可沿成形缸(2)側壁上、下移動的基板(20),所述基板(20)的底部連接有升降系統(15);所述送粉系統與密封殼體(22)貫通連接,所述送粉系統、激光熔融系統(1)和升降系統(15)分別與控制系統(14)連接;所述送粉系統包括送粉缸(3;4),所述送粉缸(3;4)的底部連接有導管(5;6),所述導管(5;6)的末端設有送粉閥(18;19),所述導管(5;6)向下伸入工作腔室(23)。
3.根據權利要求2所述的功能梯度材料零件的3D打印裝置,其特征在于,所述送粉缸(3;4)與導管(5;6)可拆卸地連接在一起。
4.根據權利要求2或3所述的功能梯度材料零件的3D打印裝置,其特征在于,所述送粉缸(3;4)與導管(5;6)的連接處設有換料閥(16;17)。
5.一種應用權利要求1~4任一項所述的3D打印裝置的功能梯度材料零件的3D打印成形方法,其特征在于,包括如下步驟:
(1)建立功能梯度材料零件的三維模型,并切片分層,獲得各層二維打印圖形;
(2)根據功能梯度材料零件的尺寸和成分,設定打印每一層所需粉末材料的種類和質量,并依此設定好打印程序;
(3)打開抽真空系統(13),對工作腔室(23)進行抽真空處理,使得工作腔室(23)內的氧氣濃度降低至500ppm以下;
(4)將所需的粉末材料A和粉末材料B分別裝入左、右送粉系統內;
(5)將所需粉末材料鋪設于成形缸(2)的表面,同時,用收粉缸(11;12)收集多余的粉末材料,并用激光燒結熔融粉末材料,完成一層二維圖形的打印;
(6)調整已打印層的高度,使得已打印層和工作臺(21)的上表面在同一水平面上,進行下一層二維圖形的打印;
(7)重復步驟(5)和步驟(6)的過程,直至完成整個功能梯度材料零件的3D打印;
(8)清除成形缸(2)內的多余粉末材料,取出零件;對零件進行熱處理,獲得功能梯度材料零件。
6.根據權利要求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,所述粉末材料的粒徑為10~53μm。
7.根據權利要求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,所述步驟(5)中粉末材料A的具體鋪設方法如下:首先,控制左邊的送粉系統,使粉末材料A落到鋪設輥筒(7)與成形缸(2)之間的工作臺(21)上,同時,控制平板(9)向成形缸(2)運動,使收粉缸(11)上方形成閉口,控制平板(10)向遠離成形缸(2)的方向運動,使收粉缸(12)的上方形成開口;然后,控制鋪設輥筒(7)向成形缸(2)方向滾動,推動粉末材料A向成形缸(2)運動,并將粉末材料A鋪設在成形缸(2)上,當鋪設輥筒(7)運動到收粉缸(12)上方時,多余的粉末材料A落入收粉缸(12);最后,控制鋪設輥筒(7)返回初始位置。
8.根據權利要求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,所述步驟(5)中粉末材料B的具體鋪設方法如下:首先,控制左邊的送粉系統,使粉末材料B落到鋪設輥筒(8)與成形缸(2)之間的工作臺(21)上,同時,控制平板(10)向成形缸(2)運動,使收粉缸(12)上方形成閉口,控制平板(9)向遠離成形缸(2)的方向運動,使收粉缸(11)的上方形成開口;然后,控制鋪設輥筒(8)向成形缸(2)方向滾動,推動粉末材料B向成形缸(2)運動,并將粉末材料B鋪設在成形缸(2)上,當鋪設輥筒(8)運動到收粉缸(11)上方時,多余的粉末材料B落入收粉缸(11);最后,控制鋪設輥筒(7)返回初始位置。
9.根據權利要求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,所述步驟(8)中熱處理過程的溫度為400~600℃。
10.根據權利要求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,所述步驟(8)中熱處理的時間為4~8h。