本发明涉及金属增材制造梯度材料领域，特别涉及一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的装置及方法。
背景技术：
随着科技的发展，人们需要一个零件的两端或不同部分具有不同的性质或功能，又希望不同性能的能结合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因物理性质不匹配而发生界面破坏。例如航天飞机燃烧冲压式发动机燃烧室壁面，接触数千度高温气体的一侧使用耐热性优良的陶瓷，赋予材料耐热性能，而接触制冷材料冷却氢的一侧使用金属材料，赋予材料热导性和机械性能，在两个界面之间，采用先进的材料复合技术，通过控制金属和陶瓷的相对组成和组织结构，使其无界面地逐渐变化。从而使整个材料具有耐热性好且机械强度高的新功能。
近年来，随着增材制造技术的发展，通过增材制造技术制备的梯度材料零件逐渐的被航空、医疗行业所关注。增材制造技术是采用将材料逐步累积成型的制造技术，与传统减材加工方法相比，具有节约材料，加工速度快，可加工复杂形状零件等特点。在众多的增材制造技术中，激光熔覆（lasermetaldeposition,lmd）技术因其可在制造过程中实现连续的粉末比例变化，最早被应用于制备梯度材料。例如中国专利201510560572.x公开的在钛材料上制备镍基材料耐高温梯度材料的激光制造方法，主要用于钛材料耐高温层的制备，提高钛材料的高温特性。而目前被看作技术最新，最具有发展前途的选择性激光熔化/烧结技术（selectivelasermelting/sintering,slm/sls）在材料梯度材料制造方面却很少有报道。激光选区熔化/烧结技术（是增材制造（additivemanufacturing，am）技术的一种，它通过3d数模分层切片形成扫描轨迹，在加工区域铺放粉末，然后激光扫描熔化，逐层叠加成型获得最终产品，非常适用于复杂精密结构的零件制造。但是由于选择性激光熔化/烧结技术在粉层累加过程无法实现连续更换粉末，而且在铺粉过程中无法实现两相或多相粉末的有序铺放，所以现在的科研人员只能通过逐层换粉的方法制造出非连续变化比例的“梯度材料”，这种方法不但无法制造传统意义上的梯度材料而且需要做到逐层更换粉末，在制造过程中无法避免的造成氧化、操作人员过多接触有害粉末等问题。从而导致选择性激光熔化技术的高精度、大尺寸、具有加工复杂性状零件的能力无法在制备梯度材料技术中得到体现。因此，本发明致力于开发一种能够利用选择性激光熔化技术制备梯度材料的工艺和方法，提高梯度材料的制造水平。
技术实现要素：
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的装置及方法，通过组合结构的双/多三角形储粉器完成双/多组分粉末的梯度混合，再通过混粉、铺粉、激光熔化制备出连续比例变化的梯度材料。
本发明的技术方案如下：
一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的装置，包括激光扫描阵镜，及自上而下依次设置的储粉器、混粉器、刮粉板、工作台；
所述储粉器具有2个或多个分区，所述分区用以盛放不同种类的粉末；所述储粉器底部设置出口，不同种类的粉末通过所述出口后，形成梯度比例混合；
所述混粉器设置于所述储粉器下部，为水平设置的旋转混合器；梯度比例混合后的粉末在所述混粉器中保持梯度混合；
所述刮粉板设置于所述混粉器下部；所述刮粉板的下部设置所述工作台；所述激光扫描阵镜设置于所述工作台上部。
进一步的，所述储粉器整体呈长方体状；当粉末种类为2种时，所述储粉器的截面呈双反三角形；当粉末种类为3种时，所述储粉器的截面呈三对称三角形；当粉末种类为4种时，所述储粉器的截面呈四组合三角形。
进一步的，所述储粉器底部的出口为长方形出口，所述出口能沿储粉器底部移动，当所述出口从储粉器一端移动到另一端时，粉末会从储粉器下落到混粉器中。
进一步的，所述混粉器整体为圆柱形，呈水平放置。
进一步的，所述刮粉板包括盛放粉末的铺粉槽及用于铺粉的铺粉刀片。
进一步的，所述梯度材料的材质为金属增材制造材料。
进一步的，所述梯度材料的材质为铁基、镍基或钛基材料。
本发明还提供了一种利用上述的装置制备梯度材料的方法，包括：
储粉：将不同种类的粉末分别放置在储粉器的相应分区内；
放粉：储粉器底部设有可移动的长方形出口，出口从储粉器一端移动到另一端的过程中，不同种类的粉末会相应的从储粉器按设定比例下落到水平放置的圆柱形混粉器中，形成梯度粉末；
混粉：粉末落入混粉器后，混粉器关闭并开始旋转混合，混合完成后开口向下打开混粉器，混合粉末在重力作用下落入刮粉板中；
铺粉：刮粉板将具有梯度比例混合的粉末推到工作台上；
打印：在粉末铺放到工作台之后，激光束在激光扫描阵镜的控制下扫描熔化本层粉末；
重复放粉、混粉、铺粉、打印步骤，最后制备出梯度材料零件。
进一步的，在混粉过程中，梯度粉末在混粉器轴向保持梯度比例不变。
本发明的有益效果为：与现有选择性熔化制备梯度材料相比，将以往增材制造梯度材料梯度变化方向由延纵向的零件制造方向改变为水品的延垂直于铺粉方向，通过储粉-混粉-铺粉的工序保证了每层粉末中两相粉末的配比不随层高的增加而变化，保持了粉层的稳定性，为加工大尺寸具有连续变化配比的梯度材料提供了基础。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的方法的工艺流程框图。
图2所示为本发明装置的结构原理示意图，其中图2a为主视剖面示意图，图2b为侧视剖面示意图。
图3所示为2相粉末的储粉器截面形状示意图。
图4所示为3相粉末的储粉器截面形状示意图。
图5所示为4相粉末的储粉器截面形状示意图。
其中，1-储粉器；2-出口；3-混粉器；4-刮粉板；5-工作台；6-激光扫描阵镜。具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图2所示，一种基于选区激光熔化技术制备梯度材料的装置，包括激光扫描阵镜6，及自上而下依次设置的储粉器1、混粉器3、刮粉板4、工作台5；所述储粉器1具有2个或多个分区，所述分区用以盛放不同种类的粉末；所述储粉器1底部设置出口2，不同种类的粉末通过所述出口2后，形成梯度比例混合；所述混粉器3设置于所述储粉器1下部，为水平设置的旋转混合器；梯度比例混合后的粉末在所述混粉器3中保持梯度混合；所述刮粉板4设置于所述混粉器3下部；所述刮粉板4的下部设置所述工作台5；所述激光扫描阵镜6设置于所述工作台5上部，工作台5可上下移动。
优选的，所述储粉器1整体呈长方体状；当粉末种类为2种（两相）时，所述储粉器1的截面呈双反三角形，如图3所示；当粉末种类为3种（三相）时，所述储粉器1的截面呈三对称三角形，如图4所示；当粉末种类为4种（四相）时，所述储粉器1的截面呈四组合三角形，如图5所示。
优选的，所述储粉器1底部的出口为长方形出口2，所述出口2能沿储粉器1底部移动，当所述出口2从储粉器1一端移动到另一端时，粉末会从储粉器1下落到混粉器3中。
优选的，所述混粉器3整体为圆柱形，呈水平放置。
优选的，所述刮粉板4包括盛放粉末的铺粉槽及用于铺粉的铺粉刀片。
所述梯度材料的材质为金属增材制造材料，如铁基、镍基或钛基材料。
如图1所示，本发明实施例一种利用上述的装置制备梯度材料的方法，包括：
储粉：将不同种类的粉末分别放置在储粉器1的相应分区内；当粉末为两相，储粉器1分区如图3所示；当粉末为三相时，分区如图4所示；当粉末为四相时，分区如图5所示。
放粉：储粉器1底部设有可移动的长方形出口2，出口从储粉器1一端移动到另一端的过程中，不同种类的粉末（本实施例中为2种）会相应的从储粉器1按设定比例下落到水平放置的圆柱形混粉器3中，形成梯度粉末；
混粉：粉末落入混粉器3后，混粉器3关闭并开始旋转混合，混合完成后开口向下打开混粉器3，混合粉末在重力作用下落入刮粉板4的铺粉槽中；因混粉器3水平放置滚动，在混粉过程中，梯度粉末在混粉器3可充分混合均匀并且在混粉器3轴向保持梯度比例不变；
铺粉：在工作台5下降一个层高度后，随着铺粉刀片的移动，梯度材料粉末被横向刮入工作台5（工作舱的基板）上，实现梯度材料粉末的铺放；
打印：在粉末铺放到工作台5之后，激光束在激光扫描阵镜6的控制下扫描熔化本层粉末；
重复上述放粉、混粉、铺粉、打印步骤，最后制备出梯度材料零件。
传统的梯度材料只能“逐层换粉”，制造的最终产品是各层之间梯度有不同，但不能实现连续的梯度变化，利用本发明的装置和方法，可以实现梯度材料的连续过渡，将以往增材制造梯度材料梯度变化方向由延纵向的零件制造方向改变为水品的延垂直于铺粉方向，通过储粉-混粉-铺粉的工序保证了每层粉末中两相粉末的配比不随层高的增加而变化，保持了粉层的稳定性。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。