一种可控成分连续送粉系统的制作方法

本发明涉及一种激光增材制造送粉系统，具体涉及一种可控成分连续送粉系统，属于激光增材制造技术领域。

背景技术：

激光增材制造是一种快速、柔性制造技术，采用离散堆积、材料增长的理念，摆脱了传统工艺的束缚，是制造技术领域的一次重大飞跃，目前该技术已应用于金属、陶瓷、塑料以及各类复合材料的制备和零件修复。

同步式送粉激光增材制造技术将快速成形技术和激光熔覆技术有机结合，以金属粉末为加工原料，采用高能密度激光束将喷洒在金属基板上的粉末逐层熔覆堆积。同步式送粉激光增材制造技术可显著提高沉积效率和熔覆质量，能够减小稀释率和基材热影响区，易于控制熔覆层高度，能制备大尺寸、性能优异的零部件，是目前激光成形应用中主流的材料成形方式。

随着对材料性能的要求不断提高，所有零件并不都是采用单一材料制备。在异种合金梯度结构的成形过程中，并非所有梯度结构的界面均为与成形高度方向垂直的平面，需要针对具体的温度梯度环境，进行零件梯度结构的优化设计；传统的激光增材制造过程通常需要在气氛保护箱内进行，尤其是进行大尺寸零件的成形时，保护箱的尺寸较大，而送粉器由于需要加粉等操作需要置于保护箱外，导致送粉管路较长。此外，从送粉器的启动，到金属粉末随载气在送粉管路的传输，再到送粉喷嘴的稳定出粉，响应时间较长。

激光增材制造单一材料的逐层堆积过程中，送粉过程多采用预设送粉参数法，即调整好送粉速率、载气流量后，待送粉喷嘴出粉平稳后开始激光增材制造，但这种方法中粉末加速时间较长，无法实现激光增材制造梯度结构过程中金属粉末的快速自由切换，因此需要研发适用于柔性界面的可控成分连续送粉系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于研发适用于柔性界面的可控成分连续送粉系统，实现激光增材制造过程中异种合金粉末的连续自由切换，为激光增材制造复杂界面异种合金梯度结构提供装备基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种可控成分连续送粉系统，包括回收系统1、送粉头2、可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4、控制系统5、气氛保护箱6、送粉管7，送粉头2与多路送粉器4之间通过可控成分连续送粉开关3连接，可以实现多种粉末的快速连续切换，可控成分连续送粉开关3与回收系统1连接，用于回收未被利用的粉末，可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4的工作通过控制系统5控制。

优选地，一种可控成分连续送粉系统，其特征在于可控成分连续送粉开关3由两个气动开关a8和气动开关b9构成。

优选地，可控成分连续送粉开关3放置在气氛保护箱6内，靠近送粉喷头，极大缩短粉末的加速时间。

优选地，气动开关a6和气动开关b7的开合通过控制系统5控制，反应时间小于0.03s。

优选地，回收系统1内部分为多个腔室，通过送粉管7与可控成分连续送粉开关3连接，实现不同粉末的隔离回收。

优选地，多路送粉器4至少可进行两路送粉，并与可控成分连续送粉开关3通过送粉管连接，其送粉开始与结束通过控制系统5控制。

优选地，控制系统5包括一台计算机和控制软件，可控成分连续送粉系统的操作全部在计算机的可视界面进行。

优选地，控制系统5可与增材制造系统结合，实现增材制造过程的可控成分连续送粉。

本发明的优点在于：

解决了粉末加速过程的时间延迟以及送粉器开关过程造成的粉末积聚问题，最终实现激光增材制造过程中异种合金粉末的自由切换，为激光增材制造复杂界面异种合金梯度结构提供装备基础。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1为本发明的可控成分连续送粉系统示意图。

图2为本发明的可控成分连续送粉开关示意图。

图中附图标记为：

1回收系统、2送粉头、3可控成分连续送粉开关、4多路送粉器、5控制系统、6气氛保护箱、7送粉管、8气动开关a、9气动开关b

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明的一项宽泛实施例中，一种可控成分连续送粉系统，包括回收系统1、送粉头2、可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4、控制系统5、气氛保护箱6、送粉管7。送粉头2与多路送粉器4之间通过可控成分连续送粉开关3连接，可以实现多种粉末的快速连续切换，可控成分连续送粉开关3与回收系统1连接，用于回收未被利用的粉末，可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4的工作通过控制系统5控制。

所述的可控成分连续送粉开关3由两个气动开关a8和气动开关b9构成。当增材制造过程准备开始进行时，气动开关a8和气动开关b9均置于off，即两路粉分别通过回收系统1进行回收，当进行ta15合金的沉积时，气动开关a8置于on，气动开关b9置于off，ta15合金粉末通过送粉喷头送出；当进行ti2alnb基合金的沉积时，气动开关a8置于off，气动开关b9置于on，ti2alnb基合金粉末通过送粉喷头送出。

所述的可控成分连续送粉开关3放置在气氛保护箱内，并靠近送粉喷头。

所述的气动开关a8和气动开关b9的开合通过控制系统5控制，反应时间小于0.03s。

所述的回收系统1内部分为多个腔室，通过送粉管与可控成分连续送粉开关3连接，实现不同粉末的分开回收。

所述的多路送粉器4至少可进行两路送粉，并与可控成分连续送粉开关3通过送粉管7连接，其送粉开始与结束通过控制系统5控制。

所述的控制系统5包括一台计算机和控制软件，可控成分连续送粉系统的操作全部在计算机的可视界面进行。

所述的控制系统5可与增材制造系统结合，实现增材制造过程的可控成分连续送粉。

当送粉载气流量为5l/min，采用内径为4mm的管路进行粉末输送时，粉末的速度约为6.6m/s。激光增材制造过程通常需要在气氛保护箱内进行，在1米×1米×2米高的设备内进行激光增材制造时，送粉管长度为2米，粉末加速时间超过0.3s，气动开关的反应时间为0.03s。当扫描速率为10mm/s时，传统送粉系统粉末的加速过程中，系统运动了3mm，而使用可控成分连续送粉系统后，系统仅运动0.3mm，控制异种材料送粉的精确性大大提高。

在本发明的另一个实施例中，一种可控成分连续送粉系统，包括回收系统1、送粉头2、可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4、控制系统5、气氛保护箱6、送粉管7。送粉头2与多路送粉器4之间通过可控成分连续送粉开关3连接，可以实现多种粉末的快速连续切换，可控成分连续送粉开关3与回收系统1连接，用于回收未被利用的粉末，可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4的工作通过控制系统5控制。

所述的可控成分连续送粉开关3由两个气动开关a8和气动开关b9构成。当增材制造过程准备开始进行时，气动开关a8和气动开关b9均置于off，即两路粉分别通过回收系统1进行回收，当进行tc11合金的沉积时，气动开关a8置于on，气动开关b9置于off，tc11合金粉末通过送粉喷头送出；当进行ti2alnb基合金的沉积时，气动开关a8置于off，气动开关b79置于on，ti2alnb基合金粉末通过送粉喷头送出。

所述的可控成分连续送粉开关3放置在气氛保护箱内，并靠近送粉喷头，极大缩短粉末的加速时间。

所述的气动开关a8和气动开关b9的开合通过控制系统5控制，反应时间小于0.03s。

所述的回收系统1内部分为多个腔室，通过送粉管与可控成分连续送粉开关3连接，实现不同粉末的分开回收。

所述的多路送粉器4至少可进行两路送粉，并与可控成分连续送粉开关3通过送粉管7连接，其送粉开始与结束通过控制系统5控制。

所述的控制系统5包括一台计算机和控制软件，可控成分连续送粉系统的操作全部在计算机的可视界面进行。

所述的控制系统5可与增材制造系统结合，实现增材制造过程的可控成分连续送粉。

当送粉载气流量为5l/min，采用内径为4mm的管路进行粉末输送时，粉末的速度约为6.6m/s。激光增材制造过程通常需要在气氛保护箱内进行，在2米×2米×4米高的设备内进行激光增材制造时，送粉管长度为8米，粉末加速时间达到1.2s，气动开关的反应时间为0.03s。当扫描速率为20mm/s时，传统送粉系统粉末的加速过程中，系统运动了24mm，而使用可控成分连续送粉系统后，系统运动0.6mm，控制异种材料送粉的精确性大大提高。

在本发明的一个进一步的实施例中，一种可控成分连续送粉系统，包括回收系统1、送粉头2、可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4、控制系统5、气氛保护箱6、送粉管7。送粉头2与多路送粉器4之间通过可控成分连续送粉开关3连接，可以实现多种粉末的快速连续切换，可控成分连续送粉开关3与回收系统1连接，用于回收未被利用的粉末，可控成分连续送粉开关3、多路送粉器4的工作通过控制系统5控制。

所述的可控成分连续送粉开关3由两个气动开关a8和气动开关b9构成。当增材制造过程准备开始进行时，气动开关a8和气动开关b9均置于off，即两路粉分别通过回收系统1进行回收，当进行ta15合金的沉积时，气动开关a8置于on，气动开关b9置于off，ta15合金粉末通过送粉喷头送出；当进行tc4的沉积时，气动开关a8置于off，气动开关b9置于on，tc4合金粉末通过送粉喷头送出。

所述的可控成分连续送粉开关3放置在气氛保护箱内，并靠近送粉喷头，极大缩短粉末的加速时间。

所述的气动开关a8和气动开关b9的开合通过控制系统5控制，反应时间小于0.03s。

所述的回收系统1内部分为多个腔室，通过送粉管7与可控成分连续送粉开关3连接，实现不同粉末的分开回收。

所述的多路送粉器4至少可进行两路送粉，并与可控成分连续送粉开关3通过送粉管连接，其送粉开始与结束通过控制系统5控制。

所述的控制系统5包括一台计算机和控制软件，可控成分连续送粉系统的操作全部在计算机的可视界面进行。

所述的控制系统5可与增材制造系统结合，实现增材制造过程的可控成分连续送粉。

当送粉载气流量为10l/min，采用内径为4mm的管路进行粉末输送时，粉末的速度约为13.2m/s。激光增材制造过程通常需要在气氛保护箱内进行，在2米×2米×4米高的设备内进行激光增材制造时，送粉管长度为8米，粉末加速时间达到0.6s，气动开关的反应时间为0.03s。当扫描速率为20mm/s时，传统送粉系统粉末的加速过程中，系统运动了12mm，而使用可控成分连续送粉系统后，系统运动0.6mm，控制异种材料送粉的精确性大大提高。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。