一种多材料零件3D打印机及其打印方法与流程

本发明涉及3d打印领域，特别是涉及一种多材料零件3d打印机及其打印方法。

背景技术：

当前，基于粉末床熔融原理的激光3d打印技术主要包括激光选区熔化技术(selectivelasermelting，slm)、选区激光烧结技术(selectivelasersintering，sls)等。这类技术一般采用刮板或辊轮将粉末逐层铺设在成型区域，然后用激光束有选择地对成型区域内粉末进行熔化或烧结，使其固化，之后在铺设下一层粉末，再固化，如此循环层层累积成三维实体。在成型过程中，粉末除了用于成型零件以外，其余堆积在升降平台上的粉末，还起到填充到升降台上，为下一层粉末的铺设提供粉末支撑甚至零件支撑的作用。

上述3d打印技术每一次执行成型区域内粉末进行熔化或烧结后，由于难以将选区外粉末有效清理回收，再输入新的异种材料，因此传统上述两种技术在一次3d打印过程中一般只用一种材料(单组元材料、合金、包覆粉末等)，很难获得在同一层内具有灵活布置的不同材料的多材料零件，无法实现多材料零件的打印。而实际上大多数零部件或产品均由多种材料构成的。其无法实现多材料3d打印的主要原因为每次熔化或烧结后，成型区内存在异种粉末，如需基于粉末床熔融原理自同地展开多材料零件3d打印，无法将成型过程中妨碍多材料零件成型的多余粉末去除掉，这些多余的粉末包括：粘附在供粉装置或铺粉公共通道上产生材料污染的粉尘、选区外的异种粉末、同一成型层不同区域多材料激光成型时未清理干净的粉末、相邻成型层采用不同种材料激光成型时未清理干净的粉末，这些异种粉末均容易成型零件中混有不同材料的杂质或导致打印失败。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种能够实现多材料零件3d打印机及其打印方法，以实现多材料零件的3d打印。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

本发明的多材料零件3d打印机，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，还包括余粉贮藏装置，所述余粉贮藏装置包括粉末回收箱、粉罐和开关阀；所述粉末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；所述粉罐连接所述粉末回收箱的底部；所述开关阀设置于粉罐与所述粉末回收箱之间。

进一步地，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。

本发明还提供一种多材料零件3d打印方法，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，铺粉盒继续平移到粉末回收箱上方，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，铺粉盒移动到粉末回收箱上方，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，被吸的粉尘均经旋风集尘器、过滤器过滤，其中经旋风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。

相对于现有技术，本发明的多材料零件3d打印的余粉清除方法通过判断连续两次打印所用粉末是否相同，从而决定两次打印之间是否进行余粉清除，一方面保证了下次打印的粉末中不混有本次打印的余粉，从而能在同一层内采用两种以上的材料成型，也能在不同层采用不同的材料成型，实现了多材料零件的打印；另一方面，只有前后两次打印所用粉末不同时才进行清除，相同时不进行清除，从而节约了时间。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明多材料零件3d打印机的结构示意图；

图2为本发明所述铺粉盒的结构二维示意图；

图3为本发明所述铺粉盒的结构三维示意图；

图4为本发明所述铺粉盒移动机构的结构的正面视图；

图5为本发明所述铺粉盒移动机构的结构的侧面视图；

图6为本发明实施例零件的一个成型层片材料分布示意图；

图7为本发明与图6成型层片相邻的下一个成型层片材料分布示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明的多材料零件3d打印机通过判断下次打印所用粉末是否与本次打印所用粉末相同，若相同则直接进入下一次打印，若不同则进行余粉清除后再进入下一次打印，从而解决多材料打印中混有杂粉的技术问题，实现了多材料零件的3d打印。

请参阅图1，其是本发明多材料零件3d打印机的结构示意图。本发明所述的多材料3d打印机包括成型装置、供粉装置、余粉清除装置和控制装置。所述控制装置控制所述成型装置、供粉装置和余粉清除装置的工作。

所述成型装置包括成型室26、固定于成型室26顶部内壁上的激光扫描头25、以及位于成型室26腔内的成型缸体27和升降台29。所述激光扫描头位于升降台29的正上方，接受所述控制装置的指令，将升降台29上的粉末按照图形扫描数据熔化或烧结成型。所述升降台29位于成型缸体27内部，与成型缸体27配合，可沿成型缸体27内壁作升降运动。随着3d打印的进程，所述升降台29接受所述控制装置的指令，不断下调自身高度。

所述供粉装置包括多个定量供粉漏斗，与所述定量供粉漏斗对应的、数量相同的送粉管(15\17\19\21)，铺粉盒23和刮板34。所述供粉漏斗位于所述成型室26上方，所述送粉管(15\17\19\21)、铺粉盒23、刮板34位于所述成型室26腔内。所述铺粉盒23位于成型缸体27上方、各送粉管(15\17\19\21)下方，可沿水平方向在成型缸体27与各送粉管(15\17\19\21)之间左右滑行。所述供粉漏斗底部与所述送粉管(15\17\19\21)之间通过管道连接。如图2和图3所示，所述铺粉盒23的上下表面均为开口，其包括承粉板231和电机232。具体地，所述铺粉盒23的上表面与送粉管(15\17\19\21)的底部齐平或稍有间隙；所述承粉板231位于铺粉盒23内部，可随电机232转动，用于承载和卸下所述送粉管(15\17\19\21)中流出的粉末。承粉板231从上表面开口接收来自送粉管(15/17/19/21)的粉末，待电机232带动承粉板231转动后，粉末从下表面开口漏出到所述升降台29上。所述刮板34固定于所述铺粉盒23左侧侧壁的底部，用以刮平所述升降台29上的粉末。

所述余粉贮藏装置包括余粉回收箱28、粉罐31和开关阀30。所述铺粉盒23在所述升降台29上铺完粉后前进到所述余粉回收箱28上方，刮板34带动多余粉末，使余粉落到所述余粉回收箱28中。所述余粉回收箱28无间隙地镶嵌于成型缸体27和成型室26侧壁之间，从上往下逐渐从方形过渡到圆锥形。所述粉罐31位于余粉回收箱28的底部。所述开关阀30位于余粉回收箱28和粉罐31之间，用以控制粉末从所述余粉回收箱28落入所述粉罐31。所述开关阀30打开时，余粉可经由余粉回收箱在重力作用下自然落入粉罐；所述开关阀30关闭时，余粉落入余粉回收箱28后不再落入粉罐31，即可实现粉罐盛满余粉时的粉罐更换。所述粉罐31和开关阀30位于所述成型室26外部。

所述控制装置控制所述成型装置中激光扫描头25和升降台29的工作；所述控制装置还控制所述供粉装置中供粉漏斗的工作；所述控制装置还控制所述余粉清除装置的工作。

所述余粉清除装置包括第一吸尘头24、第二吸尘头22、第三吸尘头35、吹尘头13、风机1、旋风集尘器42、过滤器2、四通路阀40、多通路阀5、电控变频器、多个电控阀和铺粉盒移动机构。所述多个电控阀的数目等于供粉漏斗的数目加上所有吸尘头和吹尘头的数目再加一。所述风机1、电控变频器和电控阀由所述控制装置控制。所述第一吸尘头24、第二吸尘头22和第三吸尘头35和吹尘头13位于所述成型室26腔内；所述风机1、旋风集尘器42、过滤器2、电控变频器和铺粉盒移动机构位于所述成型室26外部。

所述第一吸尘头24固定于铺粉盒23右侧侧壁，其开口与铺粉盒23底部齐平，略高于成型缸体27顶部平面高度，用于吸走所述升降台29的余粉。所述第二吸尘头22固定于铺粉盒23左侧，其开口与铺粉盒23顶部齐平，用于吸走所述送粉管(15\17\19\21)以及与所述送粉管(15\17\19\21)相连管道中的余粉。

所述吹尘头13和所述第三吸尘头35安装于成型室26远离成型缸体27的左侧侧壁；所述吹尘头13与所述第三吸尘头35分布于沿垂直方向的同一直线上。所述第三吸尘头35用于吸走所述铺粉盒23以及固定在其上的刮板34、第一吸尘头24、第二吸尘头22上的余粉。所述吹尘头13，用于吹走铺粉盒23以及固定在其上的刮板34、承粉板232、第一吸尘头24、第二吸尘头22上的余粉。

所述四通路阀40的接口分别通过管道与第一吸尘头24、第二吸尘头22、第三吸尘头35、集尘器41相连。

所述多个电控阀包括第一电控阀38、第二电控阀3、第三电控阀4、第四电控阀6、第五电控阀7、送粉管清粉电控阀(8\9\10\11)。所述第一电控阀38安装于第一吸尘头24与四通路阀40之间的管道上，所述第二电控阀3安装于第二吸尘头22与四通路阀40之间的管道上，所述第三电控阀4安装于第三吸尘头35与四通路阀40之间的管道上。所述旋风集尘器42一接口通过管道与四通路阀40相连，另一接口与过滤器2的进风口相连；所述过滤器2的出风口与所述风机1进风口相连；即风机1、过滤器2、旋风集尘器42都能与第一吸尘头24、第二吸尘头22、第三吸尘头35形成可控气流通路，使气流导通。

具体地，所述第一吸尘头24连接的管道穿出成型室时，接到成型室侧壁上的接头36的一端，接头36的另一端，再通过管道与第一电控阀38连接。所述第二吸尘头22连接的管道穿出成型室时，接到成型室侧壁上的接头37的一端，接头37的另一端，再通过管道与第二电控阀3连接。所述第三吸尘头35连接的管道穿出成型室时，接到成型室侧壁上的接头39的一端，接头39的另一端，再通过管道与第三电控阀4连接。上述三个电控阀之后分别接的三条管道分别接到四通阀40的三个通口，四通阀的最后一个通口通过一条管道接通所述旋风集尘器42的进口。所述集尘桶41位于旋风集尘器42的底部，用以盛放被吸尘头吸出的成型室26内的余粉。所述旋风集尘器42的出口与所述风机1的进风口之间通过所述过滤器2，以避免粉末被吸入风机1内造成风机故障。

所述第四电控阀6安装在多通路阀5的一个通口与成型室侧壁上一个接头12的一个通口之间，该接头12的另一通口通过管道与吹尘头13相接。

所述多通路阀5包括一个输入接口，至少3个以上的输出接口，其中输入接口通过管道与风机1出风口相连；输出接口通过管道与成型室26相连，所述第五电控阀7、送粉管清粉电控阀安装于这些管道上。即成型室26与风机1形成可控通路，使气流导通。

具体地，位于成型室26腔内的所述吹尘头13通过管道与成型室26外部的所述风机1的出风口相连，以通过风机1出风吹走余粉；所述供粉漏斗的底部设置有三通阀(14\16\18\20)，所述三通阀(14\16\18\20)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(15\17\19\21)相连、第三通口通过管道与多通路阀5相连，这样，可以通过风机1出风吹走所述三通路阀(14\16\18\20)和送粉管(15\17\19\21)中粘附的余粉；成型室26腔内还有还引出一管道，通过第五电控阀7与多通路阀5直接相连，以便不需吹气清除粉末时，将风机气流引回成型室26，防止保护气体的流失。

请参阅图4和图5，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后壁板上，包括同步带型线性模组43、铺粉盒连接块44、限位接近开关组合和气密罩49。所述同步带型线性模组43中用步进电机45带动同步带转动。固定在同步带型线性模组上的导轨滑块431随同步带直线移动。所述铺粉盒连接块44一端与导轨滑块431固定，另一端与铺粉盒23固定，可带动铺粉盒23沿平行于同步带型线性模组43的方向驱动。所述气密罩49和成型室26外壁共同将同步带型线性模组43、铺粉盒连接块44、限位接近开关组合包覆起来，以防止保护气体从成型室中泄漏。

所述接近开关组合包含接近开关46、接近开关感应铁47和接近开关安装导轨48。所述接近开关安装导轨48固定在所述的成型室后壁板上，略低于同步带型线性模组43的下方。所述接近开关感应铁47安装在铺粉盒连接块44上。所述接近开关46有多个，安装于接近开关导轨48上，分别定位在吹尘头13和第三吸尘头35、送粉管(15\17\19\21)、以及余粉回收箱28靠近成型室26侧壁的位置。所述步进电机45工作带动所述导轨滑块431，即带动铺粉盒连接块44在同步带型线性模组43上移动，也就是带动铺粉盒23和接近开关感应铁47移动。其中，接近开关感应铁47移动到对应多个送粉管(15\17\19\21)位置的接近开关时，传送信号给控制装置，控制装置命令步进电机45停止运转，铺粉盒23停在对应送粉管下方，铺粉盒23接到定量粉末之后，控制装置命令步进电机45重新运转，铺粉盒23继续向前移动；铺粉盒载着粉末移动到成型缸体27上方，并打开铺粉盒承粉板231使粉末下泄到升降台29上，刮板34将粉末布置到升降台29上，同时，铺粉盒继续平移到粉末回收箱28上方，多余的粉末将倾倒到余粉回收箱28内；3d打印机控制装置通过激光扫描头25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。若下一次打印所用粉末与本次打印所用粉末不同，则执行余粉清除程序：控制装置发送命令给步进电机45，铺粉盒23在余粉回收箱28上方开始返回，当铺粉盒23返回至距离成型区域还有一定距离时，风机1启动，第一吸尘头24吸取成型缸体27顶部及升降台29上的余粉。通过改变用于控制风机1转速的电控变频器的电源频率、步进电机45转动速度，可以控制第一吸尘头24的进气流量及铺粉盒23返回的行走速度，从而将当前已打印材料区域外的一层或数层厚度的粉末以及洒落在成型缸体27顶部及升降台29上的粉尘吸附回收去除干净，吸尘过滤后的气流流回成型室内不产生扬尘的区域。当铺粉盒23沿返回方向行至成型室26尽头，即铺粉盒23移动到吹尘头13处的接近开关时，控制装置收到该处接近开关的信号，控制装置发送命令给步进电机45，步进电机停止工作，此时，铺粉盒23正对第三吸尘头35上部，正对吹尘头13下部。通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并通过控制装置控制所述第三电控阀4和第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，则第三吸尘头35开始吸尘，吸尘过滤后的气流同步流往吹尘头13，通过吹气清除和负压吸附方式，将铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22上粘结的粉末去除干净。风机1停止，铺粉盒承粉板231关闭，本次打印余粉清除程序结束。

本发明还提供一种多材料零件3d打印方法，其包括以下步骤：

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：控制装置根据当前打印材料区域所需的材料类型，使铺粉盒23及安装在其上的第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34平移至本次打印所需材料对应的送粉管(15、17、19或21)的正下方，并控制粉末材料定量落入铺粉盒23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23移动一定距离，使铺粉盒23一侧的第二吸尘头22对准所述送粉管，风机1启动，从与相应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22工作，将所述送粉通道内、送粉管粘附的粉末吸附回收干净，风机停止；铺粉盒23载着粉末移动到到成型缸体27上方，并打开铺粉盒承粉板231使粉末下泄到升降台29上，刮板34将粉末布置到升降台29上，同时，铺粉盒23移动到粉末回收箱28上方，多余的粉末将倾倒在余粉回收箱28内；接着控制装置通过激光扫描头25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23在余粉回收箱28上方开始返回，当铺粉盒23返回至距离成型区域还有一定距离时第一吸尘头24吸取成型缸体27顶部及升降台29上的余粉；通过控制第一吸尘头24的进气流量及铺粉盒23返回的行走速度，可以将当前已打印材料区域外的一层或数层厚度的粉末以及洒落在成型缸体27顶部及升降台29上的粉尘吸附回收去除干净，吸尘过滤后的气流流回成型室26内不产生扬尘的区域；当铺粉盒23沿返回方向行至成型室26尽头，即铺粉盒23正对第三吸尘头35上部，正对吹尘头13下部时，通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并通过控制装置控制所述第三电控阀4和第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，则第一吸尘头24关闭及第三吸尘头35开始吸尘，吸尘过滤后的气流同步流往吹尘头13，通过吹气清除和负压吸附方式，将铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22上粘结的粉末去除干净，风机1停止，铺粉盒的承粉板231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23载着粉末移动到成型缸体27上方，并打开铺粉盒承粉板231使粉末下泄到升降台29上，刮板34将粉末布置到升降台29上，同时，铺粉盒23移动到粉末回收箱28上方，多余的粉末将倾倒在铺粉平台一侧的余粉回收箱28内，随后铺粉盒承粉板231关闭；控制装置通过激光扫描头25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，被吸的粉尘均经旋风集尘器42、过滤器2过滤，其中经旋风集尘器42过滤的粉末被集尘桶41收集。

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。

以下就上述打印方法进行具体说明，为了便于说明，关于相对应的定量供粉漏斗、送粉管和送粉管清粉电控阀，可称为一号供粉漏斗、一号送粉管21和一号送粉管清粉电控阀11，二号供粉漏斗、二号送粉管19和二号送粉管清粉电控阀10，依次类推。假设每一层的铺粉厚度为20μm。在开始打印前，所有电控阀及承粉板231都处于关闭状态。

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；向所述3d打印机控制装置导入需打印的多材料零件的3d打印数据，该数据包括了各个材料区域的几何图形扫描数据以及材料信息。将多种粉末材料分别放置在不同的供粉漏斗内，并设本次打印所需的粉末装载在一号供粉漏斗中。

s2：所述3d打印机控制装置通过电动推杆控制所述升降台29下降20μm。

s3：所述3d打印机控制装置命令所述步进电机45运转，带动所述铺粉盒23移动到一号送粉管21下方接到粉末。

s4：所述3d打印机控制装置判断下次打印所需的粉末材料是否与本次打印的粉末相同。

若不同，3d打印机控制装置执行余粉清除程序：控制装置控制步进电机45，使固定在铺粉盒23上的第二吸尘头22移动到所述一号送粉管21下方；同时，所述3d打印机控制装置控制所述第二电控阀3和一号送粉管清粉电控阀11开启，其余电控阀关闭，将适合的频率发送给电控变频器并启动所述风机1；通过开启的一号送粉管清粉电控阀11，接通了所述风机1的出风口和与一号送粉管21，开启的风机1将与一号送粉管21相连的管道中的余粉吹出，同时，通过开启的第二电控阀3，接通了所述风机1的进风口和第二吸尘头22，位于一号送粉管21下方的第二吸尘头22将一号送粉管21中的余粉吸出，余粉通过管道输送到成型室26外部的旋风集尘器42中；所述风机1大约开启10s-60s后，关闭风机1。

通过吹吸结合清干净一号送粉管21和与之相连的管道中的余粉后，步进电机45运转带动铺粉盒23移动到所述升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平；铺粉盒23继续向前移动到所述粉末回收箱41上方，多余的粉末从所述铺粉盒23中落入所述粉末回收箱41中；所述激光扫描头25按照扫描数据选择性熔化或烧结所铺粉末成型。

因下次打印材料与本次不同，3d打印机控制装置继续执行余粉清除程序。所述铺粉盒23下泄完所有粉末之后，返回所述升降台29上方，固定在铺粉盒23侧面底部的第一吸尘头24也返回到所述升降台29上方上，此时升降台29上方上已经有一层粉末成型；所述控制装置控制所述第一电控阀38开启，第五电控阀7开启，其余电控阀关闭，并启动所述风机1；通过开启的第一电控阀38、第五电控阀7，使所述第一吸尘头24、旋风集尘器42、过滤器2、风机1、第五电控阀7、成型室26之间形成气流通道，随着铺粉盒23的返回运动，第一吸尘头24将升降台29上方上的余粉从前向后依次吸送到成型室26外部的旋风集尘器42中，并且经过滤后的含保护气体的气流流回成型室26。

所述铺粉盒23退回后退到所述第三吸尘头35的上方；控制装置控制所述第三电控阀4和第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量；通过开启的第四电控阀6，接通了所述风机1的出风口和吹尘头13，开启的风机1将落在所述铺粉盒23以及固定在其上的刮板34、第一吸尘头24和第二吸尘头22上的余粉吹下，同时，通过开启的第三电控阀4，接通了所述风机1的进风口和第三吸尘头35，开启的风机1将落在所述铺粉盒23以及固定在其上的刮板34、第一吸尘头24和第二吸尘头22上的余粉吸送到成型室26外部的旋风集尘器42中；所述风机1大约开启10s-60s后，关闭风机1及铺粉盒的承粉板231。本次打印完成。

若相同，则不进行余粉清除程序，控制装置控制步进电机45运转带动铺粉盒23在所述上向前移动到所述升降台29上方处，控制装置控制电机232转动，承粉板231转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入到升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动刮平升降台29上的粉末；接着铺粉盒23继续前移到所述粉末回收箱41上方，多余的粉末从所述铺粉盒23的下表面开口落入所述粉末回收箱41中，随后铺粉盒的承粉板231关闭；所述激光扫描头25按照扫描数据选择性熔化或烧结所铺粉末成型。本次打印完成。

s5：根据控制装置的判断，若还需进行同层其他区域的打印则返回至步骤s3，循环进行步骤s3～s5直至完成本层所有打印；

若本层打印完成且本层不是最后一层，则返回至步骤s2，进行下一层的打印。若本层打印完成且本层是最后一层，则完成整个3d打印过程。

应当指出，在循环实施步骤s3、s4时，所述送粉管及送粉管清粉电控阀，应根据当前打印的材料区域所用的材料种类合理选择，不受上述“一号送粉管21”、“一号送粉管清粉电控阀11”文字描述限制。

相对于现有技术，本发明所述的多材料零件3d打印机通过设置具有多个吸尘头和吹尘头的余粉清除装置依次完成了送粉管以及与送粉管相连管道中的余粉清除，铺粉平台上的余粉清除，以及铺粉盒与固定在其上的刮板、第一吸尘头和第二吸尘头的余粉清除，全面清除了上一层或上一区域的余粉，以保证下一层或下一区域的粉末中不混有上一层或上一区域的余粉，避免了打印失败或打印所得零件中混有杂质，实现了多材料零件的无污染打印；通过控制装置判断下一区域所用粉末是否与本次打印所有粉末相同，而避免了每次都进行余粉清除，只在下次所用粉末与本次所用不同时才进行余粉清除，从而节约了打印时间；通过设置粉末储藏装置对没有被使用过的粉末进行储存，从而实现了粉末的回收利用，节约了成本；通过使用电控变频器控制风机和不同电控阀的开启和关闭，使得一台风机就实现吹出余粉和负压吸附余粉两种操作。

实施例一

以下结合一具体实施例，来具体说明本发明的多材料零件3d打印的余粉清理方法及本发明的多材料零件3d打印的余粉清理装置的工作过程。

假设打印图1所示的一个具有3种材料的多材料零件32，拟采用激光选区熔化技术进行打印。多材料零件32的每一个成型层都由一种以上的材料构成，可按材料种类，将各成型层分成多个材料区域，所有材料相同的材料区域将组成一个具有相同材料的材料模型，例如本例中，该多材料零件32可由第一材料321、第二材料322、第三材料323构成，设第一材料321为纯钛，第二材料322为青铜，第三材料323为316l不锈钢。应该指出，有些成型层内，可能仅有一个材料区域，有些成型层内，可能有二个甚至三个材料区域，并且某个材料区域可能是单独连续的一块区域，也可能是由相互分离的几个小区域组成。设第一送粉管21在本次打印中专用于送入纯钛粉，第二送粉管19专用于送入青铜粉末，第三送粉管17专用于送入316l不锈钢粉。假设铺粉层厚为20μm。设多材料零件32的3d打印过程都由激光选区熔化3d打印机控制装置控制运行。

如图6、图7所示，以该零件的包括三个材料区域的成型层50，及与成型层50相邻的包括两个材料区域的下一成型层51的3d打印过程为例具体说明本发明的多材料零件3d打印过程余粉清理方法及装置的工作过程。

(1)3d打印机控制装置导入多材料零件的3d打印数据，该数据包括了各材料区域的几何图形扫描数据以及材料信息；

(2)成形平台下降20μm；

(3)执行成型层50的纯钛材料区域50321的粉末供给、铺展、打印及余粉清除：

如图1所示。3d打印机控制装置先将由铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34所构建的铺粉盒23移至第一送粉管21正下方，并控制第一供粉漏斗将定量的纯钛粉通过第一送粉管21送入铺粉盒23内。

3d打印机控制装置判断到下次打印材料区域50322采用的是与本次打印材料区域不同的青铜粉末材料，因此使铺粉盒以合适的速度移动，当铺粉盒23一侧的第二吸尘头22对准第一送粉管21时，3d打印机控制装置先控制第二电控阀3、送粉管清粉电控阀11开启，其余电控阀关闭，然后将合适的风机1电源频率信号发送到电控变频器，使过滤后的回流气流自送粉管清粉电控阀11吹入与第一送粉管21连通的送粉通道，将对应第一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22工作，以合适的吸力将送粉通道内粘附的粉末吸附回收干净。

然后风机1停止运行，步进电机45运转带动铺粉盒23移动到升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平，多余的粉末将倾倒在升降台29右侧的余粉回收箱28内，这些余粉再经由开关阀30自流进成型室26外的粉罐31。

将粉末材料铺展完毕后，3d打印机控制装置通过激光扫描头25指挥激光束根据本次打印材料区域的几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化。

由于下次打印材料区域50322采用的是与本次打印材料区域不同的青铜粉末材料，因此，铺粉盒返回，当铺粉盒返回至距离成型区域还有20-30mm距离的位置时，3d打印机控制装置先控制第一电控阀38、第五电控阀7开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并控制铺粉盒移动机构的电机保持合适的返回速度，使铺粉盒23一侧的第一吸尘头24开始工作，将第一吸尘头24下方约20μm-60μm厚的粉末吸除干净。随着铺粉盒23的向后移动，第一吸尘头24将成型缸体顶部及升降台29上方上的余粉从前向后依次吸送到成型室26外部的旋风集尘器42中，气流中的大部分粉末被收集到集尘桶41中，还带有微量粉末的气流经旋风集尘器42出风口处的过滤器2再次过滤后的流回成型室26内不产生扬尘的区域。

当铺粉盒23返回至成型室26送粉侧的尽头，在那里，设置了第三吸尘头35及吹尘头13，第三吸尘头35正对铺粉盒的下部，吹尘头13正对铺粉盒的上部。由于下次打印材料区域50322采用的是与本次打印材料区域不同的青铜粉末材料，因此，3d打印机控制装置控制第三电控阀4、第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并控制驱动铺粉盒移动机构的电机45保持停止状态，这时第三吸尘头35、吹尘头13同步开始工作：过滤回流的气流经第四电控阀6从吹尘头13吹出，将铺粉盒上粘附的粉尘吹下，同步被第三吸尘头35吸除。所述风机1大约开启10s-60s后，关闭风机1及铺粉盒的承粉板231。

如此，完成成型层50的纯钛材料区域50321的打印工作。

(4)执行成型层50的青铜材料区域50322的粉末供给、铺展、打印及余粉清除：

3d打印机控制装置先将由铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34所构建的铺粉盒23移至第二送粉管19正下方，并控制外部第二供粉漏斗将定量的青铜粉通过第二送粉管19送入铺粉盒23内。

3d打印机控制装置判断到下次打印材料区域50323采用的是与本次打印材料区域不同的316l不锈钢粉末材料，因此使铺粉盒以合适的速度移动，当铺粉盒23一侧的第二吸尘头22对准第一送粉管21时，3d打印机控制装置先控制第二电控阀3、送粉管清粉电控阀10开启，其余电控阀关闭，然后将合适的风机1电源频率信号发送到电控变频器，使过滤后的回流气流自送粉管清粉电控阀10吹入与第二送粉管19连通的送粉通道，将对应第二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22工作，以合适的吸力将送粉通道内粘附的粉末吸附回收干净。

然后风机1停止运行，步进电机45运转带动铺粉盒23移动到升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平，多余的粉末将倾倒在升降台29右侧的余粉回收箱28内，这些余粉再经由开关阀30自流进成型室26外的粉罐31。

将粉末材料铺展完毕后，3d打印机控制装置通过激光扫描头25指挥激光束根据本次打印材料区域的几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化。

由于下次打印材料区域50323采用的是与本次打印材料区域50322不同的316l不锈钢粉末材料，因此，铺粉盒返回，当铺粉盒返回至距离成型区域还有20-30mm距离的位置时，3d打印机控制装置先控制第一电控阀38、第五电控阀7开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并控制铺粉盒移动机构的电机保持合适的返回速度，使铺粉盒23一侧的第一吸尘头24开始工作，将第一吸尘头24下方约20μm-60μm厚的粉末吸除干净；

当铺粉盒23返回至成型室26的尽头，在那里，设置了第三吸尘头35及吹尘头13，第三吸尘头35正对铺粉盒23下部，吹尘头13正对铺粉盒23的上部。由于下次打印材料区域50323采用的是与本次打印材料区域不同的316l不锈钢粉末材料，因此，3d打印机控制装置控制第三电控阀4、第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并控制铺粉盒移动机构单元的电机45保持停止状态，这时第三吸尘头35、吹尘头13同步开始工作，过滤回流的气流经第四电控阀6从吹尘头13吹出，将铺粉盒上粘附的粉尘吹下，同步被第三吸尘头35吸除。所述风机1大约开启10s-60s后，关闭风机1及铺粉盒的承粉板231。

如此，完成成型层50的青铜材料区域50322的打印工作。

(5)执行成型层50的316l不锈钢材料打印材料区域50323的粉末供给、铺展及余粉清除：

3d打印机控制装置先将由铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34所构建的铺粉盒23移至第三送粉管17正下方，并控制外部对应供粉漏斗将定量的316l不锈钢粉通过第三送粉管17送入铺粉盒23内。

3d打印机控制装置判断到下次打印材料区域51323与本次打印材料区域具有相同材料，

因此步进电机45运转带动铺粉盒23移动到升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平，多余的粉末将倾倒在升降台29上右侧的余粉回收箱28内，这些余粉再经由开关阀30自流进成型室26外的粉罐31，随后铺粉盒的承粉板231关闭。

将粉末材料铺展完毕后，3d打印机控制装置通过激光扫描头25指挥激光束根据本次打印材料区域的几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化。

由于下次打印材料区域51323与本次打印材料区域具有相同材料，因此，不执行粉末清除回收动作。

如此，完成成型层50的316l不锈钢材料区域50323的打印工作。

(6)成形平台28下降20μm；

(7)执行成型层51的316l不锈钢材料区域51323的粉末供给、铺展及余粉清除：

3d打印机控制装置先将由铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34所构建的铺粉盒移至第三送粉管17正下方，并控制外部第三供粉漏斗将定量的316l不锈钢粉通过第三送粉管17送入铺粉盒23内。

3d打印机控制装置判断到下次打印材料区域51321采用的是与本次打印材料区域不同的纯钛粉末材料，因此使铺粉盒23以合适的速度移动，当铺粉盒23一侧的第二吸尘头22对准第三送粉管17时，3d打印机控制装置先控制第二电控阀3、送粉管清粉电控阀9开启，其余电控阀关闭，然后将合适的风机1电源频率信号发送到电控变频器，使过滤后的回流气流自送粉管清粉电控阀9吹入与第三送粉管17连通的送粉通道，将对应第三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22工作，以合适的吸力将送粉通道内粘附的粉末吸附回收干净。

然后风机1停止运行，步进电机45运转带动铺粉盒23移动到升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平，多余的粉末将倾倒在升降台29右侧的余粉回收箱28内，这些余粉再经由开关阀30自流进成型室26外的粉罐31。

将粉末材料铺展完毕后，3d打印机控制装置通过激光扫描头25指挥激光束根据本次打印材料区域的几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化。

由于下次打印材料区域51322采用的是与本次打印材料区域不同的纯钛粉末材料，因此，铺粉盒返回，当铺铺粉盒返回至距离成型区域还有20-30mm距离的位置时，3d打印机控制装置先控制第一电控阀38、第五电控阀7开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并铺粉盒移动机构的电机保持合适的返回速度，使铺粉盒23一侧的第一吸尘头24开始工作，将第一吸尘头24下方约20μm-60μm厚的粉末吸除干净；

当铺粉盒23返回至成型室26左侧的尽头，在那里，设置了第三吸尘头35及吹尘头13，第三吸尘头35正对铺粉盒的下部，吹尘头13正对铺粉盒的上部。由于下次打印材料区域51322采用的是与本次打印材料区域不同的纯钛粉末材料，因此，3d打印机控制装置控制第三电控阀4、第四电控阀6开启，其余电控阀关闭，然后通过电控变频器控制风机1具有合适的进气流量，并控制铺粉盒移动机构的电机保持停留状态，这时第三吸尘头35、吹尘头13同步开始工作，过滤回流的气流经第四电控阀6从吹尘头13吹出，将铺粉盒上粘附的粉尘吹下，同步被第三吸尘头35吸除。所述风机1大约开启10s-60s后，关闭风机1及铺粉盒的承粉板231。

如此，完成成型层51的316l不锈钢材料区域51323的打印工作。

(8)执行成型层51的纯钛材料区域51321的粉末供给、铺展及余粉清除：

假设成型层51的下一层打印的第1个材料区域所采用的材料与本次打印材料区域不同。则本区域打印过程除3d打印的控制装置所判断的下次打印材料区域信息以及须控制激光束根据本次打印材料区域几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化外，其余过程与步骤(3)相同，这里不再累述。

假设成型层51的下一层打印的第1个材料区域所采用的材料与本次打印材料区域相同，则3d打印机控制装置先将由铺粉盒23、第一吸尘头24、第二吸尘头22、刮板34所构建的铺粉盒23移至第一送粉管21正下方，并控制外部对应供粉漏斗将定量的纯钛粉通过第一送粉管21送入铺粉盒23内。3d打印机控制装置判断到下次打印材料区域与本次打印材料区域具有相同材料，因此步进电机45运转带动铺粉盒23移动到升降台29上方处，接着3d打印机控制装置命令铺粉盒中的电机232转动一个角度，打开承粉板231，粉末落入在所述升降台29上，固定在所述铺粉盒23上的刮板34随铺粉盒23向前移动，将铺粉盒23后方的粉末铺平，多余的粉末将倾倒在升降台29上右侧的余粉回收箱28内，这些余粉再经由开关阀30自流进成型室26外的粉罐31，随后铺粉盒的承粉板231关闭。将粉末材料铺展完毕后，3d打印机控制装置通过激光扫描头25指挥激光束根据本次打印材料区域的几何图形扫描数据对粉末材料进行选择性熔化；由于下次打印材料区域与本次打印材料区域51321具有相同材料，因此，不执行粉末清除回收动作。如此，完成成型层51的纯钛材料区域51321的打印工作。

如此，完成了成型层50、成型层51的3d打印过程。

若成型层51不是最后一层，则下一层的打印继续进程，其实施过程可参考成型层50的打印过程。若成型层51是最后一层，则完成对多材料零件的打印。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。