用于多材料3D打印的粉体原位配比和混合系统

本发明涉及3d打印或增材制造，具体为一种用于多材料3d打印的粉体原位配比和混合系统。

背景技术：

1、多材料3d打印通过将设计空间扩展到不同的材料，可以在单一部件特定区域一体打印成型具有特殊性能、特殊结构的制品而成为非常有影响力和吸引力的技术。

2、多材料3d打印可以将不同特性，如导热、导电、绝缘，耐蚀性和环境适应性等组合到一个产品中，从而制造具有组合属性或功能的产品。这为众多的应用领域，如电子和嵌入式传感器、生物医学的植入物、航空航天、汽车以及能源系统等，都提供的全新的解决思路。

3、粉体基材是3d打印常用的重要材料形态之一，常用于金属和陶瓷材料的打印成型，对于3d打印从快速原型验证走向实际工程零件制造具有重要意义。材料的混合与输送是多材料3d打印顺利实现所必须的关键步骤和物质保障。在粉体材料的混合与输送方面开展了创新性研究，为粉体材料3d打印应用场景提供了许多巧妙的解决方案。对毛细管施加超声振动进行微量粉体的输送是一种重要的方法和途径。shuji matsusaka 等开展了超声波振动毛细管输送粉体研究，建立了粉体输送流量与管径，振动频率，振动幅度之间的关系，实现了毫克每秒的稳定输送，并阐述了输送机理。lehua qi等发现了稳定输送时管道合适锥角和振幅（临界条件），并喷射了一些图案，杨实现了干粉体的稳定输送，洪辰实现了毫克粘性粉体的稳定输送。以上都是对单一粉体进行稳定输送。采用毛细管进行多粉体的输送进行梯度材料的打印未见报道。yang等人开发了一种计算机控制的微进料系统，用于使用毛细管的超声波振动进行干粉微进料，从而在超声波系统中产生均匀的粉末剂量。wang等人使用具有超声波振动和脉冲振动的毛细管实现了细粘性粉末的稳定微量进料。然而，上述研究均未见使用毛细管进行多粉末进料和打印梯度材料报道。曼彻斯特大学的研究人员较早报道了多材料选择性激光熔覆技术。al-jamal等人（o. al-jamal, s. hinduja, l.li, characteristics of the bond in cu–h13 tool steel parts fabricated usingslm, cirp ann. manuf. technol. 57 (1) (2008) 239–242.）通过使用单个超声波振动致动器分别分配铜粉和h13工具钢粉末，完成了二维（2d）多种金属粉末的激光熔化。

4、粉末床是粉体材料3d打印一种广泛使用的进料方式，zhang xiaoji等通过激光粉末床原位混合与融覆，成功打印了三维金属-玻璃功能梯度材料部件。在研究中，通过双超声波振动进料系统实现了粉体稳定输送。然而，粉末原位混合不太有效。

5、wei等人（chao wei, lin li, xiaoji zhang, yuan-hui chueh,3dprinting ofmultiple metallic materials via modified selective laser melting, cirp ann.67 (1) (2018) 245–248.）将超声波粉末进料和粉末床铺展相结合，制造了316l/in718和316l/cu10sn多材料金属部件。yang等人（shoufeng yang, julian r.g evans, a multi-component powder dispensing system for three dimensional functionalgradients, mater. sci. eng. a 379 (1-2) (2004) 351–359.）开发了一种系统，可以通过声波振动分配两种不同比例的粉末，然而，粉末仅能通过静态锥形料斗混合。采用粉末床进行多材料打印时，面临多材料进料、混合、回收等诸多困难，材料的进料、混合、回收装置比较复杂，打印效率也不高。

6、为了解决在多材料3d打印中，上述粉体原位的配比与混合输送的问题，需要开发一种新型的粉体配比和混合系统。

技术实现思路

1、本发明为了解决多材料3d打印中，多材料原位粉末的混合与输送的问题，提供了一种用于多材料3d打印的粉体原位配比和混合系统。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种用于多材料3d打印的粉体原位配比和混合系统，包括作动器、振动板、角度调节装置、三通微管道、x-y工作台与落料器，所述作动器与振动板均设置于固定板上，所述作动器可拆卸的紧固连接于振动板上、且实现使振动板振动的功能，所述振动板的内部设有内齿圈，所述内齿圈内设有一个与内齿圈啮合的调节齿轮，所述振动板的下部还固定设有管夹ⅰ；所述角度调节装置包括角度调节板、电机与管夹ⅱ，所述角度调节板呈扇形或圆形，所述角度调节板的圆心角处通过滚动轴承连接于振动板的内齿圈中心轴处；所述电机安装于角度调节板上，所述电机的输出轴穿过角度调节板后键连接于调节齿轮的轴线，所述管夹ⅱ固定于角度调节板的圆心角位置。所述三通微管道的三个分支分别为相互连通的支管a、支管b与支管c，所述支管a与支管b为上部的两个入料口，所述支管c为下部的出料口，所述支管c安装于管夹ⅱ内，所述支管c通过软管连接于落料器的顶部入料口；所述落料器的下部安装于管夹ⅰ上，所述落料器的底端出料口正对于x-y工作台。

3、本发明所设计的一种用于多材料3d打印的粉体原位配比和混合系统，包括作动器、振动板、角度调节装置、三通微管道、x-y工作台与落料器，作动器与振动板均设置于固定板上，此处不限定设置或连接方式。作动器可拆卸的紧固连接于振动板上，作动器施加高频驱动力作用到振动板，可实现使振动板振动的功能。振动板的内部设有内齿圈，内齿圈内设有一个与内齿圈啮合的调节齿轮，调节齿轮与内齿圈也互相匹配。振动板的下部还固定设有管夹ⅰ，用于固定落料器。角度调节装置包括角度调节板、电机与管夹ⅱ管夹，角度调节板呈扇形或圆形，角度调节板的圆心角处通过滚动轴承连接于振动板的内齿圈中心轴处；电机安装于角度调节板上，电机的输出轴穿过角度调节板后键连接于调节齿轮的中心，当电机工作时，输出轴带动调节齿轮转动，从而带动角度调节板沿圆弧线绕轴线移动。三通微管道的三个分支分别为相互连通的支管a、支管b与支管c，支管a与支管b为上部的两个入料口，支管c为下部的出料口，支管c安装于管夹ⅱ内，管夹ⅱ固定于角度调节板的圆心角位置，由于支管c安装在管夹ⅱ内，则角度调节板沿弧线转动时，三通微管道也随之实现一定的角度变化，作用于支管a与支管b方向的驱动力方向和大小比发生变化，使支管a与支管b内粉体可实现任意比例的配比和混合输送，同时由于高频振动，也可以使粉体混合均匀。由于支管c通过软管连接于落料器的顶部入料口；落料器的下部安装于管夹ⅰ上，落料器的底端出料口正对于x-y工作台，则混合的粉体从支管c中落下，沉积至x-y工作台。

4、优选的，所述角度调节板若为扇形，其形状为90°扇形。

5、优选的，还可增加三通微管道，实现多粉体的复杂混合。

6、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种用于多材料3d打印的粉体原位配比和混合系统，①通过施加高频驱动力，转动三通微管道以改变作用于三通支管方向的驱动力大小比，进行双粉体的原位配比与混合；②粉体配比调节方便，响应速度快，过渡粉体少；③通过高频振动提高了粉体混合的均匀度，降低了粉体因团聚、桥拱堵塞管道的发生几率；④通过增加三通微管道，可实现多种粉体的复杂混合，对多种材料的混合喷射具有借鉴意义，为粉体材料的梯度打印和多材料打印过程中粉体的混合喷射提供了有效路径。