本发明涉及增材制造，特别涉及动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置及方法。
背景技术：
1、增材制造（am）工艺，例如激光粉末床融合（lpbf）技术，其特点是通过激光对逐层铺展均匀的粉末层扫描完成构建，可提供高度的设计自由度。近年来，航空航天、汽车等领域对增材制造零件的精度提出了更高的要求，这也推动更高精度的增材制造技术的发展。提升增材制造零部件精度需要从三个方面入手：缩小激光光斑直径、减小铺展层厚和使用粒径更细的超细粉末。然而，超细粉末由于受限于质量小、内聚力高的特点，极易发生团聚，导致在小层厚铺展过程中容易出现空斑、粉层厚度不均等问题，容易在激光成形过程中造成熔融缺陷，使得后端零件表面质量和整体性能变差。
2、目前，增材制造行业内判别粉末能否满足打印要求仍是依赖于传统的粉末冶金的标准表征方法，例如：表征流动性、松装密度等性能。一般认为，有流动性的或者流速值更小（采用霍尔流量计测试）的粉末更能满足打印要求，业内普遍将满足打印要求粉末的粒度规定在15-53μm这一范围内。但是，在实际生产中，操作人员发现有些没有流动性的粉末同样能够进行打印。针对近年来新兴的微米级激光粉末床融合（μ-lpbf）技术，更是将粉末粒径范围划到了0-25μm。根据实验测试，0-25μm这一粒度段的超细粉末无法使用传统的霍尔流量计测试流动性，团聚的粉末难以流下漏斗口，即不具备流动性。由此可见，流动性等传统性能指标并不能客观反映粉末的铺展性能，但对于粉末真实的铺展性能依旧缺乏标准化的测试装置和方法，无法充分满足更高精度的增材制造工艺所需原料的检测需求。
3、综上，增材制造过程中粉末真实的铺展特性直接影响了增材制造零件的质量。所以，除了直接观察外，开发出一种可评判各种粒度范围的粉末铺展性的装置及方法至关重要，对于推动高精密增材制造行业的发展有着重要意义。本专利提供了一种可动态测试多个粒度段粉末的铺展性能的解决方案。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置及方法，通过设置的步骤s1-s7以及铺展模块和测试模块，来解决流动性等传统性能指标并不能客观反映粉末的铺展性能，但对于粉末真实的铺展性能依旧缺乏标准化的测试装置和方法，无法充分满足更高精度的增材制造工艺所需原料的检测需求的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置及方法，包括测试平台，还包括：
4、储粉仓，所述储粉仓设置于测试平台的顶部；
5、铺展模块，所述铺展模块设置于测试平台的顶部；
6、所述铺展模块包括相对设置于测试平台顶部的导轨、设置于导轨侧部的刮刀；
7、测试模块，所述测试模块设置于储粉仓的侧部；
8、所述测试模块包括设置于测试平台顶面的楔形凹槽、设置于楔形凹槽侧部的圆形凹槽、设置于圆形凹槽侧部的方形凹槽；
9、所述楔形凹槽的顶部设置有光镜；
10、所述圆形凹槽以及方形凹槽底部均设置有升降平台。
11、优选地，所述导轨侧部设置有电机；
12、所述刮刀侧面安装有振动泵。
13、优选地，所述楔形凹槽的深度呈梯度变化，且楔形凹槽的底部设置有0-100μm的刻度线，在0μm标线处即深度为零，即末端与测试平台的顶面在一个水平面上。
14、优选地，所述刮刀的底部紧贴测试平台的顶部，且所述刮刀的高度可调节。
15、优选地，所述测试模块用于测试粉末在不同粒度段的铺展性，包括铺展覆盖率以及铺展密度。
16、动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置的使用方法，包括以下步骤：
17、s1、准备阶段，保证测试平台清洁且无杂质，将待测试的粉末材料装入储粉仓中；
18、s2、粉末铺展，启动储粉仓平台，将粉末向上推出，使其高于测试平台面，然后启动铺展模块中的刮刀，通过电机驱动刮刀在导轨上往复运动，推动粉末向前铺展；
19、s3、粉末铺展性能测试，粉末被推送至测试模块，所述测试模块集成了楔形凹槽、圆形凹槽和方形凹槽，并调整升降平台的高度，以模拟真实打印过程中的不同层厚；
20、s4、观察与评估，使用光镜观察楔形凹槽内的粉末铺展状态，可分别使用图像法和光镜投影面积法评估铺展覆盖率，通过图像处理软件分析粉末覆盖区域与未覆盖区域的面积比例，通过圆形凹槽（42）和方形凹槽（43）功能模块下方平台集成的称量传感器反馈数值计算得出粉末的铺展密度；
21、s5、数据记录与分析，记录不同粒度段的铺展覆盖率和铺展密度，分析数据，确定粉末的铺展性能，优化粉末材料或调整铺展工艺参数；
22、s6、调整与优化，根据测试结果，调整刮刀的振动频率、铺粉速度或粉末材料的粒度分布，以改善铺展性能；
23、s7、重复测试，重复上述步骤，对不同粉末材料或不同工艺参数进行测试，以获得最佳铺展性能。
24、优选地，所述步骤s4中使用图像法计算铺展覆盖率，通过图像处理软件分析粉末覆盖区域与未覆盖区域的面积比例包括以下步骤：
25、s41、对楔形凹槽内0-100μm范围内铺展的粉末进行整体成像，调整楔形凹槽内粉末覆盖区域和未覆盖的对比度，转化为两种颜色的阈值图；
26、s42、阈值图中的红色区域代表粉末覆盖区域，灰色区域代表未覆盖区域，使用图像处理软件计算粉末覆盖区域所占整体区域面积的比例；
27、s43、当该比例值大于50%，认定为粉末铺展性良好；当该比例值小于50%，认定为粉末铺展性差。
28、优选地，所述步骤s4中的使用光镜投影面积法计算铺展密度包括以下步骤：
29、s401、在10s内匀速刮涂完粉末，将细度计置于光镜下，取所需铺展层厚刻度处3mm左右的条带为观测范围；
30、s402、使用图像处理软件计算每个视域内粉末的投影面积所占整体视域面积的比率；
31、s403、当该比率值大于20%，认定为铺展性良好；当该比率值小于10%，认定为铺展性差；当该比率值介于10%-20%之间，认定为铺展性一般。
32、优选地，所述步骤s4中的使用圆形凹槽（42）和方形凹槽（43）功能模块计算铺展密度包括以下步骤：
33、s4001、下降所述圆形凹槽（42）和方形凹槽（43）下方的升降平台（44），形成固定深度为h的凹槽，计算所述圆形凹槽（42）和方形凹槽（43）的体积，分别计为v1，v2；
34、s4002、匀速刮涂粉末使其填充所述圆形凹槽（42）和方形凹槽（43），读取凹槽下方称量平台重量，分别计为m1，m2；
35、s4003、使用体积计算公式计算每个凹槽内测得的铺展密度值ρ1、ρ2，对比粉末的松装密度ρ松装和振实密度值ρ振实，评估粉末的铺展性能；
36、s4004、当ρ1、ρ2值大于ρ振实，认定为铺展性极好；当ρ1、ρ2值介于ρ振实和ρ松装之间，认定为铺展性良好；当ρ1、ρ2值小于ρ松装，认定为铺展性差。
37、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
38、解决了各个粒度端的粉末铺展测试的需求，如0-25um、15-53um、63-100 um，不同粒度段粉末的应用技术不同；像0-25um的细粉极易团聚，难以用流动性测试方法进行表征；
39、可动态调节刮刀的频率、铺展速度，用于验证这些工艺参数对粉床铺展状态和后期成形性能的影响，结合目前的实验结果来看，与预期的结果也相符：随着刮刀振动频率升高，粉末铺展性变好，但振动频率过高，粉末开始激荡，效果变差；
40、可对打印过程中的粉末床的铺展密度进行精确测量，真实反映打印过程中粉末堆积状态，对于用料估量有极大帮助；
41、可用于研究刮刀速度、振动频率对粉末铺展密度、对后期成形件性能（如致密度、粗糙度等）的影响。
1.动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置，包括测试平台（1），其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置，其特征在于：所述导轨（31）侧部设置有电机；
3.根据权利要求2所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置，其特征在于：所述楔形凹槽（41）的深度呈梯度变化，且楔形凹槽（41）的底部设置有0-100μm的刻度线，在0μm标线处即深度为零，即末端与测试平台（1）的顶面在一个水平面上。
4.根据权利要求3所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置，其特征在于：所述刮刀（32）的底部紧贴测试平台（1）的顶部，且所述刮刀（32）的高度可调节。
5.根据权利要求4所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置，其特征在于：所述测试模块（4）用于测试粉末在不同粒度段的铺展性，包括铺展覆盖率以及铺展密度。
6.动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置的使用方法，其特征在于：所述步骤s4中使用图像法计算铺展覆盖率，通过图像处理软件分析粉末覆盖区域与未覆盖区域的面积比例包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置的使用方法，其特征在于：所述步骤s4中的使用光镜投影面积法计算铺展密度包括以下步骤：
9.根据权利要求6所述的动态测试多粒度段粉末铺展性能的装置的使用方法，其特征在于：所述步骤s4中的使用圆形凹槽（42）和方形凹槽（43）功能模块计算铺展密度包括以下步骤：
