[發明專利]電子束選區熔化與電子束切割復合的增材制造方法

有效

• 申請號: 201710047601.1
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106825567B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 林峰;周斌;閆文韜;李宏新;張磊;張婷;郭超
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B28B1/00;B23K15/08;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

1.一種電子束選區熔化與電子束切割復合的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法所采用的增材制造裝備包括：

真空成形室；

工作臺裝置，所述工作臺裝置的成形區域至少設在所述真空成形室內；

粉末供給裝置，所述粉末供給裝置用于將粉末鋪展到所述成形區域；

至少一個所述電子束發射聚集掃描裝置，所述電子束發射聚集掃描裝置的掃描范圍至少覆蓋所述成形區域的一部分；

控制器，所述控制器控制每個所述電子束發射聚集掃描裝置工作，以發射加熱、選區熔化和電子束切割三種模式的電子束，

其中，所述粉末供給裝置將粉末鋪展到成形區域上形成一定厚度的粉末床；

電子束發射聚焦掃描裝置發射處于加熱模式的電子束對所述粉末床進行掃描預熱，以加熱粉末使之產生微燒結；

電子束發射聚焦掃描裝置發射處于選區熔化模式的電子束對截面輪廓內的粉末進行掃描熔化，以熔化沉積所述粉末，形成所需的零件截面層；

電子束發射聚焦掃描裝置發射處于電子束切割模式的電子束對所述零件截面的內外輪廓進行一次或多次切割掃描，去除或切除輪廓上的粗糙邊緣和熔接粉末，以獲得精確平順的零件截面內外輪廓；

在所述切割輪廓的零件截面層上鋪展粉末，然后依次進行加熱、熔化沉積和輪廓切割，重復上述鋪展、加熱、熔化沉積和輪廓切割分層制造過程，直至得到所需的三維實體零件，其中，在所述加熱模式下，所述電子束發射聚焦掃描裝置發射的電子束聚焦在成形平面的上方或下方，掃描速度為0.01米/秒至50米/秒，且兩次相鄰的掃描路徑之間不重疊，掃描間距大于10微米；

在所述選區熔化模式下，所述電子束發射聚焦掃描裝置發射的電子束聚焦在成形平面上，掃描速度為0.01米/秒至10米/秒，且兩次相鄰的掃描路徑之間不重疊，掃描間距大于10微米；

在所述電子束切割模式下，所述電子束發射聚焦掃描裝置發射的脈沖電子束聚焦在零件截面平面上，脈沖頻率1Hz至100kHz，掃描速度0.1米/秒至5米/秒，且兩次相鄰的掃描路徑需重疊或掃描間距小于8微米，或者，在所述電子束切割模式下，所述電子束發射聚焦掃描裝置發射的連續電子束聚焦在零件截面平面上，掃描速度為1米/秒至50米/秒，且兩次相鄰的掃描路徑完全重疊或掃描間距小于8微米。

2.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述電子束發射聚集掃描裝置的電子束加速電壓在10kV-200kV內變化。

3.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述電子束發射聚集掃描裝置能夠產生連續電子束和脈沖電子束。

4.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，在所述選區熔化模式下，所述電子束發射聚焦掃描裝置通過調整電子束的束流強度、在成形平面上的焦點移動速度、相鄰掃描路徑的掃描間距和間隔時間來調整熔化深度，

其中，對于當前成形層的下面是零件實體且當前成形層需要與之熔合的區域時，熔化深度超過當前成形層的厚度；對于當前成形層的下面是粉末床或切割出的輪廓邊緣的區域時，熔化深度小于等于當前成形層的厚度。

5.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述電子束發射聚集掃描裝置設在所述真空成形室的頂部且位于成形區域的正上方。

6.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述粉末包括陶瓷粉末和/或金屬粉末。

7.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述電子束發射聚集掃描裝置包括兩個，每個所述電子束發射聚集掃描裝置發射的電子束均具有加熱、選區熔化和電子束切割三種模式，且兩個所述電子束發射聚焦掃描裝置的掃描區域在邊緣部分有重疊，其余90％以上的掃描區域互不重疊。

8.根據權利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述電子束發射聚集掃描裝置包括按陣列排布的至少四個，每個所述電子束發射聚集掃描裝置發射的電子束均具有加熱、選區熔化和電子束切割三種模式，且每個所述電子束發射聚焦掃描裝置的掃描區域在邊緣部分有重疊，其余80％以上的掃描區域互不重疊。