[發明專利]電子束熔絲增材制造方法

在審

• 申請號: 201710149378.1
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106695105A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 郭光耀;卓君;李寧
• 申請（專利權）人: 西安智熔金屬打印系統有限公司
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及電子束增材，尤其涉及一種電子束熔絲增材制造方法。

背景技術

電子束增材制造的方法目前有兩種：電子束熔融粉末技術(EBM)及電子束熔絲成型技術(EBF³)。電子束熔融粉末技術采用金屬粉末作為原材料，存在所需金屬粉末制造難度大，使用成本高，成型效率低且金屬粉末不易保存的缺點。電子束熔絲成型在實現高效沉積成型的同時保證打印件質量能達到鍛造水平，該技術具有熱源熔化絲材過程無反射、成形速度快、材料利用率高、能量轉化效率高的特點，可用于大型金屬毛坯的快速成型及金屬零件的修復。

現有的電子束熔絲成型過程為：首先利用三維軟件對預打印件建模，再對模型分層切片、打印路徑規劃后導入增材裝置中，送絲機輸出金屬絲材將其送入基板或者上一層表面熔化的熔池內，以電子束作為熱源持續熔化金屬絲材最終完成堆積打印成型過程。目前實現這一成型過程的電子束熔絲裝置有兩種類型：(1)電子槍固定且一般安裝在真空室外，通過承載成型件的工作平臺旋轉或位移改變打印件位置，從而實現復雜零件的加工過程；(2)工作平臺固定，電子槍安裝在真空室內且通過改變電子槍的位移改變打印位置。

無論選用哪種裝置類型，電子束熔絲成型過程中熱源與絲材非同軸同步變化的，而是存在兩者一定的位向差異和速度差異。如何有效控制這種方向差異和速度差異，成為了控制沉積件質量的關鍵。

位向差異和速度差異轉換到參數控制中，體現為以下工藝參數：送絲高度、熱源與絲束間距、送絲角度(絲材與基板的角度)、送絲方向、工作平臺運動速度、送絲速度。傳統的電子束熔絲增材在制造過程中重點在于絲束間距、送絲速度、送絲角度以及與熱源(電子束)相關的參數控制，而忽略了絲材送進方向的控制。而試驗表明，絲材的送進方向的合適與否，嚴重影響沉積件的表面質量及工藝穩定性。具體原因為：在當其他參數條件一定的情況下，絲材從熔池前方送進時受熱源熱傳導及熔池最強溫區的熱輻射作用強，而絲材從兩側或后端送進時，雖然熱源對絲材產生的熱傳導作用較絲材從前方送進時相同，但是由于遠離熔池前端的高溫區，由熔池產生的熱輻射作用弱，造成絲材的熔化能量不足。表現出的效果為：絲材很難以微滴或橋液狀穩定過渡到熔池，而是由于絲材熔化不充分導致與熔池粘連，從而造成熔融沉積過程中斷或由于絲材熔化不均勻導致成型面粗糙、光潔度差，影響下一層的沉積質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電子束熔絲增材制造方法，旨在用于解決現有的電子束熔絲增材質量較差的問題。

本發明是這樣實現的：

本發明實施例提供一種電子束熔絲增材制造方法，采用電子槍與至少兩臺送絲機配合在真空室的基板上打印成型打印件，包括以下操作步驟：

S1.利用分層處理軟件規劃打印件的層厚尺寸以及沉積層的寬度尺寸，將所述打印件沿厚度方向分隔為多層沉積層且將每一所述沉積層分隔為多條沉積路徑；

S2.將各所述送絲機按照各所述沉積路徑分布，以使每一所述沉積路徑的前方均設置有其中一所述送絲機的出絲嘴，調節各送絲機的出絲嘴角度以控制絲材與所述基板之間的角度；

S3.啟動與首層所述沉積層的首道沉積路徑對應的送絲機，同時開啟所述電子槍并產生電子束；

S4.控制所述電子槍與所述基板相對移動，且相對移動的移動路徑為首層所述沉積層的首道所述沉積路徑，所述送絲機的絲材進入或者靠近所述基板上的熔池；

S5.所述電子束持續熔融以額定速度送進的所述絲材，所述絲材形成微滴或橋液形式進入熔池，且逐漸冷凝成型，進而形成首層首道所述沉積路徑；

S6.繼續打印首層另外各所述沉積路徑，且選擇該沉積路徑對應的送絲機工作，重復S4-S5直至首層所述沉積層沉積完成；

S7.重復S4-S6依次完成另外各所述沉積層，直至所述打印件打印完成。

進一步地，所述電子槍與各所述送絲機均位于所述真空室外側。

進一步地，所述送絲機為兩臺，將各所述沉積層均分為兩個部分，兩個部分分別對應兩臺所述送絲機，且每一所述送絲機的出絲嘴均位于對應部分的各所述沉積路徑的前方。

進一步地，每一所述送絲機的出絲嘴均可在水平面內旋轉0°-180°，且兩臺所述送絲機的出絲嘴之間的角度調節范圍為0°-360°。