[發明專利]可在線熱處理的增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 201710407026.1
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107020380B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 郭超;林峰;馬旭龍
• 申請（專利權）人: 清華大學天津高端裝備研究院;天津清研智束科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 11332 北京品源專利代理有限公司
• 代理人: 胡彬

本發明屬于3D打印領域，公開了一種可在線熱處理的增材制造裝置，包括成形室，內部具有預設的低真空度，且其上設有氣體入口和氣體出口；等離子體發生器，連通于成形室，用于產生電子束對成形室內的粉末層掃描預熱；激光發生器，安裝在成形室上且位于氣體入口的一側，用于產生激光束來熔化所述粉末層；控制器，連接于等離子體發生器以及激光發生器。本發明還公開了一種可在線熱處理的增材制造方法。采用等離子體發生器產生的電子束對粉末層掃描預熱，不需要高真空環境，只需低真空度即可使用，使加工過程應力低，零件加工完成后無需額外進行熱處理，保證了加工產品的精度和表面質量。采用激光發生器產生的激光束對粉末層進行熔化，精確地熔化截面。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種可在線熱處理的增材制造裝置及方法。

背景技術

增材制造(3D打印)是一種通過連續熔合一個以上薄層的材料來制造三維實體零件的制造技術。

目前鋪粉式的增材制造一般有兩種技術路線：采用激光作為熱源以及采用電子束作為熱源，其中：

采用激光作為熱源時，成形室內一般灌流惰性氣體，使得成形室內形成氣體流動，氣體的流動能夠對透過激光的光學器件進行吹掃，使之免受金屬蒸汽、粉末雜質的污染，保持足夠的透明度。激光的光斑小，成形精度高。但激光的功率小，不能將粉床加熱到很高溫度(一般200攝氏度左右，最高500攝氏度)，導致成形的零件熱應力很大，一方面會導致成形過程容易開裂，另一方面需要在成形之后額外進行熱處理，以消除殘余應力。

采用電子束作為熱源時，由于電子束功率大，可以將粉床加熱到很高溫度(500-1000攝氏度)，成形過程應力低，開裂風險??；成形之后無需熱處理就可以直接使用。但電子束的光斑大，成形精度較低。

如果將激光和電子束復合在一起進行成形操作，則既發揮激光精度高的優勢，又能發揮電子束功率大、加熱粉床溫度高的優勢，但上述方式存在以下問題：

電子束工作的腔室一般需要高真空(10^-2Pa量級)，如果腔室真空度不夠，產生電子的陰極所處空間的真空度也不夠，高溫的陰極容易燒損，無法工作。而高真空的腔室中幾乎不存在氣體，無法形成氣體流動，無法對激光的透過玻璃進行吹掃，使之免受金屬蒸汽污染。因此，激光、電子束很難一起同時工作，存在非此即彼的矛盾。也就是說，電子束要求的高真空環境很難引入激光熱源，而激光要求的氣體流動環境很難引入電子束熱源。

因此，如何設計一種能夠既使用電子束同時能夠使用激光的增材制造裝置是目前要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可在線熱處理的增材制造裝置及方法，以解決現有增材制造裝置電子束要求的高真空環境很難引入激光熱源，而激光要求的氣體流動環境很難引入電子束熱源的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種可在線熱處理的增材制造裝置，包括：

成形室，內部具有預設的低真空度，且其上設有氣體入口以及氣體出口；

等離子體發生器，連通于所述成形室，用于產生電子束，并由所述電子束對成形室內的粉末層掃描預熱；

激光發生器，安裝在成形室上且位于氣體入口的一側，用于產生激光束來熔化所述粉末層；

控制器，連接于所述等離子體發生器以及激光發生器。

作為優選，所述預設的低真空度為10°Pa量級的真空度。

作為優選，所述氣體入口處設有氣體產生裝置，所述氣體出口連接有真空獲得裝置，所述氣體產生裝置和真空獲得裝置均連接有所述控制器。

作為優選，所述氣體產生裝置與所述氣體入口之間設有連接于控制器的流量控制器；