[發明專利]一種電子束熔絲沉積導流咀及方法

有效

• 申請號: 201710878186.4
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107649775B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 陳國慶;樹西;柳峻鵬;齊爽;張秉剛;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 吳國清

一種電子束熔絲沉積導流咀及方法，以解決現有電子束熔絲沉積技術會導致熔絲過程易中斷、發生粘絲現象、電子束熔絲沉積過程中會產生大量金屬蒸汽，造成氣孔的問題。本發明的方法：一、將金屬絲材由送絲導流咀的送絲段的通孔中送入；二：電子束從圓孔穿入直接作用在金屬絲材上，使絲材熔化形成液態金屬；三：金屬絲材在電子束作用下熔化后經過儲液凹槽流落至基板后凝固成沉積金屬，至此，完成熔絲沉積加工。本發明的送絲導流咀的上方管壁上且位于送絲段與熔絲段的交界處開設有與通孔相通的圓孔，送絲導流咀的內壁靠近熔絲段末端部位設有儲液凹槽，所述加熱線圈套裝在導流咀上且位于儲液凹槽的部位。本發明用于電子束熔絲沉積增材制造。

技術領域

本發明涉及一種電子束熔絲沉積加工技術，具體涉及一種電子束熔絲沉積導流咀及方法。

背景技術

在航空航天、微納制造、生物醫學工程等領域，電子束熔絲沉積增材制造技術有著廣泛應用。電子束熔絲沉積原理是將絲材在電子束的熱源作用下熔化后凝固形成沉積體，在電子束熔絲沉積加工過程中電子束直接作用于絲材和基體金屬上，因此存在以下問題：首先，要求絲材準確插入已形成的熔池中，即絲材送入點必須位于與電子束流移動方向一致的軸線上，且高度方向上必須保持與電子束形成的熔池相對位置不變，即使產生較小偏差，也會使熔絲過程不連續甚至發生粘絲現象；其次，當絲材彈性模量較小或絲材受熱不均勻時極易發生彎曲變形，導致絲材偏離熔池，最終使得熔絲過程中斷；第三，在電子束的直接作用下，產生大量金屬蒸汽，最終形成氣孔等缺陷。上述分析可知，造成電子束熔絲加工穩定性差的本質原因是：加工過程實質均為絲-束-熔池三者直接耦合過程，三因素耦合過程控制難度高，且各因素可調節窗口區間很小，導致熔絲過程穩定性和連續性較差。因此，研究一種新型的電子束熔絲沉積技術，實現提高效率、提高穩定性、降低成本對增材制造技術的發展具有重要的意義。

發明內容

本發明為了解決現有電子束熔絲沉積加工技術存在以下問題：⑴、絲材送入點須與電子束流移動方向一致的軸線上，且高度方向上必須保持與電子束形成的熔池相對位置不變，即使產生較小偏差，也會使熔絲過程不連續甚至發生粘絲現象；⑵、絲材彈性模量較小或受熱不均勻，極易發生彎曲變形，導致熔絲過程中斷；⑶、電子束會產生大量金屬蒸汽，造成氣孔等缺陷；故提供一種電子束熔絲沉積導流咀及方法。

本發明的電子束熔絲沉積導流咀，其組成包括送絲導流咀和加熱線圈，所述送絲導流咀由上至下依次為送絲段、熔絲段和導流段，所述送絲導流咀的內部沿軸線設有通孔，送絲段的通孔直徑小于熔絲段的通孔直徑，導流段的通孔直徑小于送絲段的通孔直徑，送絲段的通孔直徑與金屬絲材的直徑相同，送絲導流咀的上方管壁上且位于送絲段與熔絲段的交界處開設有與通孔相通的圓孔，送絲導流咀的內壁靠近熔絲段末端部位設有儲液凹槽，所述加熱線圈套裝在導流咀上且位于儲液凹槽的部位。

本發明的一種電子束熔絲沉積方法，所述方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、將金屬絲材由送絲導流咀的送絲段的通孔中送入；

步驟二：電子束從圓孔穿入直接作用在金屬絲材上，使絲材熔化形成液態金屬；

步驟三：金屬絲材在電子束作用下熔化后經過儲液凹槽流落至基板后凝固成沉積金屬，至此，完成熔絲沉積加工。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

一、本發明的方法是利用特制的送絲導流咀實現了電子束熔絲沉積加工模式，即電子束穿過導流咀上的圓孔將導流咀內部絲材熔化得到液態金屬，液態金屬在導流咀的引流作用下過渡到基體金屬上，最終實現電子束熔絲加工。

二、本發明的方法采用了降低和分離影響因素的方式，即將絲-束-熔池三因素分解成雙因素作用，即絲-束作用。采用內熔方式(絲材在導流咀內部被電子束加熱熔化)形成液態金屬，再控制液態金屬過渡到基體上形成熔池，最終凝固成形，實現連續穩定的電子束熔絲加工過程。