[發(fā)明專利]多束流電子束成型方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010541066.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111687414A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 王晶

本發(fā)明涉及一種多束流電子束成型方法，采用具有多束流電子束的3D打印機(jī)，其步驟為：首先，模型修正，通過(guò)通用軟件根據(jù)零件模型特點(diǎn)進(jìn)行模型修正，計(jì)算加工余量，修改局部特征，使得模型適合進(jìn)行多束流電子束成型；切片，通過(guò)通用軟件對(duì)零件模型進(jìn)行切片分成，生成多束流電子束成型可以執(zhí)行的程序，最后生成切片文件；設(shè)定工藝參數(shù)，根據(jù)成型零件大小，設(shè)定送絲速度、電子束功率、基板移動(dòng)速度；逐層打印，最終得到所需的零件外形；后處理，將基板與零件進(jìn)行切割。本發(fā)明采用雙電子束作為能量源，同軸輸送加熱金屬絲材，打印效率高、精度高，實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)件的增材制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬3D打印方法，尤其是一種電子束成型方法。

背景技術(shù)

增材制造俗稱3D打印，是融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成形技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。

目前可用于直接制造金屬功能零件的主要金屬3D打印工藝有：包括選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)技術(shù)、直接金屬粉末激光燒結(jié)(Direct Metal LaserSintering，DMLS)、選擇性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技術(shù)、激光近凈成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)技術(shù)和電子束選擇性熔化(Electron BeamSelective Melting，EBSM)技術(shù)等。

選擇性激光燒結(jié)(SLS)，選擇性激光燒結(jié)，顧名思義，所采用的冶金機(jī)制為液相燒結(jié)機(jī)制，成形過(guò)程中粉體材料發(fā)生部分熔化，粉體顆粒保留其固相核心，并通過(guò)后續(xù)的固相顆粒重排、液相凝固粘接實(shí)現(xiàn)粉體致密化。由于燒結(jié)好的零件強(qiáng)度較低，需要經(jīng)過(guò)后處理才能達(dá)到較高的強(qiáng)度并且制造的三維零件普遍存在強(qiáng)度不高、精度較低及表面質(zhì)量較差等問(wèn)題。

激光熔化沉積(Laser Metal Deposition，LMD)于上世紀(jì)90年代由美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次提出，隨后在全世界很多地方相繼發(fā)展起來(lái)，由于許多大學(xué)和機(jī)構(gòu)是分別獨(dú)立進(jìn)行研究的，因此這一技術(shù)的名稱繁多，雖然名字不盡相同，但是他們的原理基本相同，成型過(guò)程中，通過(guò)噴嘴將粉末聚集到工作平面上，同時(shí)激光束也聚集到該點(diǎn)，將粉光作用點(diǎn)重合，通過(guò)工作臺(tái)或噴嘴移動(dòng)，獲得堆積的熔覆實(shí)體。LENS技術(shù)使用的是千瓦級(jí)的激光器，由于采用的激光聚焦光斑較大，一般在1mm以上，雖然可以得到冶金結(jié)合的致密金屬實(shí)體，但是由于激光的效率低，金屬吸收率不高，導(dǎo)致輸入功率過(guò)大，凝固組織粗大，成型后零件結(jié)構(gòu)性能下降，并且效率較低，成本較高。

直接能量沉積(DED)技術(shù)中還有電子束旁軸送絲技術(shù)，采用電子束作為能量源，旁軸送絲進(jìn)行熔覆，電子束的能量利用率雖然比激光要高，但是由于旁軸送絲，一樣需要較高能量才能熔化金屬絲，導(dǎo)致金屬絲直徑不能過(guò)大，并且電子束槍功率大，熔覆過(guò)程中熱量輸入大，凝固后組織粗大，影響零件成型后的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全新的多束流電子束成型方法，利用多個(gè)電子束同軸加熱絲材熔化成型，以解決現(xiàn)有直接能量沉積3D打印中存在的輸入功率過(guò)高、精度低、質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種多束流電子束成型方法，采用具有多束流電子束的3D打印機(jī)，其步驟為：

步驟一：模型修正，通過(guò)通用軟件根據(jù)零件模型特點(diǎn)進(jìn)行模型修正，計(jì)算加工余量，修改局部特征，使得模型適合進(jìn)行多束流電子束成型，用于降低加工余量，提高成型精度，減少變形產(chǎn)生；

步驟二：切片，通過(guò)通用軟件對(duì)零件模型進(jìn)行切片分成，生成多束流電子束成型可以執(zhí)行的程序，切片厚度根據(jù)絲材直徑進(jìn)行計(jì)算，范圍在0.5-2mm，最后生成切片文件；