[發(fā)明專利]一種電子束3D打印粉床預(yù)熱方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010875113.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111804916B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙培;張怡欣;全俊濤;周勃延;任龍;趙小歡;朱紀(jì)磊;向長(zhǎng)淑;湯慧萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安賽隆金屬材料有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y40/10
• 代理公司: 西安亞信智佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61241
• 代理人: 張西娟

本發(fā)明是關(guān)于一種電子束3D打印粉床預(yù)熱方法，涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域。該預(yù)熱方法包括：將粉床劃分為一個(gè)或多個(gè)區(qū)域；為每個(gè)區(qū)域均預(yù)設(shè)需要進(jìn)行預(yù)熱的點(diǎn)的數(shù)量；采用一個(gè)或多個(gè)電子束對(duì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的預(yù)熱點(diǎn)處的粉末進(jìn)行隨機(jī)點(diǎn)掃描預(yù)熱。本發(fā)明通過(guò)電子束對(duì)粉床上的粉末進(jìn)行隨機(jī)點(diǎn)掃描的方式進(jìn)行預(yù)熱，電子束每次掃描的面積較小，一定的面積范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生熱量的高度聚集，提高了粉床預(yù)熱的均勻性，減少了“吹粉”現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電子束3D打印粉床預(yù)熱方法。

背景技術(shù)

電子束選區(qū)熔化成形是一種在高真空環(huán)境下，利用磁偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)驅(qū)使電子槍發(fā)射高能電子束束流在粉末層上快速移動(dòng)掃描、熔化粉末材料、逐層沉積制造三維金屬零件的增材制造技術(shù)。由于電子束功率大、材料對(duì)電子束能量吸收率高，特別適合鈦合金、鈦鋁基合金等難熔金屬材料的成形制造，在航空航天、生物醫(yī)療、汽車、模具等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于粉末熔點(diǎn)很高，如果直接采用較高能量密度的電子束進(jìn)行熔化，金屬粉末會(huì)在電子束的作用下發(fā)生潰散，離開(kāi)預(yù)先的鋪設(shè)位置，即發(fā)生“吹粉”現(xiàn)象；此外，電子束形成的高溫熔池的溫度與粉床的基礎(chǔ)溫度存在較大溫差，會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)熱應(yīng)力水平超過(guò)材料的許用強(qiáng)度時(shí)，零件會(huì)發(fā)生翹曲甚至開(kāi)裂。

研究發(fā)現(xiàn)，在電子束選區(qū)熔化成形之前，以低于粉末熔化溫度的溫度對(duì)粉末床進(jìn)行一定程度的預(yù)熱，提高粉末床的粘附性使粉末固定在底層可以提高粉末的抗?jié)⑸⒛芰ΑＭ瑫r(shí)，預(yù)熱還可以改善粉末床溫度場(chǎng)的不均勻性，減小溫度梯度，避免成形過(guò)程中零件發(fā)生翹曲變形，從而提高零件的質(zhì)量。

現(xiàn)有的電子束選區(qū)熔化技術(shù)是以高能電子束作為能量熱源，在電子束掃描熔化金屬粉末截面之前，先快速大面積的對(duì)粉末床進(jìn)行整體預(yù)熱掃描，使粉床溫度上升至一定值。就電子束預(yù)熱掃描方法而言，目前主要的掃描方法是電子束在預(yù)熱粉末層上沿水平或豎直方向以一定的掃描間距進(jìn)行線性掃描預(yù)熱：一種是前一層沿水平或豎直方向以一定的掃描間距進(jìn)行預(yù)熱掃描，后一層則沿豎直或水平方向以一定的掃描間距進(jìn)行掃描；另一種是同時(shí)沿豎直和水平方向以一定的掃描間距進(jìn)行掃描。在電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)中，預(yù)熱粉床時(shí)電子束的掃描路徑對(duì)預(yù)熱效果有著重要的影響，合理的掃描路徑規(guī)劃可以使溫度更均勻。現(xiàn)有的預(yù)熱掃描均是以直線的掃描方式對(duì)粉床進(jìn)行整體連續(xù)預(yù)熱，電子束的掃描面積大、路徑長(zhǎng)，預(yù)熱不夠均勻。如若發(fā)生“吹粉”，則會(huì)殃及整條掃描線的周遭區(qū)域，“吹粉”一旦發(fā)生，影響范圍較大。

此外，在電子束掃描預(yù)熱粉床時(shí)，受熱傳導(dǎo)因素的影響，預(yù)熱粉末層上的溫度分布狀況是：中心區(qū)域溫度較高，邊緣區(qū)域溫度較低，導(dǎo)致預(yù)熱不均勻，這一點(diǎn)在現(xiàn)有技術(shù)的粉床預(yù)熱方案中并沒(méi)有得到有效解決。

因此，有必要改善上述相關(guān)技術(shù)方案中存在的一個(gè)或者多個(gè)問(wèn)題。

需要注意的是，本部分旨在為權(quán)利要求書(shū)中陳述的本發(fā)明的技術(shù)方案提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電子束3D打印粉床預(yù)熱方法，進(jìn)而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個(gè)或者多個(gè)問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種電子束3D打印粉床預(yù)熱方法，包括：

將粉床劃分為一個(gè)或多個(gè)區(qū)域；

為每個(gè)區(qū)域均預(yù)設(shè)需要進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱點(diǎn)的數(shù)量；

采用一個(gè)或多個(gè)電子束對(duì)每個(gè)區(qū)域內(nèi)的預(yù)熱點(diǎn)處的粉末進(jìn)行隨機(jī)點(diǎn)掃描預(yù)熱；

其中，隨機(jī)點(diǎn)掃描預(yù)熱按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：將所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為每個(gè)網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行編號(hào)；

步驟2：為每個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的中心點(diǎn)匹配對(duì)應(yīng)的電子束偏轉(zhuǎn)電壓值，偏轉(zhuǎn)電壓值用于改變電子束的位置；

步驟3：通過(guò)隨機(jī)算子程序，隨機(jī)給出基于所述編號(hào)的隨機(jī)編號(hào)序列；