[發明專利]一種高效的連續不間斷的多螺旋打印裝置及方法

在審

• 申請號: 202011047147.8
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112475322A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 王志翔;盧秉恒;王紅宇;趙紀元;凌楷
• 申請（專利權）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/28;B22F12/50;B22F12/41;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明涉及一種高效的連續不間斷的多螺旋打印裝置及方法。解決現有的螺旋打印方式，由于電子槍排布方式導致的打印效率低的問題。裝置包括旋轉粉床、固定在旋轉粉床上方的打印組件與鋪粉壓實組件，打印組件包括多組打印單元，每組打印單元包括多個電子槍或激光器；每組打印單元中的電子槍或激光器沿同一直線排布；每組打印單元在旋轉粉床的同一半徑區形成打印掃描區，各組打印單元的打印掃描區在同一圓周均布；打印時，通過增加打印裝置的數量，可實現雙螺旋、三螺旋及更多層的螺旋打印。每組打印單元中電子槍數量可根據設備大小決定。使用該方法，每組多槍打印可增大打印區域，增加電子槍組數可實現多層同時打印，可實現高效生產。

技術領域

本發明涉及一種螺旋打印裝置及方法，具體涉及一種高效的連續不間斷的多螺旋打印裝置及方法。

背景技術

電子束選區熔化(EBSM)金屬增材制造技術采用電子束作為能量源，在高真空環境下通過逐層熔化金屬粉末的方式制造實體部件。由于電子束的功率高、材料對電子束能量吸收率高，其制件致密度高、氧含量少、熱應力低、不易變形開裂、打印效率高、材料利用率等特點，在醫療、航空航天等領域應用廣泛。其的工藝過程為：先在鋪粉平面上鋪展一層粉末；然后，電子束在計算機的控制下按照截面輪廓的信息進行有選擇的熔化，金屬粉末在電子束的轟擊下被熔化在一起，并與下面已成型的部分粘接，層層堆積，直至整個工件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三維產品。

針對大尺寸工件，單電子槍打印方式中電子束需經過偏轉線圈后才能實現，但是電子束經過偏轉線圈后并不是完全垂直于工作表面，而是與豎直方向成一定夾角。隨著電子束偏轉角度的增大，電子束束流品質大幅下降，束斑有一定變形，導致粉床邊緣區熔池形狀和能量分布發生偏差，從而造成成型工件精度和成型質量差。若采用機械運動移動電子槍或粉缸，則會大大降低成型效率和成型精度。

為了解決上述問題，多電子槍打印方式應用而生，多個電子槍按一定方式進行有序排列，從而每一個電子槍負責一個區域，所有區域組成了整個打印面。各個區域通過有效的銜接，從而在保證工件成型精度和質量的前提下，可有效減小電子束的偏轉角度，保證了電子束束流品質和成型區域邊緣部位的束斑形狀，從而改善電子束掃描熔化成型時熔池形狀和能量分布。

目前有多個電子束發生單元以N×M矩形陣列形式排布在一體化箱體內，陣列形式可以是1×2矩形陣列、2×2矩形陣列、2×3矩形陣列或3×3矩形陣列等排列方式。電子槍控制系統根據獨立電子束發射單元的數量和陣列排布位置將粉床分為相應的陣列掃描區域，每個獨立電子束發射單元對應一塊陣列掃描區域，由電子槍控制系統控制相應區域上方的獨立電子槍對應的陣列掃描區域進行精確掃描成型。

使用目前的多電子槍打印方式，打印件越大電子槍數量越多，但電子槍無限增多也是不現實的。因此實現大尺寸件打印的方法還需另辟蹊徑。

采用多電子槍配合螺旋鋪粉進行螺旋打印可以實現用盡量少的電子槍，滿足實現大尺寸工件打印的效率。但是現有的螺旋打印方式，分管旋轉粉床內圓環和外圓環區域打印的兩電子槍分別在旋轉粉床180度的兩半徑上，其掃描范圍分別為圖1所示的區域2與區域3。1為旋轉粉床，箭頭所示方向為旋轉粉床的旋轉方向。這種排布方式使得電子槍數量受限，且旋轉粉床旋轉一周只能實現單層螺旋打印，打印效率較低。

發明內容

為了解決現有的螺旋打印方式，由于電子槍排布方式導致的打印效率低的問題，本發明提供一種高效的連續不間斷的多層螺旋打印裝置及方法。可使用盡量少的電子槍而達到數量更多的電子槍水平打印的效果，而滿足效率要求。

本發明的技術方案是提供一種高效的連續不間斷的多螺旋打印裝置，包括旋轉粉床、固定在旋轉粉床上方的打印組件與鋪粉壓實組件，其特殊之處在于：

打印組件包括j組打印單元，每組打印單元包括m個電子槍或激光器；每組打印單元中的電子槍或激光器沿同一直線排布；每組打印單元在旋轉粉床的同一半徑區形成打印掃描區，各組打印單元的打印掃描區在同一圓周內均布；其中j為大于等于1的正整數，m為大于等于2的正整數；