移動粉床式電子束快速成型裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種移動粉床式電子束快速成型裝置，包括：設(shè)備控制系統(tǒng)；電子槍，用于發(fā)射電子束且能夠控制聚焦和偏轉(zhuǎn)掃描；第一驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述電子槍沿X軸方向直線運動；粉床，與所述設(shè)備控制系統(tǒng)連接且能夠升降定位；第二驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述粉床沿Y軸方向直線運動；所述第一驅(qū)動裝置和所述第二驅(qū)動裝置相互配合以調(diào)整所述電子束與待加工區(qū)域的相對位置，使所述待加工區(qū)域位于所述電子束的中心軸線上。本發(fā)明提供的成型裝置通過調(diào)整電子束與掃描區(qū)域的位置來減小電子束的偏轉(zhuǎn)角度，能夠提高成形精度和成形零件質(zhì)量。
【專利說明】
移動粉床式電子束快速成型裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種移動粉床式電子束快速成型裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)又名3D打印或者快速成形技術(shù)。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用金屬粉末、金屬絲材或可粘合性塑料等材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。快速成形制造技術(shù)被廣泛用在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，特別是一些高價值的應(yīng)用(比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件)。
[0003]金屬零部件快速成形制造方法主要有基于同步送粉的激光熔化沉積直接制造技術(shù)(Laser Melting Deposit1n，以下簡稱LMD技術(shù))，激光選區(qū)恪化(Selective LaserMelting，以下簡稱SLM技術(shù))、基于自動送絲的電子束恪絲增材制造技術(shù)(Electron BeamWire Melting，以下簡稱EBWM技術(shù))、基于粉末床鋪設(shè)的激光選區(qū)熔化增材制造技術(shù)(Selective Laser Melting，以下簡稱SLM技術(shù))、電子束選區(qū)恪化成形(Electron BeamSelective Melting，以下簡稱EBSM技術(shù))等方法。
[0004]其中，電子束選區(qū)熔化快速制造技術(shù)(EBSM)是指電子束在偏轉(zhuǎn)線圈驅(qū)動下按預(yù)先規(guī)劃的路徑逐行掃描，熔化鋪放的金屬粉末，層層堆積，制造出需要的金屬零件，該技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0005]I)成形零件尺寸精度高，可不做任何后處理或簡單的表面處理后經(jīng)簡單機械加工后形成最終使用狀態(tài)，極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期；
[0006]2)電子束能夠極細(xì)微的聚焦，束斑直徑可達(dá)到0.1mm以下，掃描熔化速度可達(dá)8000mm/s，成形速度快；
[0007]3)電子束選區(qū)熔化技術(shù)可對粉床進(jìn)行預(yù)熱，使零件成形過程保持在一個較高的溫度，降低了零件熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力高、裂紋、變形等缺陷發(fā)生幾率。
[0008]然而，現(xiàn)有電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)都是通過偏轉(zhuǎn)線圈實現(xiàn)電子束對一定區(qū)域內(nèi)金屬粉末精確掃描熔化成形。電子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度的增大，電子束束流品質(zhì)大幅下降，電磁校準(zhǔn)已無法確保束流品質(zhì)滿足成形的需要。另外，電子束偏轉(zhuǎn)角度增加粉床成形區(qū)域邊緣部位的束斑有一定變形，導(dǎo)致熔池形狀和能量分布發(fā)生偏差，從而造成成形零件精度和成形質(zhì)量差?？傊?，在保證零部件制造精度和質(zhì)量的前提下，單純依靠電子束電磁偏轉(zhuǎn)掃描不能生產(chǎn)較大尺寸的零部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，解決電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)成型精度和成型質(zhì)量差的問題。
[0010]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0011]本發(fā)明提供一種移動粉床式電子束快速成型裝置，包括:設(shè)備控制系統(tǒng)；電子槍，用于發(fā)射電子束且能夠控制聚焦和偏轉(zhuǎn)掃描;第一驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述電子槍沿X軸方向直線運動;粉床，與所述設(shè)備控制系統(tǒng)連接且能夠升降定位;第二驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述粉床沿Y軸方向直線運動;所述第一驅(qū)動裝置和所述第二驅(qū)動裝置相互配合以調(diào)整所述電子束與待加工區(qū)域的相對位置，使所述待加工區(qū)域位于所述電子束的中心軸線上。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的成型裝置通過調(diào)整電子束與待加工區(qū)域的位置來減小電子束的偏轉(zhuǎn)角度，有利于保證電子束束流品質(zhì)，提高成形精度和成形零件質(zhì)量。
[0013]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例提供的移動粉床式電子束快速成型裝置的正面剖視圖。
[0015]圖2是圖1的部分放大圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:1.真空成形室;2.粉床;3.粉床承載平臺；4.粉床升降機構(gòu);5.第二電機;6.第二運動傳動裝置;7.第二直線運動導(dǎo)軌;8.鋪粉裝置;9.鋪粉直線導(dǎo)軌；10.粉倉；
11.閥門；12.真空栗機組；13.管道;14.真空系統(tǒng)溫度壓力傳感器;15.第一電機;16.第一運動傳動裝置；17.第一直線運動導(dǎo)軌；18.電子槍；19.電子束發(fā)射裝置;20.聚焦線圈；21.偏轉(zhuǎn)線圈；22.設(shè)備控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0017]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。
[0018]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0019]請一并參閱圖1和圖2，圖1為本發(fā)明實施例提供的移動粉床式電子束快速成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]移動粉床式電子束快速成型裝置包括:設(shè)備控制系統(tǒng)22、電子槍18、第一驅(qū)動裝置、粉床2、第二驅(qū)動裝置、粉末供給和鋪粉裝置、真空成形室I以及真空栗機組12。
[0021]粉床2與設(shè)備控制系統(tǒng)22連接且具有升降定位功能。具體地，粉床2包括粉床升降機構(gòu)4和粉床承載平臺3，是粉床升降機構(gòu)4帶動所述粉床承載平臺3升降。
[0022]電子槍18用于發(fā)射電子束且能精確控制聚焦和偏轉(zhuǎn)掃描，在本實施例中，電子槍18包括偏轉(zhuǎn)線圈21、聚焦線圈20和電子束發(fā)生裝置19，聚焦線圈20位于電子束發(fā)生裝置19的下方，偏轉(zhuǎn)線圈21位于聚焦線圈20的下方。
[0023]粉床2和電子槍18分別裝在可沿的Y軸、X軸直線運動的裝置上以調(diào)整電子束與待加工區(qū)域的位置，使得每一個待加工區(qū)域(優(yōu)選地，是每一個待加工區(qū)域的中心)都能位于電子槍發(fā)射的電子束的中心軸線上，從而減小電子束的偏轉(zhuǎn)角度。粉床承載平臺3的機械運動還能增加掃描范圍。
[0024]在本實施例中，電子槍18在第一驅(qū)動裝置的驅(qū)動下沿X軸方向直線運動。第一驅(qū)動裝置包括第一直線運動導(dǎo)軌17、第一傳動裝置16和連接設(shè)備控制系統(tǒng)22的第一電機15。電子槍18安裝在第一直線運動導(dǎo)軌17上，位于真空成形室I的頂部，并與真空成形室I相通。
[0025]粉床2在第二驅(qū)動裝置的驅(qū)動下沿Y軸方向直線運動。第二驅(qū)動裝置包括位于粉床2下方的第二直線運動導(dǎo)軌7、位于第二直線運動導(dǎo)軌7下方的第二運動傳動裝置6和連接設(shè)備控制系統(tǒng)22的第二電機5。第二電機5與第二運動傳動裝置6連接，第二運動傳動裝置6與第二直線運動導(dǎo)軌7嚙合。粉床2和第二驅(qū)動裝置均安裝在真空成形室I的內(nèi)部。
[0026]在本實施例中，第二直線運動導(dǎo)軌7包括I根位于粉床升降機4下方的導(dǎo)軌，第二運動傳動裝置6包括I個與導(dǎo)軌嚙合的齒輪。齒輪和第二電機5連接。
[0027]粉末供給和鋪粉裝置包括粉倉10、鋪粉直線導(dǎo)軌9、鋪粉裝置8。粉末供給和鋪粉裝置安裝在真空成形室I的內(nèi)部，可向粉床承載平臺3鋪粉。
[0028]粉倉10固定于鋪粉裝置8和鋪粉直線導(dǎo)軌9的上方，用于定期向鋪粉裝置8內(nèi)補給金屬粉末。鋪粉裝置8安裝在鋪粉直線導(dǎo)軌9上，并在機械驅(qū)動裝置帶動下沿鋪粉直線導(dǎo)軌9移動。鋪粉直線導(dǎo)軌9安裝在真空成形室I內(nèi)。鋪粉裝置8對著粉床承載臺3上的工作區(qū)域進(jìn)行鋪粉。
[0029]真空栗機組12包括各種連接設(shè)備控制系統(tǒng)22的抽真空設(shè)備、閥門11、真空系統(tǒng)溫度壓力傳感器14和管道13，用于成形真空成形室I，以及對電子槍18所在的區(qū)域(即真空成形室I的頂部，也可看作是真空成形室I的一部分)抽真空。因此整個成型過程可在真空中進(jìn)行。
[0030]設(shè)備控制系統(tǒng)22包括計算機、PLC可編程控制、數(shù)控系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)。
[0031 ] 優(yōu)選地，粉床2和電子槍18的移動定位精度控制在2um/500mm。
[0032]本發(fā)明提供的移動粉床式電子束(選區(qū)熔化)快速成型裝置可有效減小電子束的偏轉(zhuǎn)角度，保證了電子束束流品質(zhì)和成形區(qū)域邊緣部位的束斑形狀，從而改善電子束掃描熔化成形時熔池形狀和能量分布。
[0033]采用本發(fā)明提供的成型裝置可生產(chǎn)零件尺寸比不具備粉床和電子束移動的功能的電子束選區(qū)熔化設(shè)備生產(chǎn)的零件尺寸大3倍以上，零件的制造尺寸達(dá)到無限大。
[0034]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，包括: 設(shè)備控制系統(tǒng)； 電子槍，用于發(fā)射電子束且能夠控制聚焦和偏轉(zhuǎn)掃描； 第一驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述電子槍沿X軸方向直線運動； 粉床，與所述設(shè)備控制系統(tǒng)連接且能夠升降定位； 第二驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述粉床沿Y軸方向直線運動； 所述第一驅(qū)動裝置和所述第二驅(qū)動裝置相互配合以調(diào)整所述電子束與待加工區(qū)域的相對位置，使所述待加工區(qū)域位于所述電子束的中心軸線上。2.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述第一驅(qū)動裝置包括第一直線運動導(dǎo)軌、第一運動傳動裝置和連接所述設(shè)備控制系統(tǒng)的第一電機，所述電子槍安裝在所述第一直線運動導(dǎo)軌上，所述第一運動傳動裝置和所述第一電機控制所述電子槍移動。3.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述第二驅(qū)動裝置包括位于所述粉床下方的第二直線運動導(dǎo)軌、位于所述第二直線運動導(dǎo)軌下方的第二運動傳動裝置和連接所述設(shè)備控制系統(tǒng)的第二電機，所述第二電機與所述第二運動傳動裝置連接，第二運動傳動裝置與所述第二直線運動導(dǎo)軌嚙合。4.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述電子槍由偏轉(zhuǎn)線圈、聚焦線圈和電子束發(fā)生裝置組成，所述聚焦線圈位于所述電子束發(fā)生裝置的下方，所述偏轉(zhuǎn)線圈位于所述聚焦線圈的下方。5.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述成型裝置還包括真空成形室以及真空栗機組，所述電子槍安裝在所述真空成形室的頂部，并與所述真空成形室相通，所述粉床和所述第二驅(qū)動裝置安裝在所述真空成形室內(nèi)部。6.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述成型裝置還包括粉末供給和鋪粉裝置，所述粉末供給和鋪粉裝置包括粉倉、鋪粉直線導(dǎo)軌、鋪粉裝置，所述粉末供給和鋪粉裝置用于向所述粉床的承載平臺鋪粉，所述粉倉固定于所述鋪粉裝置和所述鋪粉直線導(dǎo)軌的上方，所述鋪粉裝置安裝在所述鋪粉直線導(dǎo)軌上，并可沿所述鋪粉直線導(dǎo)軌直線運動。7.如權(quán)利要求6所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述成型裝置還包括真空成形室以及真空栗機組，所述粉末供給和鋪粉裝置安裝在所述真空成形室內(nèi)部。8.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述設(shè)備控制系統(tǒng)包括:計算機、PLC可編程控制、數(shù)控系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)。9.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述粉床和所述電子槍分別裝在可沿Y軸或X軸直線運動的裝置上。10.如權(quán)利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述粉床和所述電子槍的移動定位精度為2um/500mm。
【文檔編號】B22F3/105GK106001562SQ201610403753
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】郭光耀
【申請人】西安智熔金屬打印系統(tǒng)有限公司