一种粉末床同步加热熔化增材制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112024875A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010829754.3(22)申请日2020.08.18(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人林峰李阳李宏新余业锋张磊(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人罗文群(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B33Y10/00(2015.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称一种粉末床同步加热熔化增材制造方法(57)摘要本发明属于增材制造技术领域，涉及一种粉末床同步加热熔化增材制造方法，用以实现在真空环境及高粉末床温度条件下的材料增材制造。本方法通过在进行选择性熔化沉积成形零件截面的同时，对非零件截面区域进行同步的电子束加热，保持了非零件截面区域的粉末床温度，避免了粉末床温度的大幅波动，保证了电子束在粉末床不同位置单位面积上停留的时间相等，以使预热区域不同位置接收到电子束的能量密度相等、预热区域不同位置的温度均匀，从而增强了粉末床熔融技术中粉末床温度这一关键工艺参数的稳定性和一致性，进而降低了成形零件的热应力，提高了成形零件性能的一致性，为难熔、难焊、脆性材料增材制造创造条件。CN112024875ACN112024875A权利要求书1/2页1.一种粉末床同步加热熔化增材制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)搭建一个用于粉末床同步加热熔化增材制造的装置，包括：真空成形室；成形工作台装置，用于在成形工作台上铺设粉末床；粉末供给装置，用于将粉末供给至所述成形工作台，铺设成形粉末床，形成成形区域；一个能够发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置和一个能够发射熔化沉积模式的电子束发射聚焦扫描装置；所述的发射熔化沉积模式电子束的电子束发射聚集扫描装置设置在所述成形区域的正上方，所述的发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置设置在所述成形区域的侧上方；所述加热模式电子束的功率大于1000W、电子束的散焦焦斑直径大于1mm，所述熔化沉积模式电子束的功率小于1000W、电子束的聚焦焦斑直径小于0.6mm；控制器，用于控制所述发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置对粉末床预热区域或加热区域进行加热扫描，控制所述发射熔化沉积模式电子束的电子束发射聚集扫描装置对所述零件截面区域内的粉末床进行选择性熔化成形扫描；所述预热区域的轮廓尺寸小于所述成形区域的轮廓尺寸，预热区域包含所有将要成形的零件截面沿成形方向在所述成形区域上的投影；所述预热区域扣除当前层的避溢区域形成所述加热区域，所述避溢区域为由零件当前层截面轮廓的所有内外轮廓向截面外侧配置一定距离形成的包络面积；(2)用所述粉末供给装置在成形粉末床上铺上一层粉末；(3)用所述发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置发射加热模式电子束，加热模式电子束对所述预热区域内粉末床进行多遍反复预热扫描，直到将所述预热区域内的粉末床加热到设定的温度；(4)用所述发射熔化沉积模式的电子束发射聚焦扫描装置发射熔化沉积模式电子束，熔化沉积模式电子束对所述当前层零件截面区域内的粉末床进行熔化扫描，将所述当前层的零件截面内的粉末熔化、烧结，沉积形成所述当前层零件截面；与此同时，所述发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置继续发射加热模式电子束，加热模式电子束同步对所述加热区域内的粉末床进行多遍反复加热扫描，以保持加热区域内的粉末床温度稳定；(5)当所述当前层零件截面沉积成形结束后，所述发射熔化沉积模式的电子束发射聚焦扫描装置停止发射熔化沉积模式电子束，所述成形工作台下降一个层厚的距离；所述发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置停止发射加热模式电子束；(6)重复步骤(2)-步骤(5)，直到完成三维零件所有截面的沉积成形。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的能够发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置，包括阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、消像散线圈和偏转线圈，所述的阴极、栅极、阳极、聚焦线圈、消像散线圈和偏转线圈由上而下同轴安装在外壳内，壳体设在所述的真空成形室外；能够发射加热模式电子束的电子束发射聚集扫描装置产生的加热模式电子束用于对预热区域和加热区域的粉末床进行预热和加热扫描，在进行加热扫描时，利用消像散线圈对加热模式电子束的光斑形状进行调整，保证加热模式电子束以不同倾角入射粉床后，光斑在加热区域的不同位置保持相同直径的圆形束斑，使加热区域内不同位置接收到的电子束的功率密度相等，同时控制加热模式电子束在不同倾角加热扫描时的电子束扫描速度。2CN112024875A权利要求书2/2页3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的能够发射