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增材制造裝置及方法。

背景技術(shù)：

電子束鋪粉增材制造的技術(shù)原理是：在真空環(huán)境下，電子束掃描熔化粉末層，使得連續(xù)多個粉末層熔合在一起，以制造三維實(shí)體零部件。在增材制造過程中，由于金屬粉末材料導(dǎo)電性差，在電子束作用下容易積累電荷，帶電荷的金屬粉末顆粒相互排斥，產(chǎn)生“吹粉”現(xiàn)象。“吹粉”將破壞已經(jīng)鋪平的粉末層，導(dǎo)致增材制造過程的失敗。

現(xiàn)有的解決方法是，采用電子束對粉末床進(jìn)行預(yù)熱，即通過特定的掃描路徑，使得粉末的溫度升高，溫度升高后，粉末顆粒之間產(chǎn)生微燒結(jié)，導(dǎo)電性會增加，從而進(jìn)一步避免吹粉，是一種“熱粉床”工藝。但是，燒結(jié)的粉末給粉末去除帶來困難。特別是，當(dāng)制造的零件含有復(fù)雜的內(nèi)流道或內(nèi)腔時，內(nèi)流道或者內(nèi)腔的燒結(jié)粉末難以去除。并且，每一層都需要進(jìn)行預(yù)熱，會降低增材制造的效率。

除了上述方法外，還有通過在電子束之外，增加一個正離子源，正離子源覆蓋成形區(qū)域，正離子和入射電子產(chǎn)生中和，避免電荷積累。這樣做的好處在于：不需要對粉末層進(jìn)行預(yù)熱，是一種“冷粉床”工藝，粉末不會燒結(jié)，松散的粉末很容易從內(nèi)流道或內(nèi)腔中流出、去除。同時，省掉了預(yù)熱步驟，提高增材制造效率。但是該方法需要利用氦氣產(chǎn)生正離子，需要消耗氦氣，成本較高。

因此，亟需一種成本低且能夠有效抑制“吹粉”的增材制造裝置及方法，來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電子束增材制造裝置及方法，可以有效避免“吹粉”問題的發(fā)生，且成本低。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電子束增材制造方法，在接地的成型缸的相對兩側(cè)設(shè)置正電極和負(fù)電極，在增材制造前，施加瞬時高壓于所述正電極和所述負(fù)電極，以將所述成型缸上的粉末床電擊穿，使所述粉末床沿水平方向電導(dǎo)通。

作為優(yōu)選，在鋪粉完成后且電子束對所述粉末床掃描前，施加瞬時高壓于所述正電極和所述負(fù)電極。

作為優(yōu)選，所述瞬時高壓為5000-8000v。

本發(fā)明還提供一種電子束增材制造裝置，包括接地的成型缸，所述成型缸包括相對設(shè)置的第一側(cè)和第二側(cè)，所述第一側(cè)設(shè)有正電極，所述第二側(cè)設(shè)有負(fù)電極，所述正電極和所述負(fù)電極之間連接有高壓施加源，所述高壓施加源被配置為施加瞬時高壓于所述正電極和所述負(fù)電極，以將所述成型缸上的粉末床電擊穿，使所述粉末床沿水平方向電導(dǎo)通。

作為優(yōu)選，所述正電極和所述負(fù)電極分別設(shè)置于所述成型缸的左右兩側(cè)。

作為優(yōu)選，所述正電極和所述負(fù)電極分別設(shè)置于所述成型缸的前后兩側(cè)。

作為優(yōu)選，所述正電極和所述負(fù)電極呈水平狀態(tài)設(shè)置于所述成型缸的兩側(cè)。

作為優(yōu)選，所述正電極和所述負(fù)電極的一端穿過所述成型缸且接觸所述粉末床設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述電子束增材制造裝置還包括成型室，所述正電極和所述負(fù)電極連接的線纜絕緣且密封地穿過所述成型室設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述正電極和所述負(fù)電極連接的線纜穿設(shè)于所述成型室的同一側(cè)。

本發(fā)明的有益效果：在完成鋪送粉以后，通過在粉末床的兩側(cè)施加一個瞬時高壓，以將粉末床電擊穿，電擊穿后的粉末床呈現(xiàn)沿水平方向的電導(dǎo)通狀態(tài)，而粉末床處于接地狀態(tài)，也就使得電子束掃描后的粉末上的電荷導(dǎo)至大地，也就有效避免“吹粉”現(xiàn)象的發(fā)生。其相較于現(xiàn)有技術(shù)中抑制“吹粉”的方式，一方面無需對粉末床進(jìn)行掃描預(yù)熱微燒結(jié)，進(jìn)而不會導(dǎo)致粉末去除困難，而且不再對粉末床進(jìn)行掃描預(yù)熱微燒結(jié)，還縮短了單層粉末成型的時間，提供了增材制造效率；另一方面也無需消耗氦氣，成本更低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的電子束增材制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、成型缸；2、正電極；3、負(fù)電極；4、成型室；5、料斗；6、鋪粉裝置；7、電子束發(fā)生裝置；8、粉末床。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”、“固定”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本實(shí)施例的描述中，術(shù)語“上”、“下”、“右”、等方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述和簡化操作，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅僅用于在描述上加以區(qū)分，并沒有特殊的含義。

本發(fā)明提供一種電子束增材制造裝置，其能夠在不對粉末床8進(jìn)行預(yù)熱微燒結(jié)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對“吹粉”現(xiàn)象的抑制，避免出現(xiàn)“吹粉”現(xiàn)象。而且相較于通過正離子和入射電子產(chǎn)生中和，避免電荷積累的方式，本發(fā)明的電子束增材制造裝置消耗氦氣更少，成本更低。

如圖1所示，上述電子束增材制造裝置包括成型缸1，該成型缸1位于具有真空環(huán)境的成型室4內(nèi)，于成型室4內(nèi)分別設(shè)有料斗5、鋪粉裝置6、電子束發(fā)生裝置7，通過鋪粉裝置6將料斗5內(nèi)的金屬粉末鋪設(shè)于成型缸1上，使其形成粉末床8，隨后由電子發(fā)生裝置發(fā)出的電子束對粉末床8進(jìn)行掃描熔化，通過逐層加工，最終加工出所需的三維立體零件。

本實(shí)施例中，上述成型缸1接地設(shè)置，其接地方式可以是成型缸1連接一根地線，也可以是成型室4連接地線，此時由于成型缸1與成型室4之間處于連接狀態(tài)，且兩者均由金屬材料制成，因此成型缸1也處于接地狀態(tài)。需要指出的是，當(dāng)上述成型缸1接地時，由鋪粉裝置6鋪設(shè)于成型缸1內(nèi)的粉末床8也就處于接地狀態(tài)。

上述成型缸1包括相對設(shè)置的第一側(cè)和第二側(cè)，其中第一側(cè)設(shè)有正電極2，第二側(cè)設(shè)有負(fù)電極3，該正電極2和負(fù)電極3之間連接有高壓施加源(圖中未示出)，通過該高壓施加源，能夠施加瞬時高壓于正電極2和負(fù)電極3，進(jìn)而瞬時高壓通過正電極2以及負(fù)電極3施加于成型缸1的粉末床8，由于該瞬時高壓數(shù)值很大，其能夠?qū)⒃摲勰┐?電擊穿(介質(zhì)的介電特性，如絕緣、介電能力，都是指在一定的電場強(qiáng)度范圍內(nèi)的材料的絕緣特性，介質(zhì)只能在一定的電場強(qiáng)度以內(nèi)保持這些性質(zhì)。當(dāng)電場強(qiáng)度超過某一臨界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介電強(qiáng)度的破壞，也叫作電擊穿)，使粉末床8處于電導(dǎo)通狀態(tài)。而當(dāng)粉末床8被電擊穿處于導(dǎo)電狀態(tài)時，在電子束發(fā)生裝置7發(fā)出的電子束對粉末床8進(jìn)行掃描熔化過程中，粉末床8的粉末上的電荷則會沿著導(dǎo)通方向流通，并最終經(jīng)成型缸1導(dǎo)入大地，此時粉末床8上不再積累電荷，也就不存在金屬粉末因帶有電荷而相互排斥，也就避免了“吹粉”現(xiàn)象的發(fā)生。

本實(shí)施例中，上述正電極2和負(fù)電極3分別設(shè)置于成型缸1的左右兩側(cè)，當(dāng)高壓施加源施加瞬時高壓時，粉末床8被電擊穿且沿水平方向電導(dǎo)通。由于電擊穿后的粉末床8導(dǎo)電存在各向異性，其只會沿水平方向電導(dǎo)通，而不會沿豎直方向?qū)?。?yōu)選地，上述正電極2和負(fù)電極3呈水平狀態(tài)設(shè)置于成型缸1的兩側(cè)，進(jìn)一步確保粉末床8被電擊穿后是沿水平方向電導(dǎo)通的。

可以理解的是，上述正電極2和負(fù)電極3還可以分別設(shè)置于成型缸1的前后兩側(cè)，此時粉末床8被電擊穿后依舊沿水平方向電導(dǎo)通的。

作為優(yōu)選地技術(shù)方案，上述正電極2和負(fù)電極3的一端穿過成型缸1且接觸粉末床8設(shè)置，以確保瞬時高壓通過正電極2以及負(fù)電極3能施加于成型缸1的粉末床8，以將粉末床8電擊穿。

本實(shí)施例中，上述瞬時高壓需要的數(shù)值很大，優(yōu)選為5000-8000v，其可根據(jù)粉末材料的不同而調(diào)整，例如當(dāng)粉末材料為tc4(ti-6al-4v)時，其瞬時高壓優(yōu)選為5000v。

本實(shí)施例中，上述正電極2和負(fù)電極3連接的線纜絕緣且密封地穿過成型室4設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)與高壓施加源的連接。優(yōu)選地，正電極2和負(fù)電極3連接的線纜穿設(shè)于成型室4的同一側(cè)，使得與高壓施加源的連接更加方便。

本實(shí)施例還提供一種電子束增材制造方法，其可通過上述電子束增材制造裝置來實(shí)現(xiàn)，具體是在鋪粉裝置6鋪粉完成后，且即將通過電子束發(fā)生裝置7發(fā)生的電子束對粉末床8掃描前，通過高壓施加源施加瞬時高壓于正電極2和負(fù)電極3，此時瞬時高壓通過正電極2以及負(fù)電極3施加于成型缸1的粉末床8，以將成型缸1上的粉末床8電擊穿，使粉末床8沿水平方向電導(dǎo)通，隨后電子束即可對粉末床8掃描熔化，在此過程中，粉末床8產(chǎn)生的電荷能經(jīng)粉末床8、成型缸1導(dǎo)入至大地，以避免“吹粉”現(xiàn)象的發(fā)生。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種電子束增材制造方法，其特征在于，在接地的成型缸(1)的相對兩側(cè)設(shè)置正電極(2)和負(fù)電極(3)，在增材制造前，施加瞬時高壓于所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)，以將所述成型缸(1)上的粉末床電擊穿，使所述粉末床沿水平方向電導(dǎo)通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束增材制造方法，其特征在于，在鋪粉完成后且電子束對所述粉末床掃描前，施加瞬時高壓于所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束增材制造方法，其特征在于，所述瞬時高壓為5000-8000v。

4.一種電子束增材制造裝置，其特征在于，包括接地的成型缸(1)，所述成型缸(1)包括相對設(shè)置的第一側(cè)和第二側(cè)，所述第一側(cè)設(shè)有正電極(2)，所述第二側(cè)設(shè)有負(fù)電極(3)，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)之間連接有高壓施加源，所述高壓施加源被配置為施加瞬時高壓于所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)，以將所述成型缸(1)上的粉末床電擊穿，使所述粉末床沿水平方向電導(dǎo)通。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)分別設(shè)置于所述成型缸(1)的左右兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)分別設(shè)置于所述成型缸(1)的前后兩側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)呈水平狀態(tài)設(shè)置于所述成型缸(1)的兩側(cè)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)的一端穿過所述成型缸(1)且接觸所述粉末床設(shè)置。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述電子束增材制造裝置還包括成型室(4)，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)連接的線纜絕緣且密封地穿過所述成型室(4)設(shè)置。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子束增材制造裝置，其特征在于，所述正電極(2)和所述負(fù)電極(3)連接的線纜穿設(shè)于所述成型室(4)的同一側(cè)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種電子束增材制造裝置及方法，電子束增材制造方法包括：在接地的成型缸的相對兩側(cè)設(shè)置正電極和負(fù)電極，在增材制造前，施加瞬時高壓于所述正電極和所述負(fù)電極，以將所述成型缸上的粉末床電擊穿，使所述粉末床沿水平方向電導(dǎo)通。本發(fā)明在完成鋪送粉以后，通過在粉末床的兩側(cè)施加一個瞬時高壓，以將粉末床電擊穿，電擊穿后的粉末床呈現(xiàn)沿水平方向的電導(dǎo)通狀態(tài)，而粉末床處于接地狀態(tài)，也就使得電子束掃描后的粉末上的電荷導(dǎo)至大地，也就有效避免“吹粉”現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：郭超;李龍

受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津清研智束科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.28

技術(shù)公布日：2021.06.18