移動粉床式電子束快速成型裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種移動粉床式電子束快速成型裝置，包括：設備控制系統；電子槍，用于發射電子束且能夠控制聚焦和偏轉掃描；第一驅動裝置，用于驅動所述電子槍沿X軸方向直線運動；粉床，與所述設備控制系統連接且能夠升降定位；第二驅動裝置，用于驅動所述粉床沿Y軸方向直線運動；所述第一驅動裝置和所述第二驅動裝置相互配合以調整所述電子束與待加工區域的相對位置，使所述待加工區域位于所述電子束的中心軸線上。本發明提供的成型裝置通過調整電子束與掃描區域的位置來減小電子束的偏轉角度，能夠提高成形精度和成形零件質量。
【專利說明】
移動粉床式電子束快速成型裝置
技術領域
[0001]本發明涉及增材制造領域，具體涉及一種移動粉床式電子束快速成型裝置。
【背景技術】
[0002]增材制造技術又名3D打印或者快速成形技術。它是一種以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。快速成形制造技術被廣泛用在模具制造、工業設計等領域，現正逐漸用于一些產品的直接制造，特別是一些高價值的應用(比如髖關節或牙齒，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(Laser Melting Deposit1n，以下簡稱LMD技術)，激光選區恪化(Selective LaserMelting，以下簡稱SLM技術)、基于自動送絲的電子束恪絲增材制造技術(Electron BeamWire Melting，以下簡稱EBWM技術)、基于粉末床鋪設的激光選區熔化增材制造技術(Selective Laser Melting，以下簡稱SLM技術)、電子束選區恪化成形(Electron BeamSelective Melting，以下簡稱EBSM技術)等方法。
[0004]其中，電子束選區熔化快速制造技術(EBSM)是指電子束在偏轉線圈驅動下按預先規劃的路徑逐行掃描，熔化鋪放的金屬粉末，層層堆積，制造出需要的金屬零件，該技術具有以下優點:
[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簡單機械加工后形成最終使用狀態，極大地縮短了產品開發周期；
[0006]2)電子束能夠極細微的聚焦，束斑直徑可達到0.1mm以下，掃描熔化速度可達8000mm/s，成形速度快；
[0007]3)電子束選區熔化技術可對粉床進行預熱，使零件成形過程保持在一個較高的溫度，降低了零件熱應力引起的殘余應力高、裂紋、變形等缺陷發生幾率。
[0008]然而，現有電子束選區熔化成形技術都是通過偏轉線圈實現電子束對一定區域內金屬粉末精確掃描熔化成形。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，電磁校準已無法確保束流品質滿足成形的需要。另外，電子束偏轉角度增加粉床成形區域邊緣部位的束斑有一定變形，導致熔池形狀和能量分布發生偏差，從而造成成形零件精度和成形質量差。總之，在保證零部件制造精度和質量的前提下，單純依靠電子束電磁偏轉掃描不能生產較大尺寸的零部件。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于，解決電子束選區熔化成形技術成型精度和成型質量差的問題。
[0010]本發明的目的是采用以下技術方案來實現的。
[0011]本發明提供一種移動粉床式電子束快速成型裝置，包括:設備控制系統；電子槍，用于發射電子束且能夠控制聚焦和偏轉掃描;第一驅動裝置，用于驅動所述電子槍沿X軸方向直線運動;粉床，與所述設備控制系統連接且能夠升降定位;第二驅動裝置，用于驅動所述粉床沿Y軸方向直線運動;所述第一驅動裝置和所述第二驅動裝置相互配合以調整所述電子束與待加工區域的相對位置，使所述待加工區域位于所述電子束的中心軸線上。
[0012]相較于現有技術，本發明提供的成型裝置通過調整電子束與待加工區域的位置來減小電子束的偏轉角度，有利于保證電子束束流品質，提高成形精度和成形零件質量。
[0013]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發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;5.第二電機;6.第二運動傳動裝置;7.第二直線運動導軌;8.鋪粉裝置;9.鋪粉直線導軌；10.粉倉；
11.閥門；12.真空栗機組；13.管道;14.真空系統溫度壓力傳感器;15.第一電機;16.第一運動傳動裝置；17.第一直線運動導軌；18.電子槍；19.電子束發射裝置;20.聚焦線圈；21.偏轉線圈；22.設備控制系統。
【具體實施方式】
[0017]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，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明的公開內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和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術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明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關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為本發明實施例提供的移動粉床式電子束快速成型裝置的結構示意圖。
[0020]移動粉床式電子束快速成型裝置包括:設備控制系統22、電子槍18、第一驅動裝置、粉床2、第二驅動裝置、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與設備控制系統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4和粉床承載平臺3，是粉床升降機構4帶動所述粉床承載平臺3升降。
[0022]電子槍18用于發射電子束且能精確控制聚焦和偏轉掃描，在本實施例中，電子槍18包括偏轉線圈21、聚焦線圈20和電子束發生裝置19，聚焦線圈20位于電子束發生裝置19的下方，偏轉線圈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整電子束與待加工區域的位置，使得每一個待加工區域(優選地，是每一個待加工區域的中心)都能位于電子槍發射的電子束的中心軸線上，從而減小電子束的偏轉角度。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在第一驅動裝置的驅動下沿X軸方向直線運動。第一驅動裝置包括第一直線運動導軌17、第一傳動裝置16和連接設備控制系統22的第一電機15。電子槍18安裝在第一直線運動導軌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在第二驅動裝置的驅動下沿Y軸方向直線運動。第二驅動裝置包括位于粉床2下方的第二直線運動導軌7、位于第二直線運動導軌7下方的第二運動傳動裝置6和連接設備控制系統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與第二直線運動導軌7嚙合。粉床2和第二驅動裝置均安裝在真空成形室I的內部。
[0026]在本實施例中，第二直線運動導軌7包括I根位于粉床升降機4下方的導軌，第二運動傳動裝置6包括I個與導軌嚙合的齒輪。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和鋪粉直線導軌9的上方，用于定期向鋪粉裝置8內補給金屬粉末。鋪粉裝置8安裝在鋪粉直線導軌9上，并在機械驅動裝置帶動下沿鋪粉直線導軌9移動。鋪粉直線導軌9安裝在真空成形室I內。鋪粉裝置8對著粉床承載臺3上的工作區域進行鋪粉。
[0029]真空栗機組12包括各種連接設備控制系統22的抽真空設備、閥門11、真空系統溫度壓力傳感器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行。
[0030]設備控制系統22包括計算機、PLC可編程控制、數控系統以及電源系統。
[0031 ] 優選地，粉床2和電子槍18的移動定位精度控制在2um/500mm。
[0032]本發明提供的移動粉床式電子束(選區熔化)快速成型裝置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形區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]采用本發明提供的成型裝置可生產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熔化設備生產的零件尺寸大3倍以上，零件的制造尺寸達到無限大。
[0034]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，包括: 設備控制系統； 電子槍，用于發射電子束且能夠控制聚焦和偏轉掃描； 第一驅動裝置，用于驅動所述電子槍沿X軸方向直線運動； 粉床，與所述設備控制系統連接且能夠升降定位； 第二驅動裝置，用于驅動所述粉床沿Y軸方向直線運動； 所述第一驅動裝置和所述第二驅動裝置相互配合以調整所述電子束與待加工區域的相對位置，使所述待加工區域位于所述電子束的中心軸線上。2.如權利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述第一驅動裝置包括第一直線運動導軌、第一運動傳動裝置和連接所述設備控制系統的第一電機，所述電子槍安裝在所述第一直線運動導軌上，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，所述第二驅動裝置包括位于所述粉床下方的第二直線運動導軌、位于所述第二直線運動導軌下方的第二運動傳動裝置和連接所述設備控制系統的第二電機，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軌嚙合。4.如權利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述電子槍由偏轉線圈、聚焦線圈和電子束發生裝置組成，所述聚焦線圈位于所述電子束發生裝置的下方，所述偏轉線圈位于所述聚焦線圈的下方。5.如權利要求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動裝置安裝在所述真空成形室內部。6.如權利要求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軌的上方，所述鋪粉裝置安裝在所述鋪粉直線導軌上，并可沿所述鋪粉直線導軌直線運動。7.如權利要求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部。8.如權利要求1所述的移動粉床式電子束快速成型裝置，其特征在于，所述設備控制系統包括:計算機、PLC可編程控制、數控系統以及電源系統。9.如權利要求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
【發明人】郭光耀
【申請人】西安智熔金屬打印系統有限公司