CN109967740A - 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法 - Google Patents

一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109967740A
CN109967740A CN201910251001.6A CN201910251001A CN109967740A CN 109967740 A CN109967740 A CN 109967740A CN 201910251001 A CN201910251001 A CN 201910251001A CN 109967740 A CN109967740 A CN 109967740A
Authority
CN
China
Prior art keywords
forming
disk
rotary type
part model
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910251001.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109967740B (zh
Inventor
贾亮
王建
刘楠
杨坤
杨广宇
石英
刘海彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Original Assignee
Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research filed Critical Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority to CN201910251001.6A priority Critical patent/CN109967740B/zh
Publication of CN109967740A publication Critical patent/CN109967740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109967740B publication Critical patent/CN109967740B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B22F12/37—Rotatable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，该方法包括：一、将三维零件模型置于成形区上进行切片；二、建立极坐标系，确定三维零件模型的位置信息；三、计算得到三维零件模型的扫描轨迹点；四、铺粉和成形区定位；五、对粉末扫描熔化得单层实体片层；六、成形区复位；七、成形底板下降，重复步骤四～步骤六中的工艺，使形底板上的单层实体片层分别逐层堆积，得到三维零件。本发明通过在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台上建立极坐标系来精确确定2个以上三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息，然后分别进行扫描熔化，同时实现了不同种材料的三维零件的快速成形，提高了零件成形精度。

Description

一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法。
背景技术
电子束选区熔化技术(Electron Beam Selective Melting，EBSM)和选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering，SLS)是目前广泛应用的两种增材制造技术，其均以固体粉末材料为原料，采用计算机软硬件控制技术，可直接将三维CAD模型转化为实体。从理论上讲，任何受热粘结的粉末都可以用作增材制造的原材料，如高分子，陶瓷，金属粉末以及各种复合粉末材料。电子束选区熔化快速成形技术是电子束在偏转线圈驱动下按预先规划的路径逐行扫描，熔化铺放的金属粉末，层层堆积，制造出需要的金属零件，该技术具有以下优点：1)成形零件内应力低，可不做任何后处理或简单的表面处理后经简单机械加工即可形成最终使用状态，极大地缩短了产品开发周期；2)电子束能够极细微的聚焦，束斑直径可达到0.1mm以下，扫描熔化速度可达8000mm/s，成形速度快；3)电子束选区熔化技术可对粉床进行预热，使零件成形过程保持在一个较高的温度，降低了零件热应力引起的残余应力高、裂纹、变形等缺陷发生几率。
目前电子束选区熔化成形技术都是通过偏转线圈实现电子束对一定区域内金属粉末精确扫描熔化成形。电子束经过偏转线圈后并不是完全垂直于成形底板，而是与竖直方向成一定夹角。随着电子束成形区域变大，电子束偏转角度的也需增大，电子束束流品质大幅下降，电磁校准已无法确保束流品质满足成形的需要，从而造成距离电子束越远的成形零件其精度和成形质量都很差。在电子束成形设备成形室有限的空间内要实现不同的材料零部件的快速成形，又要保证距离电子束中心位置较远的成形区域的零件成形精度，如何将远离电子束中心的成形区域移动到电子束下方来成形，同时又要保证能正常铺粉，是实现该技术的难点。
目前的电子束快速成形技术只能实现同次单种金属材料样品或零件的制备，对于多种金属材料样品或零件的同时烧结制备则无能为力。因此需要提供一种能够同时烧结多种金属粉末材料的电子束快速成形方法，可以提高增材制造设备的利用率和成形效率。目前常见的材料快速成制备方法基本都是实现同次单种的粉末铺粉送粉和烧结，如申请号为CN101829782A，CN102126293A、CN101885062A、CN102029389A和 CN101856724A的中国专利公布的方法。在电子束成形室有限的空间内要实现不同的材料零部件的快速成形，而又要保证电子束的扫描精度，是目前电子束快速成形技术需要解决的现实问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法。本发明通过在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台上建立极坐标系来精确确定2个以上三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息，并与成形区的位置信息对应，然后建立三维零件模型的扫描轨迹点进行扫描熔化，同时实现了不同种材料的三维零件的快速成形，减少了电子束选区扫描熔化过程中电子束的偏转角度，提高了零件成形精度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台的N 个成形区上分别对应摆放N个三维零件模型，其中N为不小于2的正整数，然后利用分层软件对N个三维零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中；所述N个成形区沿圆盘工作台的径向等间距设置；
步骤二、通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统在圆盘工作台的表面建立极坐标系，以圆盘工作台中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴与电子枪的中心轴在圆盘工作台的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台任一点之间的长度为极径ρ，极坐标原点O与圆盘工作台任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ，确定N个三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息分别为P1(ρ1，θ)，P2(ρ2，θ)，……，PN(ρN，θ)，其中0°＜θ＜360°；所述N个成形区的位置信息分别与N个三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的N个三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息和步骤一中得到的N个三维零件模型的切层数据，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统计算得到N个三维零件模型的扫描轨迹点S1，S2，……，SN；
步骤四、通过直线型伺服电机带动推杆下降从而带动圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室中的N个成形底板下降，然后通过N个漏粉器将不同种类的金属粉末分别铺设到N个成形底板上，再通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统使圆盘工作台在极坐标系中逆时针旋转(360°-θ)进行定位，使N个成形区处于电子枪的正下方；
步骤五、根据步骤三中得到的N个三维零件模型的扫描轨迹点S1， S2，……，SN，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统带动电子枪对N个成形底板上的金属粉末进行分区域分工艺参数的扫描熔化，得到N个单层实体片层；
步骤六、将圆盘工作台在极坐标系中顺时针旋转(360°-θ)，使N 个成形区均回复到原位；
步骤七、通过直线型伺服电机带动推杆下降从而带动N个成形底板下降，然后重复步骤四～步骤六中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使N个成形底板上的单层实体片层分别逐层堆积，得到N个三维零件。
本发明通过在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台上建立极坐标系来精确确定三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息，并与成形区的位置信息对应，然后建立三维零件模型的扫描轨迹点，并将成形区移动至电子枪正下方，根据该扫描轨迹点采用电子枪扫描熔化金属粉末，减少了电子枪中电子束的偏转角度，保证了电子束束流品质，提高了零件成形精度和成形质量；同时本发明可同时精确确定N个三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息，其中N为不小于2的正整数，然后在N个成形区进行N种金属粉末的铺粉、扫描熔化工艺，最终分别得到N个三维零件，同时实现了不同种材料的三维零件的快速成形。
上述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四中所述N个成形底板下降的高度分别与步骤一中对应N个三维零件模型经切片处理得到的切层厚度相等，均为30μm～200μm，所述N 个成形底板下降的高度可进行独立控制，所述N个漏粉器的漏粉量也可进行独立控制。上述N个成形底板下降的高度与步骤一中经切片处理后的三维零件模型的切层厚度对应相等，为电子束快速成形制造中常用的切层厚度范围；而N个成形底板下降的高度和N个漏粉器的漏粉量均可进行独立控制，则有利于根据N个三维零件模型外形和尺寸的不同分别在N个成形区进行独立的铺粉和分区域分工艺的扫描熔化，实现了不同三维零件模型的同时制备，扩大了本发明方法的应用范围。
上述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四中所述圆盘工作台在极坐标系中逆时针旋转(360°-θ)进行定位的过程中，采用刮粉器将N个成形底板上多余的金属粉末刮离并分别通过对应的N个漏粉口送入N个粉末回收盒中；所述刮粉器位于圆盘工作台逆时针旋转(360°-θ)进行定位的轨迹上。通过与环套在圆盘旋转轴3-1中的刮粉器固定轴2-1固定连接的刮粉器保证了圆盘工作台绕极坐标轴逆时针旋转(360°-θ)进行定位的过程中，刮粉器可作用于N个成形底板，并将N个成形底板上多余的金属粉末刮离并通过漏粉口送入粉末回收盒中，提高了金属粉末的铺层精度，从而提高了三维零件的精度，并通过开设在圆盘工作台上的漏粉口将金属粉末分类收集到粉末回收盒，避免了金属粉末的交叉污染，提高了三维零件的纯度，可通过对粉末回收盒中金属粉末的回收利用，避免了金属粉末的浪费，降低了制造成本。
上述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤五所述扫描熔化前对N个成形底板进行扫描预热。通过对N个成形底板的扫描预热减少了相邻的三维零件的单层实体片层之间以及N 个三维模型之间的单层实体片层的温度梯度，有利于降低三维模型内部的热应力，避免三维模型的裂纹、变形等缺陷。
上述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四～步骤七中的成形过程均在真空条件下进行，所述成形前对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室抽真空至其真空度不大于5 ×10-4mbar。上述条件保证了金属粉末在真空条件下进行扫描熔化成形，避免了金属粉末的氧化，同时保证了成形过程中不会引入其他杂质元素，保证了金属粉末的纯净度，提高了三维零件的质量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形室中的圆盘工作台上建立极坐标系来精确确定2个以上三维零件模型在圆盘工作台上的位置信息，并与成形区的位置信息对应，然后建立三维零件模型的扫描轨迹点，再将成形区移动至电子枪正下方，分别在不同的成形区进行电子束选区扫描熔化，同时实现了不同种材料的三维零件的快速成形；另外，由于根据三维零件模型在圆盘工作台上的精确的位置信息建立三维零件模型的扫描轨迹点，减少了电子束选区扫描熔化过程中电子束的偏转角度，保证了电子束束流品质，提高了零件成形精度。
2、本发明圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形室中的圆盘工作台上的成形区相互独立，从而在保证电子束扫描成形精度的条件下，实现了不同种类金属材料三维零件的快速成形，杜绝了金属粉末的相互污染，简单高效。
3、本发明圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形室中的圆盘工作台上的成形区可独立控制，因此可以根据目标三维零件的制备要求，在不同的成形区铺设相同或不同的金属粉末进行电子束选区扫描熔化，从而扩大了圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的使用范围。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明采用的卸去前盖的圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形装置的结构示意图。
图2是本发明采用的圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形装置的俯视图。
图3是图2的A-A剖面图。
图4是本发明采用的圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形装置的控制原理框图。
附图标记说明
1—真空室； 2-1—刮粉器固定轴； 2-2—刮粉器；
3-1—圆盘旋转轴； 3-2—圆盘工作台； 3-3—圆盘托盘；
4—电子枪； 5—漏粉器； 6—成形区；
7—漏粉口； 8—成形底板； 9—推杆；
10—粉末回收盒； 11—直线型伺服电机； 12—抽气管；
13—计算机； 14—主电机； 15—显示器；
16—真空泵。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明采用的圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的成形装置包括真空室1和设置在真空室1正上方的电子枪4，以及设置在真空室1下侧的抽气管12，所述真空室1的腔体中设置有固定在圆盘旋转轴3-1上的圆盘工作台3-2，所述圆盘旋转轴3-1从真空室1 的底部穿出，所述圆盘工作台3-2的下层设置有固定在圆盘旋转轴3-1上且处于真空室1中的圆盘托盘3-3，所述真空室1的顶部穿设有漏粉器5，所述圆盘工作台3-2上开设有与漏粉器5对应的成形区6，所述成形区6 的底部依次设置有成形底板8和连接在成形底板8上的推杆9，推杆9的另一端与设置在圆盘托盘3-3上的直线型伺服电机11连接，所述圆盘工作台3-2上还开设有与成形区6平行的漏粉口7，所述漏粉口7与设置在圆盘托盘3-3上的粉末回收盒10对应，所述圆盘旋转轴3-1中环套有固定连接刮粉器2-2的刮粉器固定轴2-1。
如图4所示，本发明采用的圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统包括计算机13以及与计算机13连接的真空泵16、主电机14和显示器15，所述真空泵16的输出端与抽气管12连通，主电机14的输出轴与圆盘旋转轴3-1通过联轴器连接，电子枪4和直线型伺服电机11均由计算机13控制。
实施例1
本实施例的制造方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台3-2 的4个成形区6上分别对应摆放4个钛零件模型，尺寸均为10mm×10mm ×10mm(长×宽×高)，然后利用分层软件Build Assembler对4个钛零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统的计算机13中；所述4个成形区6沿圆盘工作台3-2的径向以50mm等间距设置；所述4个钛零件模型经切片处理得到的切层厚度均为200μm；
步骤二、通过计算机13在圆盘工作台3-2的表面建立极坐标系，以圆盘工作台3-2中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴3-1与电子枪4的中心轴在圆盘工作台3-2的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的长度为极径ρ(单位为mm)，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ(单位为°)，确定N个三维零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息分别为P1(50，180°)，P2(100，180°)， P3(150，180°)，P4(200，180°)；所述4个成形区6的位置信息分别与4个钛零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的4个钛零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息和步骤一中得到的4个钛零件模型的切层数据，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中的计算机13计算得到4个钛零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3，S4；
步骤四、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动电圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室中的4个成形底板 8均下降200μm，然后通过4个漏粉器5分别将钛粉铺设到4个成形底板 8上，再通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1使圆盘工作台 3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位，使4个成形区6处于电子枪 4的正下方；所述圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位的过程中，采用刮粉器2-2将4个成形底板8上多余的金属粉末刮离并分别通过对应的4个漏粉口7送入4个粉末回收盒10中；所述刮粉器2-2 位于圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转定位过程中的旋转90°位置处；
步骤五、通过计算机13控制真空泵16通过抽气管12对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1抽真空至其真空度不大于5×10-4mbar，根据步骤三中得到的4个钛零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3， S4，通过计算机13控制电子枪4的聚焦和偏转，对4个成形底板8上的钛粉进行分区域的扫描熔化，得到4个单层实体片层；所述扫描熔化前对 4个成形底板8进行扫描预热，扫描预热的温度为750℃，扫描预热的电流为35mA，扫描预热的速度为8000mm/s；所述扫描熔化的电流为24mA，扫描预热的速度为200mm/s；
步骤六、通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1旋转，使圆盘工作台3-2在极坐标系中顺时针旋转180°，使4个成形区6回复到原位；
步骤七、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动4个成形底板8下降，然后重复步骤四中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使4个成形底板8上的单层实体片层分别逐层堆积，分别得到4个钛零件。
实施例2
本实施例的制造方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台3-2 的4个成形区6上分别对应摆放1个Ti零件模型、1个Cu零件模型、1 个Ni零件模型、1个Sn零件模型，尺寸均为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)，然后利用分层软件Build Assembler对上述4个零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中的计算机13中；所述4个成形区6沿圆盘工作台3-2的径向以50mm等间距设置；所述4个零件模型经切片处理得到的切层厚度分别对应为30μm、70μm、150μm和200μm；
步骤二、通过计算机13在圆盘工作台3-2的表面建立极坐标系，以圆盘工作台3-2中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴3-1与电子枪4的中心轴在圆盘工作台3-2的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的长度为极径ρ(单位为mm)，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ(单位为°)，确定Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息分别为P1 (50，180°)，P2(100，180°)，P3(150，180°)，P4(200，180°)；所述4个成形区6的位置信息分别与Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息和步骤一中得到的Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型的切层数据，通过电子束快速成形设备的控制系统计算得到Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3，S4；
步骤四、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室中的4个成形底板8 分别对应下降30μm、70μm、150μm和200μm，然后通过4个漏粉器5将 Ti粉、Cu份、Ni粉和Sn粉分别铺设到4个成形底板8上，再通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1使圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位，使4个成形区6处于电子枪4的正下方；所述圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位的过程中，采用刮粉器2-2将4个成形底板8上多余的Ti粉、Cu份、Ni粉和Sn粉刮离并分别通过对应的4个漏粉口7送入4个粉末回收盒10中；所述刮粉器2-2位于圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转定位过程中的旋转90 °位置处；
步骤五、通过计算机13控制真空泵16通过抽气管12对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1抽真空至其真空度不大于5× 10-4mbar，根据步骤三中得到的Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3，S4，通过计算机13控制电子枪 4的聚焦和偏转，对4个成形底板8上的Ti粉、Cu份、Ni粉和Sn粉进行分区域的扫描熔化，得到4个单层实体片层；所述扫描熔化前对4个成形底板8进行扫描预热，扫描预热的温度分别为750℃，500℃，780℃和 350℃，扫描预热的电流分别为30mA，15mA，32mA和10mA，扫描预热的速度均为8000mm/s；所述扫描熔化的电流分别为18mA，12mA，20mA 和8mA，扫描预热的速度分别为200mm/s，300mm/s，200mm/s和300mm/s；
步骤六、通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1旋转，使圆盘工作台3-2在极坐标系中顺时针旋转180°，使4个成形区6回复到原位；
步骤七、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动4个成形底板8下降，然后重复步骤四中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使4个成形底板8上的单层实体片层分别逐层堆积，分别得到1个Ti零件，1个Cu零件，1个Ni零件和1个Sn零件。
实施例3
本实施例的制造方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台3-2 的4个成形区6上分别对应摆放1个Ti零件模型，1个Cu零件模型，1 个Fe零件模型和1个Sn零件模型，尺寸均为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)，然后利用分层软件Build Assembler对上述4个零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中的计算机13中；所述4个成形区6沿圆盘工作台3-2的径向以50mm等间距设置；所述4个零件模型经切片处理得到的切层厚度分别对应为30μm、70μm、180μm和200μm；
步骤二、通过计算机13在圆盘工作台3-2的表面建立极坐标系，以圆盘工作台3-2中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴3-1与电子枪4的中心轴在圆盘工作台3-2的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的长度为极径ρ(单位为mm)，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ(单位为°)，确定Ti零件模型、Cu零件模型、Fe零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息分别为P1 (50，180°)，P2(100，180°)，P3(150，180°)，P4(200，180°)；所述4个成形区6的位置信息分别与Ti零件模型、Cu零件模型、Fe零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的Ti零件模型、Cu零件模型、Fe零件模型和Sn零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息和步骤一中得到的Ti零件模型、Cu零件模型、Ni零件模型和Sn零件模型的切层数据，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统计算得到Ti零件模型、Cu 零件模型、Fe零件模型和Sn零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3，S4；
步骤四、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1中的4个成形底板 8分别对应下降30μm、70μm、180μm和200μm，然后通过4个漏粉器5 将Ti粉、Cu份、Fe粉和Sn粉分别铺设到4个成形底板8上，再通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1使圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位，使4个成形区6处于电子枪4的正下方；步骤四中所述圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转180°进行定位的过程中，采用刮粉器2-2将4个成形底板8上多余的Ti粉、Cu份、Fe粉和Sn粉刮离并分别通过对应的4个漏粉口7送入4个粉末回收盒10中；所述刮粉器2-2位于圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转定位过程中的旋转90°位置处；
步骤五、通过计算机13控制真空泵16通过抽气管12对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1抽真空至其真空度不大于5× 10-4mbar，根据步骤三中得到的Ti零件模型、Cu零件模型、Fe零件模型和Sn零件模型的扫描轨迹点S1，S2，S3，S4，通过计算机13控制电子枪 4的聚焦和偏转，对4个成形底板8上的Ti粉、Cu份、Fe粉和Sn粉进行分区域的扫描熔化，得到4个单层实体片层；所述扫描熔化前对4个成形底板8进行扫描预热，扫描预热的温度分别为750℃，500℃，800℃和 320℃，扫描预热的电流分别为32mA，17mA，34mA和12mA，扫描预热的速度均为8000mm/s；所述扫描熔化的电流分别为22mA，14mA，24mA 和10mA，扫描预热的速度分别为200mm/s，300mm/s，200mm/s和300mm/s；
步骤六、通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1旋转，使圆盘工作台3-2在极坐标系中顺时针旋转180°，使4个成形区6回复到原位；
步骤七、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动4个成形底板8下降，然后重复步骤四中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使4个成形底板8上的单层实体片层分别逐层堆积，分别得到1个Ti零件，1个Cu零件，1个Fe零件和1个Sn零件。
实施例4
本实施例的制造方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的圆盘工作台3-2 的2个成形区6上分别对应摆放2个钛零件模型，尺寸均为10mm×10mm ×10mm(长×宽×高)，然后利用分层软件Build Assembler软件对2个钛零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中的计算机13中；所述2个成形区6沿圆盘工作台3-2的径向以50mm等间距设置；所述2个钛零件模型经切片处理得到的切层厚度均为200μm；
步骤二、通过计算机13在圆盘工作台3-2的表面建立极坐标系，以圆盘工作台3-2中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴3-1与电子枪4的中心轴在圆盘工作台3-2的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的长度为极径ρ(单位为mm)，极坐标原点O与圆盘工作台3-2任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ(单位为°)，确定4个钛零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息分别为P1(50，90°)，P2(100，90°)；所述4 个成形区6的位置信息分别与2个钛零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的4个钛零件模型在圆盘工作台3-2上的位置信息和步骤一中得到的2个钛零件模型的切层数据，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统计算得到2个钛零件模型的扫描轨迹点S1，S2；
步骤四、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1中的2个成形底板 8均下降200μm，然后通过2个漏粉器5将钛粉分别铺设到2个成形底板 8上，再通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1使圆盘工作台 3-2在极坐标系中逆时针旋转270°进行定位，使2个成形区6处于电子枪4的正下方；所述圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转270°进行定位的过程中，采用刮粉器2-2将2个成形底板8上多余的金属粉末刮离并分别通过对应的2个漏粉口7送入2个粉末回收盒10中；所述刮粉器2-2 位于圆盘工作台3-2在极坐标系中逆时针旋转定位过程中的旋转135°位置处；
步骤五、通过计算机13控制真空泵16通过抽气管12对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室1抽真空至其真空度不大于5× 10-4mbar后，根据步骤三中得到的2个钛零件模型的扫描轨迹点S1，S2，通过计算机13控制电子枪4的聚焦和偏转，对2个成形底板8上的钛粉进行分区域的扫描熔化，得到2个单层实体片层；所述扫描熔化前对2个成形底板8进行扫描预热，扫描预热的温度为750℃，扫描预热的电流为 35mA，扫描预热的速度为8000mm/s；所述扫描熔化的电流为24mA，扫描预热的速度为200mm/s；
步骤六、通过计算机13控制主电机14带动圆盘旋转轴3-1旋转，使圆盘工作台3-2在极坐标系中顺时针旋转270°，使2个成形区6回复到原位；
步骤七、通过计算机13控制直线型伺服电机11带动推杆9下降从而带动2个成形底板8下降，然后重复步骤四中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使2个成形底板8上的单层实体片层分别逐层堆积，分别得到2个钛零件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在圆盘工作台(3-2)的N个成形区(6)上分别对应摆放N个三维零件模型，其中N为不小于2的正整数，然后利用分层软件对N个三维零件模型进行切片处理并将得到的切层数据导入圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统中；所述N个成形区(6)沿圆盘工作台(3-2)的径向等间距设置；
步骤二、通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统在圆盘工作台(3-2)的表面建立极坐标系，以圆盘工作台(3-2)中心为极坐标原点O，以圆盘旋转轴(3-1)与电子枪(4)的中心轴在圆盘工作台(3-2)的表面交点的连线为极坐标轴，以逆时针方向为旋转的正方向，极坐标原点O与圆盘工作台(3-2)任一点之间的长度为极径ρ，极坐标原点O与圆盘工作台(3-2)任一点之间的连线与极坐标轴之间形成的角度为极角θ，确定N个三维零件模型在圆盘工作台(3-2)上的位置信息分别为P1(ρ1，θ)，P2(ρ2，θ)，……，PN(ρN，θ)，其中0°＜θ＜360°；所述N个成形区(6)的位置信息分别与N个三维零件模型在圆盘工作台(3-2)上的位置信息对应相同；
步骤三、根据步骤二中确定的N个三维零件模型在圆盘工作台(3-2)上的位置信息和步骤一中得到的N个三维零件模型的切层数据，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统计算得到N个三维零件模型的扫描轨迹点S1，S2，……，SN；
步骤四、通过直线型伺服电机(11)带动推杆(9)下降从而带动成形区(6)中的N个成形底板(8)下降，然后通过N个漏粉器(5)将不同种类的金属粉末分别铺设到N个成形底板(8)上，再通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统使圆盘工作台(3-2)在极坐标系中逆时针旋转(360°-θ)进行定位，使N个成形区(6)处于电子枪(4)的正下方；
步骤五、根据步骤三中得到的N个三维零件模型的扫描轨迹点S1，S2，……，SN，通过圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的控制系统带动电子枪(4)对N个成形底板(8)上的金属粉末进行分区域分工艺参数的扫描熔化，得到N个单层实体片层；
步骤六、将圆盘工作台(3-2)在极坐标系中顺时针旋转(360°-θ)，使N个成形区(6)均回复到原位；
步骤七、通过直线型伺服电机(11)带动推杆(9)下降从而带动N个成形底板(8)下降，然后重复步骤四～步骤六中的铺粉工艺、定位工艺、扫描熔化工艺和复位工艺，使N个成形底板(8)上的单层实体片层分别逐层堆积，得到N个三维零件。
2.根据权利要求1所述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四中所述N个成形底板(8)下降的高度分别与步骤一中对应N个三维零件模型经切片处理得到的切层厚度相等，均为30μm～200μm，所述N个成形底板(8)下降的高度可进行独立控制，所述N个漏粉器(5)的漏粉量也可进行独立控制。
3.根据权利要求1所述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四中所述圆盘工作台(3-2)在极坐标系中逆时针旋转(360°-θ)进行定位的过程中，采用刮粉器(2-2)将N个成形底板(8)上多余的金属粉末刮离并分别通过对应的N个漏粉口(7)送入N个粉末回收盒(10)中；所述刮粉器(2-2)位于圆盘工作台(3-2)逆时针旋转(360°-θ)进行定位的轨迹上。
4.根据权利要求1所述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤五所述扫描熔化前对N个成形底板(8)进行扫描预热。
5.根据权利要求1所述的一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形制造方法，其特征在于，步骤四～步骤七中的成形过程均在真空条件下进行，所述成形前对圆盘旋转式多通道电子束快速成形设备的真空室(1)抽真空至其真空度不大于5×10-4mbar。
CN201910251001.6A 2019-03-29 2019-03-29 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法 Active CN109967740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910251001.6A CN109967740B (zh) 2019-03-29 2019-03-29 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910251001.6A CN109967740B (zh) 2019-03-29 2019-03-29 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109967740A true CN109967740A (zh) 2019-07-05
CN109967740B CN109967740B (zh) 2020-04-17

Family

ID=67081818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910251001.6A Active CN109967740B (zh) 2019-03-29 2019-03-29 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109967740B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112589130A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 西北有色金属研究院 一种平台预热式防漏粉多通道电子束成型铺粉装置及方法
CN113828775A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 天津大学 一种用于激光增材制造多层材料的铺粉装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104498943A (zh) * 2015-01-12 2015-04-08 江苏永年激光成形技术有限公司 核电重型毛坯成型工艺及lcd-ebam集成打印设备
CN205167583U (zh) * 2015-11-25 2016-04-20 陕西恒通智能机器有限公司 极坐标3d打印机
CN106513680A (zh) * 2016-12-22 2017-03-22 华南理工大学 一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法
CN107415225A (zh) * 2017-06-20 2017-12-01 华中科技大学 一种基于极坐标运动的高温3d打印机
WO2019040189A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 General Electric Company SYSTEM AND METHODS OF MANUFACTURING A COMPONENT USING A CONSOLIDATION DEVICE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104498943A (zh) * 2015-01-12 2015-04-08 江苏永年激光成形技术有限公司 核电重型毛坯成型工艺及lcd-ebam集成打印设备
CN205167583U (zh) * 2015-11-25 2016-04-20 陕西恒通智能机器有限公司 极坐标3d打印机
CN106513680A (zh) * 2016-12-22 2017-03-22 华南理工大学 一种双激光四工位转盘式激光选区熔化成型装置与方法
CN107415225A (zh) * 2017-06-20 2017-12-01 华中科技大学 一种基于极坐标运动的高温3d打印机
WO2019040189A1 (en) * 2017-08-24 2019-02-28 General Electric Company SYSTEM AND METHODS OF MANUFACTURING A COMPONENT USING A CONSOLIDATION DEVICE

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113828775A (zh) * 2020-06-24 2021-12-24 天津大学 一种用于激光增材制造多层材料的铺粉装置
CN112589130A (zh) * 2020-11-26 2021-04-02 西北有色金属研究院 一种平台预热式防漏粉多通道电子束成型铺粉装置及方法
CN112589130B (zh) * 2020-11-26 2021-11-09 西北有色金属研究院 一种平台预热式防漏粉多通道电子束成型铺粉装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109967740B (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105945281B (zh) 零件与模具的熔积成形加工制造方法
CN106965421B (zh) 一种三维打印方法
CN106041079B (zh) 一种选择性激光熔化成形操作方法
WO2019000523A1 (zh) 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置
CN107130124A (zh) 一种增材制造技术成形高熵合金的方法
CN106064273B (zh) 电子束复合增材制造方法
CN106513676A (zh) 一种光斑与粉斑自动协同可控的激光金属增材制造装置及方法
CN109967740A (zh) 一种圆盘旋转式多通道电子束快速成形方法
CN104084584A (zh) 用于高温合金结构件快速成型的激光扫描方法
CN110194669A (zh) 一种大型复杂零件的激光选区烧结成形装备、系统及方法
CN107914014B (zh) 一种纯钨金属零件的电子束选区熔化成形方法
CN105478766A (zh) 一种制备千层钢板的方法
CN101709468A (zh) 激光感应复合熔覆快速制备梯度金属陶瓷复合材料的方法
CN109130170A (zh) 一种聚合物多材料增减材复合成形系统及方法
CN206200123U (zh) 一种选择性激光熔化成形熔池实时监测装置
CN104668564A (zh) 一种3d打印设备及用金属丝为原材料的3d打印成形方法
CN105945283B (zh) 移动粉床式电子束快速成型制造方法
CN104923783A (zh) 多激光头多激光束路径扫描成形高熔点高温合金零件方法
CN106735218B (zh) 一种旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置与方法
CN107838422A (zh) 一种利用激光3d打印获得合金构件的方法及装置
CN109202081A (zh) 基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法
CN104289797A (zh) 一种mig快速成形的系统
CN108941558A (zh) 等增减材复合成形设备及其加工方法
CN110394536A (zh) 一种感应熔融金属丝机器人智能增材制造方法
CN109158600A (zh) 同步送粉激光增材制造光斑与粉斑相对位置自动匹配的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant