CN110125401B - 电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法 - Google Patents

电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法。该方法包括：基于三维造型软件构造出零件的三维模型并转换成STL格式文件，将其输入电子束快速成形系统；数据处理软件对STL格式的零件三维模型进行分层切片处理，并设定各层切片厚度；基于电子束熔丝加工方法和各层切片，生成各层切片的填充路径和填充角度，作为熔丝沉积成形的堆积路径；在电子束快速成形系统中输入电子束流参数、送丝参数和运动参数，生成电子束丝束同轴熔丝沉积成形的加工程序，在成形过程中需保持金属丝材与电子束流同轴输送，使金属丝材在电子束流作用下熔化并连续堆积，以此堆积方法按照熔丝沉积成形的堆积路径逐层熔丝沉积，直至成形出与三维模型相符的零件。

Description

电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法。
背景技术
电子束熔丝成形是一种新兴的增材制造技术，建立在成熟的高能束流堆焊与熔敷技术基础上，同时融合了快速原型(Rapid Prototyping)、计算机辅助设计与制造(CAD&CAM)、柔性自动化技术，实现了高性能复杂结构致密金属零件的近净成型直接制造，是当前先进制造技术发展的崭新方向。
目前较为常用的电子束熔丝沉积成形技术均采用旁轴送丝沉积成形方法。在成形过程中，由于成形路径轨迹不断变化，电子束和丝材的位向关系一直在变化，使得在成形过程中每道成形体的几何形状和尺寸精度不一致，导致最终成形零件尺寸和精度保证困难，甚至严重影响成形过程的顺利进行。同时旁轴送丝形式会占用较大的空间，容易和零件或者夹具产生干涉，对于成形空间较狭窄的零件制造较为不利。
因此，发明人提供了一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法，能够解决旁轴送丝成形在沉积路径发生改变时成形几何形状和成形精度不一致的问题，实现高效精确沉积成形，保证成形精度和质量。
本发明的实施例提出了一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法，该成形方法包括：
构造出零件的三维模型，基于三维造型软件构造出零件的三维模型并转换成STL格式文件，将其输入电子束快速成形系统；
分层切片处理，数据处理软件对STL格式的零件三维模型进行分层切片处理，并设定各层切片厚度；
生成堆积路径，基于电子束熔丝加工方法和各层切片，生成各层切片填充金属丝材的填充路径和填充角度，以此作为熔丝沉积成形的堆积路径；
丝束同轴熔丝沉积成形，基于熔丝沉积成形的堆积路径，在所述电子束快速成形系统中输入电子束参数、送丝参数和运动参数，生成电子束丝束同轴熔丝沉积成形的加工程序，在成形过程中保持金属丝材与电子束流同轴输送，使所述金属丝材在电子束流作用下熔化并连续堆积，以此堆积方法按照熔丝沉积成形的堆积路径逐层熔丝沉积，直至成形出与三维模型相符的零件。
进一步地，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法前，对成形舱室和电子枪进行抽真空至设定的真空度后维持真空，在所述成形舱室中进行丝束同轴熔丝沉积成形。
进一步地，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法中，逐层熔丝沉积过程时，通过将工作台在高度方向移动与堆积厚度相同的距离，使电子束流与逐层堆积零件的各坯层上表面的熔池距离相当。
进一步地，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法中，所述电子束参数包括加速电压、束流、聚焦电流、扫描模式及频率、束流缓升及衰减量。
进一步地，所述送丝参数包括金属丝材的材料种类、丝材直径、送丝速度、提前量及滞后量。
进一步地，所述运动参数包括各运动轴的运动速度、运动方向和运动距离。
进一步地，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法后，待加工成形的零件冷却后，将成形舱室放气，再将零件卸下。
综上，送丝系统将金属丝材精确送至同轴电子束流与成型零件上表面相交的熔池处，运动系统根据控制系统生成的加工路径自动运行，电子束熔化丝材，逐层逐层熔丝堆积成所需的零件，逐层堆积过程中，完成一层后，运动系统沿高度方向移动与堆积层厚相等的距离，再次实施层面堆积，熔丝堆积过程持续进行，直至零件加工完成。该成形方法能够克服旁轴送丝成形在沉积路径发生改变时成形几何形状和成形精度不一致的问题，实现高效精确沉积成形，保证成形精度和质量。本发明的方法适用于超大规格、复杂金属结构自由成形，实现快速反应、敏捷制造，降低研发成本及减少零件研制生产周期，摆脱传统制造技术对设计的束缚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是电子束丝束同轴沉积成形方法原理图。
图2是本发明实施例的一种电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了任何等同修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种电子束丝束同轴沉积成形方法的原理示意图，在成形平台上部，金属丝材从送丝导轮中间穿过，金属丝材与环形电子束同轴，操作时，该同轴丝材与环形电子束同轴作用在成形平台上进行熔丝沉积成形。结合图1和图2所示，该成形方法至少包括了以下步骤S110～步骤S140：
步骤S110为构造出零件的三维模型，基于三维造型软件构造出零件的三维模型并转换成STL格式文件，将其输入电子束快速成形系统。
步骤S120为分层切片处理，数据处理软件对STL格式的零件三维模型进行分层切片处理，并设定各层切片厚度。
步骤S130为生成堆积路径，基于电子束熔丝加工方法和各层切片，生成各层切片填充金属丝材的填充路径和填充角度，以此作为熔丝沉积成形的堆积路径。
步骤S140为丝束同轴熔丝沉积成形，基于熔丝沉积成形的堆积路径，在所述电子束快速成形系统中输入电子束参数、送丝参数和运动参数，生成电子束丝束同轴熔丝沉积成形的加工程序，在成形过程中保持金属丝材与电子束流同轴输送，使所述金属丝材在电子束流作用下熔化并连续堆积，以此堆积方法按照熔丝沉积成形的堆积路径逐层熔丝沉积，直至成形出与三维模型相符的零件。
进一步地，在步骤S140前，对成形舱室和电子枪进行抽真空至设定的真空度后维持真空，在所述成形舱室中进行丝束同轴熔丝沉积成形。
作为一种优选实施例，在步骤S140中，逐层熔丝沉积过程时，通过将工作台在高度方向移动与堆积厚度相同的距离，使电子束流与逐层堆积零件的各坯层上表面的熔池距离相当。
具体实施加工时，首先运用三维造型软件构造出零件的三维模型并转化成STL格式文件，将其输入电子束快速成形系统。数据处理软件对STL格式的零件三维模型进行分层切片处理，层片厚度可以设定。按电子束熔丝堆积加工方法的特点规划各层片填充路径及填充角度，作为实施加工的堆积路径。在控制系统输入电子束参数(至少包括加速电压、束流、聚焦电流、扫描模式及频率、束流缓升及衰减量)、送丝参数(至少包括材料种类、丝材直径、送丝速度、提前量及滞后量)和运动参数(至少包括各运动轴的运动速度、运动方向和运动距离等)，由电子束快速成形系统生成加工程序。将系统接通电源、压缩空气及冷却水。在工作台上固定一基板或零件，关闭成形舱室，启动真空系统，对成形舱室及电子枪抽真空，至设定真空度后维持真空；接通电源，控制系统根据生成的加工程序，协调控制电子枪、送丝系统、工作台执行加工指令；送丝系统将金属丝材以一定速度精确送至电子束流与逐层堆积的成形零件上表面相交处(熔池)，丝材在电子束流作用下熔化并连续堆积，工作台根据控制系统生成的加工路径自动运行，堆积完一层后，工作台沿高度方向移动与堆积层厚相等的距离，再次实施层面堆积，过程持续进行，直至零件加工完成。待零件冷却后，将成形舱室放气，将工作台移动到舱室外，卸下零件。
以上所述仅为本申请的实施例而已，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (2)

1.电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法，其特征在于，包括：
构造出零件的三维模型，基于三维造型软件构造出零件的三维模型并转换成STL格式文件，将其输入电子束快速成形系统；
分层切片处理，数据处理软件对STL格式的零件三维模型进行分层切片处理，并设定各层切片厚度；
生成堆积路径，基于电子束熔丝加工方法和各层切片，生成各层切片填充金属丝材的填充路径和填充角度，以此作为熔丝沉积成形的堆积路径；
丝束同轴熔丝沉积成形，基于熔丝沉积成形的堆积路径，在所述电子束快速成形系统中输入电子束参数、送丝参数和运动参数，生成电子束丝束同轴熔丝沉积成形的加工程序，在成形过程中保持金属丝材与电子束流同轴输送，将金属丝材送至电子束流与逐层堆积的成形零件上表面相交处，使所述金属丝材在电子束流作用下熔化并连续堆积，以此堆积方法按照熔丝沉积成形的堆积路径逐层熔丝沉积，直至成形出与三维模型相符的零件；
其中，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法前，对成形舱室和电子枪进行抽真空至设定的真空度后维持真空，在所述成形舱室中进行丝束同轴熔丝沉积成形；
在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法中，逐层熔丝沉积过程时，通过将工作台在高度方向移动与堆积厚度相同的距离，使电子束流与逐层堆积零件的各坯层上表面的熔池距离相当；
在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法中，所述电子束参数包括加速电压、束流、聚焦电流、扫描模式及频率、束流缓升及衰减量；
所述送丝参数包括金属丝材的材料种类、丝材直径、送丝速度、提前量及滞后量；
所述运动参数包括各运动轴的运动速度、运动方向和运动距离。
2.根据权利要求1所述的电子束丝束同轴熔丝沉积成形方法，其特征在于，在所述丝束同轴熔丝沉积成形方法后，待加工成形的零件冷却后，将成形舱室放气，再将零件卸下。
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