CN111390172A - 一种高能束金属精确成型机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能束金属精确成型机，包括机壳、位于机壳内的高能束发射器、模型路径控制器、成型舱和温度控制器，还包括与成型舱通过第一管道连接的用于容纳原料的续粉舱，成型舱和续粉舱分别通过第二管道和第三管道与真空系统连接，所述续粉舱的顶部通过第四管道与外界空气连通，第一管道上设有第一截止阀，第三管道上设有第二截止阀，第四管道上设有第三截止阀，本发明续粉舱与成型舱相互分离设置，避免粉料对真空系统给的影响，续粉舱和成型舱均与通过管道与真空系统连接，保证了成型舱在成型工作中和加粉工作中一直保持真空的状态，提高了抽真空的效率，保证了生产效率和生产的品质。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制造领域，具体涉及一种高能束金属精确成型机。
背景技术
金属结构一体成型具有诸多好处，减少装配，延长寿命，结构优化等。目前的金属结构一体成型技术包括粉末冶金和增材制造技术。粉末冶金通过高压烧结预制形状的金属粉末成型，通过高温高压的环境控制完成材料成型，但是难以实现对工件局部结构的精确控制，所以粉末冶金制成的工件局部精度较差。增材制造使用激光或者电子束将原材料粉末逐层熔融成型，通过微熔池的控制完成材料成型，可以实现成型工件局部精确成型。
此外，在实际生产过程中，使用电子束作为能量源的成型装置内的成型舱内容易受到环境中电磁场的变化的影响，可能导致束斑尺寸变化甚至束斑偏移，进而导致加工件性能以及尺寸偏差，为了减少加工件性能以及尺寸的偏差，通过真空设备使成型舱保持真空的环境。对于真空设备而言，抽真空时间是生产周期中很重要的环节，会直接影响到金属成型机的生产效率。影响抽真空效率的关键因素是原材料粉末，因为金属粉末表面容易吸附气体杂质，从而影响抽真空效率。
因此，提供一种能够保持成型舱内真空状态且抽真空效率高的高能束金属精确成型机，已是一个值得研究的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够保持成型舱内真空状态且抽真空效率高的高能束金属精确成型机。
本发明的目的是这样实现的：
一种高能束金属精确成型机，包括机壳、位于机壳内的高能束发射器、用于控制高能束发射器的模型路径控制器、位于高能束发射器下方且与机壳内部固定连接的成型舱和位于成型舱内的温度控制器，还包括与成型舱通过第一管道连接的用于容纳原料的续粉舱，成型舱和续粉舱分别通过第二管道和第三管道与真空系统连接，所述续粉舱的顶部通过第四管道与外界空气连通，第一管道上设有第一截止阀，第三管道上设有第二截止阀，第四管道上设有第三截止阀。
所述真空系统包括通过第二管道与成型舱连通的第一真空泵、通过第三管道与续粉舱连通的第二真空泵、与第一真空泵和第二真空泵电线连接的第一PID控制器、位于成型舱和续粉舱内的真空计，真空计与第一PID控制器电性连接。
所述续粉舱的底部通过进料管与成型舱的顶部连接用于为成型舱输送原料，续粉舱的顶部设有与原料罐连接的输料管，进料管和输料管上分别设有第一阀体和第二阀体。
所述成型舱内设有成型平台、位于成型平台右侧的送粉平台、位于送粉平台的上方的粉耙，成型平台的底部设有用于使成型平台在竖直方向升降的第一推杆电机，送粉平台的底部设有用于使送粉平台在竖直方向升降的第二推杆电机，粉耙的右侧面设有使粉耙在水平面上左右移动的第三推杆电机。
所述第一推杆电机与机壳的内表面固定连接，第二推杆电机的伸缩端穿过成型舱且与成型平台的底部固定连接，第二推杆电机与机壳的内表面固定连接，第二推杆电机的伸缩端穿过成型舱且与送粉平台的底部固定连接，第三推杆电机的右侧面与成型舱的右侧面固定连接，第三推杆电机的伸缩端与粉耙的右侧面固定连接推动粉耙在水平面上向左或向右移动。
所述第一推杆电机的伸缩端通过密封套与成型舱的底部滑动密封连接，第二推杆电机的伸缩端通过密封套与成型舱的底部滑动密封连接。
所述机壳的材质为坡莫合金。
积极有益效果：本发明续粉舱与成型舱相互分离设置，避免粉料对真空系统给的影响，提高了设备准备的效率以及运行中的稳定性，续粉舱和成型舱均与通过管道与真空系统连接，保证了成型舱在成型工作中和加粉工作中一直保持真空的状态，提高了抽真空的效率，保证了生产效率和生产的品质。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明真空系统的结构示意图；
图3为本发明实施例2温度控制器的结构示意图；
图中为：机壳1、成型舱2、续粉舱3、高能束发射器4、成型平台5、送粉平台6、第一推杆电机7、第二推杆电机8、粉耙9、真空系统10、第一截止阀11、第二截止阀12、第三截止阀13、模型路径控制器14。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种高能束金属精确成型机，包括机壳1、位于机壳1内的高能束发射器4、用于控制高能束发射器4的模型路径控制器14、位于高能束发射器4下方且与机壳1内部固定连接的成型舱2和位于成型舱2内的温度控制器，所述机壳1的材质为坡莫合金，机壳1可有效屏蔽外界的电磁场对机壳内部的影响，从而避免外界电磁场对高能束发射器4中电子束的影响，提高设备运行稳定性，还包括与成型舱2通过第一管道连接的用于容纳原料的续粉舱3，成型舱2和续粉舱3分别通过第二管道和第三管道与真空系统10连接，续粉舱3和成型舱3分离的设计，将成型舱2的真空环境与添加粉末的真空环境隔离开，提高了设备准备的效率以及运行中的稳定性，真空系统10的设置，保证率成型舱2和续粉舱3内的真空环境，成型舱2的高真空环境能够防止气体对高能束的影响，同时减少热传导，有助于成型平台温度的保持。
所述续粉舱3的顶部通过第四管道与外界空气连通，第一管道上设有第一截止阀11，第三管道上设有第二截止阀12，第四管道上设有第三截止阀13。所述真空系统10包括通过第二管道与成型舱2连通的第一真空泵、通过第三管道与续粉舱3连通的第二真空泵、与第一真空泵和第二真空泵电线连接的第一PID控制器、位于成型舱2和续粉舱3内的真空计，真空计与第一PID控制器电性连接，第一PID控制器用于根据设定压力与检测压力之间的差值，调节第一真空泵和第二真空泵的运行，第一PID控制器的型号为EVT-C5，真空计用于检测成型舱2以及续粉舱3内的真空压力，并将检测的数据传递给第一PID控制器。所述续粉舱3的底部通过进料管与成型舱2的顶部连接用于为成型舱2输送原料，续粉舱3的顶部设有与原料罐连接的输料管，进料管和输料管上分别设有第一阀体和第二阀体，当外界的原料罐向续粉舱3加粉时，将输料管上的第二阀体打开，第一阀体关闭，使续粉舱3和成型舱2之间的进料管断开，续粉舱3与原料罐之间的输料管连通，同时第一截止阀11、第二截止阀12关闭，第三截止阀13打开，则使续粉舱3内部与真空系统10之间的三通道断开，同时使续粉舱3内部与外界连接的第四管道断开，成型舱2与续粉舱3之间的第一管道断开，关闭第二截止阀12作用是将续粉舱与真空系统断开，避免影响真空系统工作，从而造成成型舱2真空波动，打开第三截止阀13的作用使续粉舱3与大气的相连，便于粉料进入续粉舱3，关闭第一截止阀11的作用是隔断与真空系统的连通，避免影响真空系统工作，从而造成成型舱2真空波动，续粉舱3内加粉完成后，将打开第二截止阀12，同时关闭第三截止阀13，使续粉舱3内的真空状态与成型舱2内的真空状态相同，同时使续粉舱3与外界断开，第三截止阀13的关闭隔断续粉舱3与大气的相连，从而保证续粉舱内真空稳定，当需要将续粉舱3内的粉料放入成型舱2内，打开第二阀体，同时打开第一截止阀11，当粉料放入完毕后，关闭第一截止阀11和第二阀体，避免了续粉舱3内真空的波动而影响成型舱2内的真空环境。
所述成型舱2内设有成型平台5、位于成型平台5右侧的送粉平台6、位于送粉平台6的上方的粉耙9，成型舱2的左侧面和右侧面通过连接板与机壳1的内表面固定，成型平台5的底部设有用于使成型平台5在竖直方向升降的第一推杆电机7，第一推杆电机7的伸缩端通过密封套与成型舱2的底部滑动密封连接，第一推杆电机7穿过密封套的通道且在密封套内滑动密封接触，密封套的外部与成型舱2的底部密封胶固定连接，避免成型舱2内的真空泄漏，送粉平台6的底部设有用于使送粉平台6在竖直方向升降的第二推杆电机8，所述第二推杆电机8的伸缩端通过密封套与成型舱2的底部滑动密封连接，第二推杆电机8穿过密封套的通道且在密封套内滑动密封接触，密封套的外部与成型舱2的底部密封胶固定连接，避免成型舱2内的真空泄漏，粉耙9的右侧面设有使粉耙9在水平面上左右移动的第三推杆电机，第三推杆电机的伸缩端与粉耙9通过螺栓组件固定连接，便于粉耙9在水平方向移动。所述第一推杆电机7的底部与机壳1的内表面底部通过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8的伸缩端穿过成型舱2且与成型平台5的底部通过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8与机壳1的内表面过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8的伸缩端穿过成型舱2且与送粉平台6的底部过螺栓组件固定连接，第三推杆电机的右侧面与成型舱2的右侧面过螺栓组件固定连接，第三推杆电机的伸缩端与粉耙9的右侧面过螺栓组件固定连接推动粉耙9在水平面上向左或向右移动。
具体的工作步骤如下：a.开始加工之前，真空系统10首先运行，制造成型舱2内的真空环境；b.成型舱2内真空度满足要求后，将3D设计模型导入模型路径控制器14，路径控制器14首先将模型进行分层，然后根据每层的图形信息规划高能束的扫描路径，并且根据扫描路径得出扫描工艺。将扫描路径以及扫描工艺信号输送给高能束发射器4；c.高能束发射器4会按照计算出的扫描轨迹发射激光束或者电子束，投射在成型平台5上；d.成型平台5上的金属粉末在激光束/电子束的扫描下熔融成型；e.当一层扫描完成之后，成型平台5下降，送粉平台6上升，粉耙9将送粉平台6上的粉末推送并且均匀铺在成型平台5上；f.重复步骤d和步骤e，直到3D模型从第一层到最后一层扫描完成；g.在加工过程中，温度控制器会根据设定温度对成型平台的温度进行动态平衡调节；h.在加工过程中，若需要添加粉末，可在保持续粉舱第二截止阀12和第一截止阀11关闭的状态下将粉末添加到续粉舱3内；然后关闭第三截止阀13，打开第二截止阀12，等待续粉舱内压力与成型舱内压力一致；压力一致后，将第一截止阀11打开，粉末即可添加到成型舱内送粉平台，完成添加粉末。
实施例2
如图1和图2所示，一种高能束金属精确成型机，包括机壳1、位于机壳1内的高能束发射器4、用于控制高能束发射器4的模型路径控制器14、位于高能束发射器4下方且与机壳1内部固定连接的成型舱2和位于成型舱2内的温度控制器，所述机壳1的材质为坡莫合金，机壳1可有效屏蔽外界的电磁场对机壳内部的影响，从而避免外界电磁场对高能束发射器4中电子束的影响，提高设备运行稳定性，还包括与成型舱2通过第一管道连接的用于容纳原料的续粉舱3，成型舱2和续粉舱3分别通过第二管道和第三管道与真空系统10连接，续粉舱3和成型舱3分离的设计，将成型舱2的真空环境与添加粉末的真空环境隔离开，提高了设备准备的效率以及运行中的稳定性，真空系统10的设置，保证率成型舱2和续粉舱3内的真空环境，成型舱2的高真空环境能够防止气体对高能束的影响，同时减少热传导，有助于成型平台温度的保持。
所述续粉舱3的顶部通过第四管道与外界空气连通，第一管道上设有第一截止阀11，第三管道上设有第二截止阀12，第四管道上设有第三截止阀13。所述真空系统10包括通过第二管道与成型舱2连通的第一真空泵、通过第三管道与续粉舱3连通的第二真空泵、与第一真空泵和第二真空泵电线连接的第一PID控制器、位于成型舱2和续粉舱3内的真空计，真空计与第一PID控制器电性连接，第一PID控制器用于根据设定压力与检测压力之间的差值，调节第一真空泵和第二真空泵的运行，第一PID控制器的型号为EVT-C5，真空计用于检测成型舱2以及续粉舱3内的真空压力，并将检测的数据传递给第一PID控制器。所述续粉舱3的底部通过进料管与成型舱2的顶部连接用于为成型舱2输送原料，续粉舱3的顶部设有与原料罐连接的输料管，进料管和输料管上分别设有第一阀体和第二阀体，当外界的原料罐向续粉舱3加粉时，将输料管上的第二阀体打开，第一阀体关闭，使续粉舱3和成型舱2之间的进料管断开，续粉舱3与原料罐之间的输料管连通，同时第一截止阀11、第二截止阀12关闭，第三截止阀13打开，则使续粉舱3内部与真空系统10之间的三通道断开，同时使续粉舱3内部与外界连接的第四管道断开，成型舱2与续粉舱3之间的第一管道断开，关闭第二截止阀12作用是将续粉舱与真空系统断开，避免影响真空系统工作，造成成型舱2真空波动，打开第三截止阀13的作用使续粉舱3与大气的相连，便于粉料进入续粉舱3，关闭第一截止阀11的作用是隔断与真空系统的连通，避免影响真空系统工作，造成成型舱2真空波动，续粉舱3内加粉完成后，将打开第二截止阀12，同时关闭第三截止阀13，使续粉舱3内的真空状态与成型舱2内的真空状态相同，同时使续粉舱3与外界断开，第三截止阀13的关闭隔断续粉舱3与大气的相连，从而制造续粉舱内的真空环境，当需要将续粉舱3内的粉料放入成型舱2内，打开第二阀体，同时打开第一截止阀11，当粉料放入完毕后，关闭第一截止阀11和第二阀体，避免了续粉舱3内真空的波动而影响成型舱2内的真空环境。
所述成型舱2内设有成型平台5、位于成型平台5右侧的送粉平台6、位于送粉平台6的上方的粉耙9，成型舱2的左侧面和右侧面通过连接板与机壳1的内表面固定，成型平台5的底部设有用于使成型平台5在竖直方向升降的第一推杆电机7，第一推杆电机7的伸缩端通过密封套与成型舱2的底部滑动密封连接，第一推杆电机7穿过密封套的通道且在密封套内滑动密封接触，密封套的外部与成型舱2的底部密封胶固定连接，避免成型舱2内的真空泄漏，送粉平台6的底部设有用于使送粉平台6在竖直方向升降的第二推杆电机8，所述第二推杆电机8的伸缩端通过密封套与成型舱2的底部滑动密封连接，第二推杆电机8穿过密封套的通道且在密封套内滑动密封接触，密封套的外部与成型舱2的底部密封胶固定连接，避免成型舱2内的真空泄漏，粉耙9的右侧面设有使粉耙9在水平面上左右移动的第三推杆电机，第三推杆电机的伸缩端与粉耙9通过螺栓组件固定连接，便于粉耙9在水平方向移动。所述第一推杆电机7的底部与机壳1的内表面底部通过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8的伸缩端穿过成型舱2且与成型平台5的底部通过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8与机壳1的内表面过螺栓组件固定连接，第二推杆电机8的伸缩端穿过成型舱2且与送粉平台6的底部过螺栓组件固定连接，第三推杆电机的右侧面与成型舱2的右侧面过螺栓组件固定连接，第三推杆电机的伸缩端与粉耙9的右侧面过螺栓组件固定连接推动粉耙9在水平面上向左或向右移动。
如图3所示，温度控制器包括加热器、冷却器、热电偶和第二PID控制器，第二PID控制器的型号为YR-RJD系列，加热器、冷却器和热电偶均与第二PID控制器连接，加热器和热电偶位于成型平台的下表面，冷却器位于成型平台5的下方，且冷却器与成型舱2的底部固定，冷却器用于加工完成后成型平台的冷却，使用循环冷却水作为冷却介质，可以通过调流量流速实现温度调节，加热器用于加工过程中成型平台5的加热，使用碳硅加热棒作为热源，可以通过调节电流实现温度调节，热电偶用于检测成型温度，温度控制器可以控制成型平台5的冷却速度，以达到最佳的材料性能。
具体的工作步骤如下：a.开始加工之前，真空系统10首先运行，创造成型舱2内的真空环境；b.成型舱2内真空度满足要求后，将3D设计模型导入模型路径控制器14，路径控制器14首先将模型进行分层，然后根据每层的图形信息规划高能束的扫描路径，并且根据扫描路径得出扫描工艺。将扫描路径以及扫描工艺信号输送给高能束发射器4；c.高能束发射器4会按照计算出的扫描轨迹发射激光束或者电子束，投射在成型平台5上；d.成型平台5上的金属粉末在激光束/电子束的扫描下熔融成型；e.当一层扫描完成之后，成型平台5下降，送粉平台6上升，粉耙9将送粉平台6上的粉末推送并且均匀铺在成型平台5上；f.重复步骤d和步骤e，直到3D模型从第一层到最后一层扫描完成；g.在加工过程中，温度控制器会根据设定温度对成型平台的温度进行动态平衡调节；h.在加工过程中，若需要添加粉末，可在保持续粉舱第二截止阀12和第一截止阀11关闭的状态下将粉末添加到续粉舱3内；然后关闭第三截止阀13，打开第二截止阀12，等待续粉舱内压力与成型舱内压力一致；压力一致后，将第一截止阀11打开，粉末即可添加到成型舱内送粉平台，完成添加粉末。
本发明续粉舱与成型舱相互分离设置，避免粉料对真空系统给的影响，提高了设备准备的效率以及运行中的稳定性，续粉舱和成型舱均与通过管道与真空系统连接，保证了成型舱在成型工作中和加粉工作中一直保持真空的状态，提高了抽真空的效率，保证了生产效率和生产的品质。
Claims (7)
1.一种高能束金属精确成型机，包括机壳、位于机壳内的高能束发射器、用于控制高能束发射器的模型路径控制器、位于高能束发射器下方且与机壳内部固定连接的成型舱和位于成型舱内的温度控制器，其特征在于：还包括与成型舱通过第一管道连接的用于容纳原料的续粉舱，成型舱和续粉舱分别通过第二管道和第三管道与真空系统连接，所述续粉舱的顶部通过第四管道与外界空气连通，第一管道上设有第一截止阀，第三管道上设有第二截止阀，第四管道上设有第三截止阀。
2.根据权利要求1所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述真空系统包括通过第二管道与成型舱连通的第一真空泵、通过第三管道与续粉舱连通的第二真空泵、与第一真空泵和第二真空泵电线连接的第一PID控制器、位于成型舱和续粉舱内的真空计，真空计与第一PID控制器电性连接。
3.根据权利要求1所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述续粉舱的底部通过进料管与成型舱的顶部连接用于为成型舱输送原料，续粉舱的顶部设有与原料罐连接的输料管，进料管和输料管上分别设有第一阀体和第二阀体。
4.根据权利要求1所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述成型舱内设有成型平台、位于成型平台右侧的送粉平台、位于送粉平台的上方的粉耙，成型平台的底部设有用于使成型平台在竖直方向升降的第一推杆电机，送粉平台的底部设有用于使送粉平台在竖直方向升降的第二推杆电机，粉耙的右侧面设有使粉耙在水平面上左右移动的第三推杆电机。
5.根据权利要求4所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述第一推杆电机与机壳的内表面固定连接，第二推杆电机的伸缩端穿过成型舱且与成型平台的底部固定连接，第二推杆电机与机壳的内表面固定连接，第二推杆电机的伸缩端穿过成型舱且与送粉平台的底部固定连接，第三推杆电机的右侧面与成型舱的右侧面固定连接，第三推杆电机的伸缩端与粉耙的右侧面固定连接推动粉耙在水平面上向左或向右移动。
6.根据权利要求5所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述第一推杆电机的伸缩端通过密封套与成型舱的底部滑动密封连接，第二推杆电机的伸缩端通过密封套与成型舱的底部滑动密封连接。
7.根据权利要求1所述的高能束金属精确成型机，其特征在于：所述机壳的材质为坡莫合金。
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