CN115319257A - 一种用于电子束熔丝增材的丝嘴清理装置及丝嘴清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于电子束熔丝增材的丝嘴清理装置，包括：固定座；电机A，所述电机A固定在所述固定座上；丝杆，所述丝杆的一端连接在所述电机A的输出端上；螺纹滑块，所述螺纹滑块套在所述丝杆上；L型悬臂，所述L型悬臂的一端固定在所述螺纹滑块上；电机B，所述电机B固定在所述L型悬臂的另一端；刷盘，所述刷盘连接在所述电机B的输出端上。其固定在所述工作台的背面，当清理丝嘴时，伸出刷盘，移动工作台使刷盘与丝嘴接触并开始清理丝嘴，清理结束后，收回刷盘，复位工作台，继续进行电子束熔丝增材成形。与现有技术相比，本发明清理装置不会对工作台的行程造成影响，避免增加干伸长和打开真空室，也能防止清理时的掉落物污染成形件。
Description
技术领域
本发明属于电子束熔丝增材制造领域，具体涉及一种电子束熔丝增材成形中去除丝嘴金属蒸汽附着物的方法。
背景技术
在进行电子束熔丝增材成形的过程中，高能量密度电子束在真空环境中作用于丝材上并在基板或沉积体表面形成熔池，丝材从送丝装置的丝嘴中不断送出熔入按预定路径运动的熔池并沉积形成成型件。当使用的金属丝材中各元素熔点差异较大时，易出现低熔点金属元素烧损的问题，即金属丝材中一部分低熔点金属元素会在熔丝的过程中以金属蒸汽的形式从熔池中挥发出来，其中一部分金属蒸汽会附着在熔池上方的丝嘴上，并在丝嘴表面形成疏松的金属蒸汽附着物，如图2所示。随着熔丝沉积的进行，丝嘴上的金属蒸汽附着物也逐渐增加，最终金属蒸汽附着物在重力的作用下从丝嘴上脱落，一部分附着物会落入熔池中并凝固沉积，从而导致该部位低熔点金属元素成分显著升高，从而造成组织不均匀导致组织内部应力集中。
目前工程上解决该问题的方法主要有两种：
(1)增加干伸长，即加大丝嘴到熔池的距离，使附着于丝嘴上的金属蒸汽减少，可减缓金属蒸汽的附着速度，但无法从根本上解决该问题，在熔丝沉积量很小时可采用。并且由于熔丝沉积对干伸长有一定的要求，由于丝材由丝盘中送出，本身带有一定的弯曲，过大的干伸长会降低熔丝状态的稳定性，尤其对于刚性较差的金属丝材，加长干伸长易导致熔丝成形过程中丝材晃动，严重时丝材偏出熔池而无法成形，故该方法局限性大。
(2)定时打开真空室清理丝嘴上的金属附着物可从根本上解决该问题，但电子束熔丝增材成形过程中成型件温度较高，直接打开真空室极易在大气条件下发生氧化，氧化后形成的氧化层在后续成形过程中会使得成型件内部产生气孔进而影响成型件的力学性能。因此，需要在成型件冷却至一定温度后方可打开真空室，以TC4钛合金丝材成型件为例，需要使得成型件在真空环境下冷却2小时以上方可打开真空室。而且电子束熔丝增材成形需要在较为严苛的真空环境(10-3pa)下进行。因此，打开真空室清理丝嘴会造成极大的时间浪费，进而增加了成形周期，加大了成本，且频繁开真空室也会增加成型件氧化导致在后续成形过程中形成气孔的风险。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种可以在不增加干伸长和不开真空室的前提下对丝嘴进行清理的丝嘴清理装置及清理方法。
本发明实现上述目的所采用技术方案如下：
一种用于电子束熔丝增材的丝嘴清理装置，其特征在于：所述丝嘴清理装置包括：
固定座；
电机A，所述电机A固定在所述固定座上；
丝杆，所述丝杆的一端连接在所述电机A的输出端上；
螺纹滑块，所述螺纹滑块套在所述丝杆上；
L型悬臂，所述L型悬臂的一端固定在所述螺纹滑块上；
电机B，所述电机B固定在所述L型悬臂的另一端；
刷盘，所述刷盘连接在所述电机B的输出端上。
优选地，所述刷盘为钢丝刷盘。
优选地，所述丝杆的另一端设置有限位块。
优选地，所述螺纹滑块呈方形状并紧靠固定座。
一种电子束熔丝增材装置，包括电子枪，送丝装置和可三维方向移动的工作台，其特点在于：所述电子束熔丝增材装置还包括如上所述的丝嘴清理装置，所述丝嘴清理装置固定在所述工作台的背面，所述丝嘴清理装置工作时所述刷盘伸出在所述工作台边缘的外侧，不工作时所述刷盘收回到所述工作台边缘的内侧。
一种电子束熔丝增材成形中去除丝嘴金属蒸汽附着物的方法，所述电子束熔丝增材成形在如上所述的电子束熔丝增材装置中进行，当送丝装置的丝嘴处金属蒸汽附着物达到要清理的程度时，先暂停进行电子束熔丝增材成形并收丝，然后将刷盘伸出，移动工作台使刷盘与丝嘴接触并开始清理丝嘴，清理结束后，将刷盘收回，工作台复位，继续进行电子束熔丝增材成形。
优选地，收丝时，使丝端伸出丝嘴口2～4mm。
附图说明
图1为常规电子束熔丝增材装置的结构示意图。
图2为形成丝嘴处金属蒸汽附着物的示意图。
图3为本发明丝嘴清理装置的结构示意图。
图4为本发明丝嘴清理装置的俯视示意图
图5为本发明丝嘴清理装置的安装示意图。
图6为本发明丝嘴清理装置的工作示意图。
其中，1-丝杆，2-螺纹滑块，3-电机A，4-L型悬臂，5-电机B，6-刷盘，7-固定座，8-限位块，9-真空室，10-电子枪，11-送丝装置，12-工作台，13-工作转台，14-基板，15-沉积体，16-金属蒸汽，100-电子束，110-丝嘴，111-金属蒸汽附着物。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，常规的电子束熔丝增材装置包括电子枪，送丝装置和工作台，工作台在真空室内，通过工作转台可控制工作台在X/Y/Z三个方向上的运动。
本发明是在现有电子束熔丝增材装置基础上增加一个丝嘴清理装置。
该丝嘴清理装置的结构示意图如图3-4所示。其包括：
固定座；
电机A，所述电机A固定在所述固定座上；
丝杆，所述丝杆的一端连接在所述电机A的输出端上，使丝杆在电机A的驱动下实现正向或反向转动；
螺纹滑块，所述螺纹滑块套在所述丝杆上，在丝杆正向转动或反向转动时，使螺纹滑块可以沿着丝杆前进或后退；
L型悬臂，所述L型悬臂的一端固定在所述螺纹滑块上；
电机B，所述电机B固定在所述L型悬臂的另一端；
刷盘，所述刷盘连接在所述电机B的输出端上，使刷盘可以在电机B的驱动下旋转。
所述固定座为长条形，所述电机A位于所述固定座的一端，所述丝杆基本平行于所述固定座的表面，可在固定座相对的另一侧固定一个限位块，所述丝杆穿入或抵靠在所述限位块，防止螺纹滑块从丝杆上滑落。
在L型悬臂、电机B、刷盘的重力作用，螺纹滑块在沿丝杆行进的过程中一般不易发生翻转。螺纹滑块的外形可以呈方形状并且紧靠近固定座的表面，以避免因润滑不足或行进速度过快可能导致的翻转。
所述刷盘为钢丝刷盘。
如图5所示，本发明的丝嘴清理装置固定在所述工作台的背面，所述丝嘴清理装置工作时所述刷盘伸出在所述工作台边缘的外侧，不工作时所述刷盘收回到所述工作台边缘的内侧。
采用本发明装置去除电子束熔丝增材成形中丝嘴金属蒸汽附着物的过程如下：
1、在进行电子束熔丝增材前，先在工作台上安装基板，用于熔丝沉积成型件；
2、在进行电子束熔丝增材成形过程中，当连续使用时间达到3小时，对丝嘴进行附着物清理；
3、清理前，停止电子束熔丝增材，关闭电子束，并进行手动收丝，使丝端伸出丝嘴口约3mm；
4、开启丝嘴清理装置的电机A，螺纹滑块向左移动，使刷盘伸出工作台外后关闭电机A；
5、移动工作台使丝嘴与刷盘轻微接触，如图6所示；
6、开启丝嘴清理装置的电机B，刷盘在电机B的驱动下低速旋转并与丝嘴产生摩擦进而去除丝嘴上的金属蒸汽附着物；
7、待丝嘴重新出现光亮的金属层后即代表清理结束，关闭电机B，待刷盘停止转动后；开启电机A，螺纹滑块向右移动，使刷盘收回到工作台内侧；
8、将工作台复位，调整丝材长度，继续进行电子束熔丝增材成形。
整个清理过程无需打开真空室。
本发明的丝嘴清理装置位于工作台的背面，丝嘴清理装置不工作时位于工作台内，不会对工作台的行程造成影响，在丝嘴清理工作时，工作台可以起到遮挡作用，防止掉落的金属蒸汽附着物飞溅到工作台正面的成形件上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于电子束熔丝增材的丝嘴清理装置，其特征在于：所述丝嘴清理装置包括：
固定座；
电机A，所述电机A固定在所述固定座上；
丝杆，所述丝杆的一端连接在所述电机A的输出端上；
螺纹滑块，所述螺纹滑块套在所述丝杆上；
L型悬臂，所述L型悬臂的一端固定在所述螺纹滑块上；
电机B，所述电机B固定在所述L型悬臂的另一端；
刷盘，所述刷盘连接在所述电机B的输出端上。
2.根据权利要求1所述的丝嘴清理装置，其特征在于：所述刷盘为钢丝刷盘。
3.根据权利要求1所述的丝嘴清理装置，其特征在于：所述丝杆的另一端设置有限位块。
4.根据权利要求1所述的丝嘴清理装置，其特征在于：所述螺纹滑块呈方形状并紧靠固定座。
5.一种电子束熔丝增材装置，包括电子枪，送丝装置和可三维方向移动的工作台，其特征在于：所述电子束熔丝增材装置还包括如权利要求1～4任一所述的丝嘴清理装置，所述丝嘴清理装置固定在所述工作台的背面，所述丝嘴清理装置工作时所述刷盘伸出在所述工作台边缘的外侧，不工作时所述刷盘收回到所述工作台边缘的内侧。
6.一种电子束熔丝增材成形中去除丝嘴金属蒸汽附着物的方法，所述电子束熔丝增材成形在如权利要求5所述的电子束熔丝增材装置中进行，当送丝装置的丝嘴处金属蒸汽附着物达到要清理的程度时，先暂停进行电子束熔丝增材成形并收丝，然后将刷盘伸出，移动工作台使刷盘与丝嘴接触并开始清理丝嘴，清理结束后，将刷盘收回，工作台复位，继续进行电子束熔丝增材成形。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：收丝时，使丝端伸出丝嘴口2～4mm。
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