CN115635101A - 增材制造装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，公开一种增材制造装置及其控制方法。其中增材制造装置包括工作腔、电子束发射模块和检测模块，工作腔内设置有工作台组件和铺粉组件，铺粉组件被配置为能在工作台组件上的铺粉区域铺设金属粉末；电子束发射模块设置于工作腔的上方，且朝向工作台组件设置；检测模块包括电连接的检测头和处理器，检测头被配置为能获取工作腔内未置于铺粉区域的带电金属粉末，和/或电子束发射模块使工作腔内未置于铺粉区域的金属粉末辐射的电子的电子信号，处理器能接收电子信号，工作台组件、铺粉组件和电子束发射模块均与处理器电连接。本发明能有效地避免了吹粉现象造成的不可逆的工艺中断，节约了时间和材料成本。

Description

增材制造装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造装置及其控制方法。

背景技术

电子束铺粉式增材制造的特点是：利用电子束选择性熔化粉末床上的特定区域的金属粉末颗粒，从而实现对金属三维实体的制造。但是金属粉末颗粒的导电性差以及电子束的带电特性，决定了工艺过程存在不稳定性，具体表现为：电子束辐照粉末床，将电子束注入粉末颗粒，粉末颗粒由于外侧金属氧化层作用导电性不好，积累电荷，带电金属粉末在静电力的作用下发生剧烈运动，导致整个成形室内的粉末床发生溃散（“吹粉”），进而引起成形工艺中断，吹粉现象难以避免，增加了电子束粉末床增材制造的难度。

现有技术中，对于吹粉的监测通常只能通过操作人员巡查才能发现，或者是设备在吹粉后持续出现不稳定现象，最终造成打印失败后才能停止，导致损坏设备，造成时间、材料等的成本浪费。

所以，亟需一种增材制造装置及其控制方法，以解决上述问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种增材制造装置及其控制方法，能有效地检测吹粉现象，有效地节约了时间和材料成本，以及设备的损坏。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

增材制造装置，包括：

工作腔，其内设置有工作台组件和铺粉组件，所述铺粉组件被配置为能在所述工作台组件上的铺粉区域铺设金属粉末；

电子束发射模块，设置于所述工作腔的上方，且朝向所述工作台组件设置；

检测模块，包括电连接的检测头和处理器，所述检测头被配置为能获取所述工作腔内未置于所述铺粉区域的带电金属粉末，和/或，所述检测头被配置为能获取所述电子束发射模块使所述工作腔内未置于所述铺粉区域的金属粉末辐射的电子的电子信号，所述处理器能接收所述电子信号，所述工作台组件、所述铺粉组件和所述电子束发射模块均与所述处理器电连接。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述检测模块还包括与所述检测头和所述处理器均电连接的放大器，所述放大器能放大所述电子信号并传输至所述处理器。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述放大器和所述处理器设置于所述工作腔的外侧。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述电子束发射模块包括电子束发射器和电子光柱，所述电子光柱设置于所述电子束发射器和所述工作腔之间，且与所述工作腔连通，所述检测头设置于所述电子光柱内。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述检测头设置于所述工作腔内。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述工作腔的底部还设置有成形缸，所述工作台组件包括放置平台、放置基板和升降驱动件，所述放置平台设置于所述成形缸内，所述放置基板设置于所述放置平台，所述驱动件能驱动所述放置平台沿竖直方向移动。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述铺粉组件包括粉箱和铺粉件，所述粉箱用于盛放金属粉末，所述铺粉件能贴合所述成形缸的缸顶并沿水平方向移动。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述检测头包括设置有正电势的吸引组件，所述吸引组件被配置为能吸引带电金属粉末和/或电子。

作为一种增材制造装置的优选方案，所述检测头包括扫描电镜用闪烁体和光电倍增管，或所述检测头包括半导体探测器。

增材制造装置的控制方法，用于控制如以上任一方案所述的增材制造装置，控制方法包括：

所述检测模块实时获取带电金属粉末和/或电子的电子信号，当所述电子信号大于第一预设值时，关停所述电子束发射模块；

当所述电子信号大于第一预设值且小于第二预设值时，控制所述铺粉组件重新铺粉，并继续打印；当所述电子信号大于等于第二预设值时，关停所述铺粉组件和所述工作台组件，并停止打印。

本发明的有益效果为：

本发明通过在工作腔内设置工作台组件，使得铺粉组件能在工作台组件的铺粉区域铺设金属粉末；通过在工作腔的上方且朝向工作台组件的位置设置电子束发射模块，用于辐射铺粉区域的预设位置，以打印三维模型。通过设置检测模块，能检测工作腔内的吹粉现象；具体为，当工作腔内存在有由铺粉区域的飞溅带电金属粉末，或者飞溅的带电金属粉末被电子束发射模块轰击后产生的辐射电子，检测模块的检测头将检测到该带电金属粉末和/或电子的电子信号，处理器接收该电子信号后能用于进一步控制工作台组件、铺粉组件和电子束发射模块，以及时处理吹粉现象。上述增材制造装置检测吹粉现象更加及时、准确、可靠，能有效地避免了吹粉现象对增材制造装置各模块的损伤以及不可逆的工艺中断，节约了时间和材料成本，提高了打印效率和打印效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的一种增材制造装置的示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的另一种增材制造装置的示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的增材制造装置的控制方法的流程图。

图中：

1、工作腔；111、放置平台；112、放置基板；113、升降驱动件；12、铺粉组件；121、粉箱；122、铺粉件；13、成形缸；131、缸顶；

2、电子束发射模块；21、电子束发射器；22、电子光柱；

31、检测头；32、处理器；33、放大器；

100、金属粉末；200、电子束；300、铺粉区域；400、三维实体。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本实施方式提供一种增材制造装置，该增材制造装置包括工作腔1、电子束发射模块2和检测模块，工作腔1内设置有工作台组件和铺粉组件12，铺粉组件12被配置为能在工作台组件上的铺粉区域300铺设金属粉末100；电子束发射模块2设置于工作腔1的上方，且朝向工作台组件设置；检测模块包括电连接的检测头31和处理器32，检测头31被配置为能获取工作腔1内未置于铺粉区域300的带电金属粉末，和/或，检测头31被配置为能获取电子束发射模块2使工作腔1内未置于铺粉区域300的金属粉末100辐射的电子的电子信号，处理器32能接收电子信号，工作台组件、铺粉组件12和电子束发射模块2均与处理器32电连接。

通过在工作腔1内设置工作台组件，使得铺粉组件12能在工作台组件的铺粉区域300铺设金属粉末100；通过在工作腔1的上方且朝向工作台组件的位置设置电子束发射模块2，用于辐射铺粉区域300的预设位置，以打印三维模型。通过设置检测模块，能检测工作腔1内的吹粉现象。具体为，当工作腔1内存在有由铺粉区域300飞溅的带电金属粉末，或者飞溅的带电金属粉末被电子束发射模块2轰击后产生的辐射电子，检测模块的检测头31将检测到该带电金属粉末和/或电子的电子信号，处理器32接收该电子信号后能用于进一步控制工作台组件、铺粉组件12和电子束发射模块2，以及时处理吹粉现象。上述增材制造装置检测吹粉现象更加及时、准确、可靠，能有效地避免了吹粉现象对增材制造装置各模块的损伤以及不可逆的工艺中断，节约了时间和材料成本，提高了打印效率和打印效果。

值得说明的是，检测头31可以获取的电子信号可以来自工作腔1内未置于铺粉区域300的带电金属粉末，还可以来自电子束发射模块2使工作腔1内未置于铺粉区域300的金属粉末100辐射的电子，该部分电子包括被激发的二次电子或反射的背散射电子。

作为一种增材制造装置的可选方案，检测模块还包括与检测头31和处理器32均电连接的放大器33，通过设置放大器33，用于将检测头31检测到的电子信号放大，并传输至处理器32，使得处理器32能够处理和分析。

具体地，工作腔1设置为可真空的腔室，示例性地，放大器33和处理器32设置于工作腔1的外侧，一方面使得放大器33和处理器32的安装及调节过程不会影响工作腔1内的真空环境，便于操作人员的操作；另一方面还能有效地减少真空环境对放大器33和处理器32的影响。可选地，检测头31通过导线与工作腔1外的放大器33电连接。

本实施例中，电子束发射模块2包括电子束发射器21和电子光柱22，电子束发射器21可以为电子枪，用于发出电子束200，并使其聚焦和加速。电子光柱22设置于电子束发射器21和工作腔1之间，且与工作腔1连通，电子光柱22用于电子束200消像散、聚焦和偏转扫描。

具体地，工作腔1的底部还设置有成形缸13，工作台组件包括放置平台111、放置基板112和升降驱动件113，放置平台111设置于成形缸13内，放置基板112设置于放置平台111，驱动件能驱动放置平台111沿竖直方向移动。进一步地，铺粉组件12包括粉箱121和铺粉件122，粉箱121用于盛放金属粉末100，铺粉件122能贴合成形缸13的缸顶131并沿水平方向移动。工作时，升降驱动件113驱动放置平台111位于高位，粉箱121向成形缸13内在放置平台111沿竖直方向移动的过程中，铺粉组件12向成形缸13内输送金属粉末100，铺粉件122将金属粉末100铺平，并在成形缸13的开口处放置基板112的上方形成铺粉区域300，电子束发射模块2扫描铺粉区域300以在放置基板112上打印三维实体400的最下层。随后，升降驱动件113驱动放置平台111和放置基板112下降，铺粉组件12继续铺粉，电子束发射模块2继续扫描，以形成完整的三维实体400。

如图1所示，作为一种增材制造装置的可选方案，检测头31设置于工作腔1内。于其他实施例中，如图2所示，检测头31设置于电子光柱22内。值得说明的是，检测头31的设置位置不在电子束发射模块2发出的电子束200的路径范围内，以保证检测头31的设置不会影响到正常的打印过程。

优选地，检测头31包括设置有正电势的吸引组件，吸引组件被配置为能吸引带电金属粉末和/或电子。具有正电势的检测头31能更加有利于吸附工作腔1内带有负电势的带电金属粉末和/或电子，使得检测头31的灵敏性更高。

示例性地，检测头31包括扫描电镜用闪烁体和光电倍增管，以接收带电金属粉末和/或电子的电子信号，随后输出处理器32能识别和分析的模拟电压信号。或检测头31包括半导体探测器，同样用于接收带电金属粉末和/或电子的电子信号，并输出处理器32能识别和分析的模拟电压信号。

如图3所示，本实施方式还公开一种增材制造装置的控制方法，用于控制如上任一方案所述的增材制造装置，控制方法包括：检测模块实时获取带电金属粉末和/或电子的电子信号，当电子信号大于第一预设值时，关停电子束发射模块2；当电子信号大于第一预设值且小于第二预设值时，控制铺粉组件12重新铺粉，并继续打印；当电子信号大于等于第二预设值时，关停铺粉组件12和工作台组件，并停止打印。

值得说明的是，在增材制造装置开始工作时，即开启检测模块对吹粉进行实时检测。通过设置第一预设值，可以用于判断工作腔1内是否发生吹粉，当发生吹粉时，需要及时关闭电子束发射模块2，以避免金属粉末100进入电子束发射模块2的电子枪内污染电子枪的阴极。通过设置第二预设值，用于判断吹粉是否严重，当吹粉不严重时，可以在关闭电子束发射模块2的同时控制铺粉组件12重新铺粉；当判断吹粉严重时，则停止打印。如此设置，可以在发生不严重的吹粉时，在工作腔1内金属粉末100沉降后继续打印，以避免吹粉持续造成的打印失败，避免了时间和材料的浪费。

值得说明的是，第二预设值可以为吹粉时间和/或吹粉强度，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.增材制造装置，其特征在于，包括：

工作腔(1)，其内设置有工作台组件和铺粉组件(12)，所述铺粉组件(12)被配置为能在所述工作台组件上的铺粉区域(300)铺设金属粉末(100)；

电子束发射模块(2)，设置于所述工作腔(1)的上方，且朝向所述工作台组件设置；

检测模块，包括电连接的检测头(31)和处理器(32)，所述检测头(31)被配置为能获取所述工作腔(1)内未置于所述铺粉区域(300)的带电金属粉末，和/或，所述检测头(31)被配置为能获取所述电子束发射模块(2)使所述工作腔(1)内未置于所述铺粉区域(300)的金属粉末(100)辐射的电子的电子信号，所述处理器(32)能接收所述电子信号，所述工作台组件、所述铺粉组件(12)和所述电子束发射模块(2)均与所述处理器(32)电连接。

2.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测模块还包括与所述检测头(31)和所述处理器(32)均电连接的放大器(33)，所述放大器(33)能放大所述电子信号并传输至所述处理器(32)。

3.根据权利要求2所述的增材制造装置，其特征在于，所述放大器(33)和所述处理器(32)设置于所述工作腔(1)的外侧。

4.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述电子束发射模块(2)包括电子束发射器(21)和电子光柱(22)，所述电子光柱(22)设置于所述电子束发射器(21)和所述工作腔(1)之间，且与所述工作腔(1)连通，所述检测头(31)设置于所述电子光柱(22)内。

5.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测头(31)设置于所述工作腔(1)内。

6.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述工作腔(1)的底部还设置有成形缸(13)，所述工作台组件包括放置平台(111)、放置基板(112)和升降驱动件(113)，所述放置平台(111)设置于所述成形缸(13)内，所述放置基板(112)设置于所述放置平台(111)，所述驱动件能驱动所述放置平台(111)沿竖直方向移动。

7.根据权利要求6所述的增材制造装置，其特征在于，所述铺粉组件(12)包括粉箱(121)和铺粉件(122)，所述粉箱(121)用于盛放金属粉末(100)，所述铺粉件(122)能贴合所述成形缸(13)的缸顶(131)并沿水平方向移动。

8.根据权利要求1所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测头(31)包括设置有正电势的吸引组件，所述吸引组件被配置为能吸引带电金属粉末和/或电子。

9.根据权利要求1-8任一项所述的增材制造装置，其特征在于，所述检测头(31)包括扫描电镜用闪烁体和光电倍增管；或，所述检测头(31)包括半导体探测器。

10.增材制造装置的控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-9任一项所述的增材制造装置，控制方法包括：

所述检测模块实时获取带电金属粉末和/或电子的电子信号，当所述电子信号大于第一预设值时，关停所述电子束发射模块(2)；

当所述电子信号大于第一预设值且小于第二预设值时，控制所述铺粉组件(12)重新铺粉，并继续打印；当所述电子信号大于等于第二预设值时，关停所述铺粉组件(12)和所述工作台组件，并停止打印。

Images