RU2729279C1 - Оборудование для аддитивного производства с применением комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки - Google Patents

Оборудование для аддитивного производства с применением комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки Download PDF

Info

Publication number
RU2729279C1
RU2729279C1 RU2019126338A RU2019126338A RU2729279C1 RU 2729279 C1 RU2729279 C1 RU 2729279C1 RU 2019126338 A RU2019126338 A RU 2019126338A RU 2019126338 A RU2019126338 A RU 2019126338A RU 2729279 C1 RU2729279 C1 RU 2729279C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
scanning
focusing
emitting
powder
Prior art date
Application number
RU2019126338A
Other languages
English (en)
Inventor
Фэн Линь
Бинь ЧЖОУ
Вэньтао ЯН
Чжонсин ЛИ
Лей ЧЖАН
Тин ЧЖАН
Чао ГУО
Original Assignee
Циньхуа Юниверсити
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 Циньхуа Юниверсити filed Critical Циньхуа Юниверсити
Application granted granted Critical
Publication of RU2729279C1 publication Critical patent/RU2729279C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0013—Positioning or observing workpieces, e.g. with respect to the impact; Aligning, aiming or focusing electronbeams
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • 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
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • 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
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • 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
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • 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
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/002—Devices involving relative movement between electronbeam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0033—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/004—Tandem beams or torches, i.e. working simultaneously with several beams or torches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/06—Electron-beam welding or cutting within a vacuum chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • 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
    • 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • 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
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • 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
    • 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
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B22F12/45—Two or more
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/08—Removing material, e.g. by cutting, by hole drilling
    • 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)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к аддитивному производству детали с использованием комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки. Устройство содержит вакуумную рабочую камеру, рабочий стол, узел подачи порошка, по меньшей мере одно устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, контроллер для управления каждым из упомянутых устройств для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча при формировании каждого слоя сечения детали с обеспечением работы устройства последовательно в трех режимах, причем сначала в режиме нагрева, после чего в режиме селективного плавления, а затем в режиме электронно-лучевой контурной резки. В режиме нагрева устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и нагревает слой порошка с обеспечением предварительного спекания порошка. В режиме селективного плавления устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и расплавляет слой порошка с обеспечением формирования слоя сечения детали. В режиме электронно-лучевой контурной резки устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и вырезает внутренние и внешние контуры сечения детали по меньшей мере один раз с обеспечением удаления или отрезания шероховатого края и приваренного порошка на контурах слоя сечения детали. Обеспечивается повышение эффективности аддитивного производства деталей. 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области аддитивного производства, более конкретно, к устройству для аддитивного производства детали, которое формирует трехмерную деталь с высокими характеристиками, высокой эффективностью и высокой точностью, применяя селективное электронно-лучевое плавление для нагрева материала с целью спекания или сплавления и осаждения материала слой за слоем и одновременную контурную резку с использованием электронного луча для отделения сформированного материала от порошка.
Предпосылки создания изобретения
Селективное электронно-лучевое плавление (Electron Beam Selective Melting, EBSM) - это типичный процесс аддитивного производства, который имеет большие преимущества при трехмерном формировании сложных структур из специальных материалов. В процессе селективного электронно-лучевого плавления в качестве источника тепла используется электронный луч высокой энергии для послойного спекания или сплавления порошкового материала, так что материал для формирования изделия укладывается слой за слоем.
Однако, как и в других процессах аддитивного производства, детали, изготовленные способом селективного электронно-лучевого плавления, имеют высокую шероховатость поверхности, и последующие процессы механической обработки или полировки необходимы для улучшения качества поверхности и точности детали. Эти последующие этапы обработки не только снижают эффективность изготовления деталей, но также, что более важно, некоторые места (например, внутренние каналы и т.п.), к которым нет доступа с помощью режущих инструментов, не могут быть обработаны, и качество поверхности этих мест не может быть улучшено. Поэтому относительно плохое качество поверхности деталей стало проблемным узким местом в технологии аддитивного производства.
Чтобы преодолеть это узкое место, для улучшения качества поверхности деталей аддитивного производства в предшествующем уровне техники были предложены некоторые способы обработки резанием в режиме реального времени, то есть идея комбинированного процесса, который объединяет аддитивный процесс производства с субтрактивным процессом производства. В патентных заявках CN 104741609 А, CN 104526359 A и CN 105945578 A, соответственно, предлагается комбинировать субтрактивную механическую обработку и лазерную резку для вырезания контура поперечного сечения обрабатываемой детали в реальном времени с помощью механической фрезерной головки или лазера во время процесса селективного электроннолучевого плавления и формообразования плавлением, чтобы улучшить точность и чистоту поверхности деталей.
Несмотря на то, что эти изобретения включают процесс резки в процесс аддитивного производства в режиме реального времени, все они требуют отдельных режущих инструментов или лазерных систем. Либо заготовка должна несколько раз перемещаться между позицией аддитивной обработки и позицией субтрактивной обработки, что влияет на точность обработки (например, в CN 104741609 А и CN 105945578 A); или две системы аддитивного и субтрактивного производства не могут одновременно находиться в оптимальном положении обработки (например, согласно CN 104526359 А структура, излучающая электронный луч, и головка лазерной резки не могут одновременно находиться в оптимальном положении, которое находится непосредственно над рабочей зоной/обработки), что также влияет на качество обработки. Дополнительное режущее устройство (фрезерная головка или система лазерной резки) делает всю систему намного более сложной.
В патентной заявке CN 105538728 A предлагается использовать луч лазера в импульсном режиме для сканирования края контура и удаления неровностей поверхности в процессе аддитивного производства путем селективного лазерного плавления, чтобы улучшить чистоту обработки поверхности детали. В этом документе одна и та же сканирующая система с гальванометром используется для ввода как непрерывного, так и импульсного лазерных излучений, излучаемых разными лазерными источниками, для комбинированного процесса аддитивного производства и субтрактивного производства. Хотя это позволяет избежать вышеупомянутой проблемы структурных помех, заключающейся в том, что две лазерные сканирующие системы аддитивного производства и субтрактивного производства не могут одновременно находиться в оптимальном положении обработки, все же необходимо установить две лазерные системы и системы интеграции оптического пути с различными свойствами, что увеличивает стоимость оборудования и трудности отладки.
Кроме того, для предотвращения окисления, когда лазер плавит материал, и загрязнения линзы лазера, когда материал испаряется, процесс селективного лазерного плавления, предложенный в этом документе, должен выполняться в инертной защитной атмосфере с положительным давлением, превышающим атмосферное давление, что значительно ограничивает эффективность резки материала импульсным лазером. Кроме того, в этом документе предлагается использовать импульсный лазер для сканирования края контура с целью "удаления неровностей поверхности", что требует резки большого количества материала и еще больше увеличивает сложность реализации.
Сущность изобретения
Данная заявка основана на обнаружении и понимании изобретателями следующих фактов и проблем:
Во всех современных процессах селективного электронно-лучевого плавления электронный луч используется только в качестве источника тепла для предварительного нагрева, плавления, сохранения тепла и формования порошкового материала, а также для спекания или сплавления порошкового материала слой за слоем, так что сформированный материал накапливается слой за слоем, чтобы достичь цели "добавления материала" в аддитивном производстве. Что касается проблемы низкой чистоты поверхности деталей в процессе селективного электронно-лучевого плавления, то обычно качество поверхности улучшается посредством "удаления материала" в последующем процессе. Таким образом, не только снижается общая эффективность изготовления деталей, но и возникают новые проблемы, такие как невозможность обработки внутренних каналов.
В процессе селективного электронно-лучевого плавления может быть применена цифровая система управления, которая значительно повышает точность сканирования и возможность сканирования электронным лучом произвольных кривых. Параметры электронного луча и сканирования, необходимые для селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, могут быть интегрированы в одну систему генерации, ускорения, фокусировки и сканирования электронного луча, которая может реализовать комбинированное аддитивное и субтрактивное изготовление с использованием только одной электронной пушки (включающей функции генерации электронного луча, ускорения, фокусировки и сканирования) не только для селективного плавления, но также для контурной резки путем задания различных рабочих параметров (низкоскоростного сканирования и высокоскоростного сканирования) или рабочих режимов (непрерывные лучи и импульсные лучи). Для этого не нужно применять лазеры с различными свойствами (лазер непрерывного действия и лазер с ультракороткими импульсами), которые необходимы для селективного лазерного плавления и лазерной резки.
Таким образом, это упрощает систему, а также снижает стоимость устройства. В то же время материал испаряется намного легче в условиях вакуума селективного электронно-лучевого плавления, и эффективность электронно-лучевой резки выше, чем эффективность лазерной резки. По сравнению с аддитивной и субтрактивной технологией путем добавления специальных позиций резания или режущих инструментов (например, таких как в заявках на патенты CN 104741609 A, CN 104526359 A и CN 105945578 A), данная система намного проще. Более того, одна установка системы сканирования и обработки обеспечивает как "аддитивное изготовление", так и "субтрактивное изготовление", что может эффективно гарантировать точность обработки.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить новое устройство для аддитивного производства детали, которое сочетает в себе селективное электроннолучевое плавление и электронно-лучевую резку для формирования сложных трехмерных деталей.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, устройство для аддитивного производства детали, использующее комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, содержит: вакуумную рабочую камеру; рабочий стол, причем рабочая зона рабочего стола расположена по меньшей мере в вакуумной рабочей камере; узел подачи порошка, выполненный с возможностью распределения порошка по рабочей зоне для образования слоя порошка определенной толщины; по меньшей мере одно устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, при этом диапазон сканирования устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча покрывает по меньшей мере часть рабочей зоны; контроллер, сконфигурированный для управления каждым устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча так, чтобы оно работало для излучения электронного луча в трех режимах: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки. Узел подачи порошка распределяет порошок по рабочей зоне, образуя слой порошка определенной толщины. В режиме нагрева устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч, который сканирует и предварительно нагревает слой порошка, чтобы нагревать и слегка спекать порошок. В режиме селективного плавления устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч, который сканирует и расплавляет порошок в заданном сечении, чтобы расплавлять и осаждать порошок для формирования слоя сечения необходимой детали. В режиме электронно-лучевой резки устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч, и электронный луч сканирует и обрезает внутренние и внешние контуры сечения детали один или несколько раз, чтобы удалить или отрезать шероховатый край и приваренный порошок на контурах для получения точных и гладких внутренних и внешних контуров сечения детали. Порошок распределяется по слою сечения детали с вырезанными контурами сечения, и нагревание, осаждение в расплавленном состоянии и контурная резка выполняются последовательно. Производственный процесс распределения, нагрева, осаждения в расплавленном состоянии и контурной резки повторяется слой за слоем до тех пор, пока не будет получена требуемая трехмерная плотная деталь.
В устройстве для аддитивного производства детали, использующем комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электроннолучевой резки, предлагаемый в настоящем изобретении, устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может иметь функции нагрева слоя порошка, селективного осаждения в расплавленном состоянии и резки внутреннего и внешнего контуров сечения деталей путем изменения параметров излучения и параметров сканирования электронных лучей в процессе селективного электронно-лучевого плавления, так что селективное электронно-лучевое плавление и электронно-лучевая резка объединяются для получения комбинированного процесса аддитивного производства и субтрактивного производства.
Используя функциональную интеграцию устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, в то время как порошковый материал испытывает селективное электронно-лучевое плавление, контур сечения свежеосажденной детали обрезается электронным лучом, чтобы удалить или отрезать шероховатые края и приваренный порошок на контуре и получить точные и гладкие внутренний и внешний контуры сечения детали. Таким образом, процесс селективного электронно-лучевого осаждения в расплавленном состоянии (то есть процесс "добавления материала") и процесс электронно-лучевой резки внутренних и внешних контуров (то есть процесс "удаления материала") выполняются поочередно, чтобы обеспечить окончательное получение трехмерных плотных деталей с более высокой размерной точностью и чистотой поверхности, в особенности для обеспечения чистоты поверхности и точности труднообрабатываемых деталей, таких как внутренние каналы деталей.
Кроме того, устройство для аддитивного производства детали, использующее комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электроннолучевой резки, может иметь также следующие дополнительные технические характеристики.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, давление в вакуумной рабочей камере 1 составляет менее 10 Па, и она заполняется инертным газом для предотвращения избыточного непропорционального испарения элемента. Инертный газ включает, но не ограничивается этим, гелий, аргон и азот.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, давление в вакуумной рабочей камере составляет от 1 до 10-3 Па.
В соответствии с примером настоящего изобретения ускоряющее напряжение электронного луча, испускаемого устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, изменяется от 10 до 200 кВ.
В соответствии с другим примером настоящего изобретения устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может генерировать непрерывный электронный луч и импульсный электронный луч.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения скорость сканирования электронного луча, испускаемого устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, в рабочей зоне произвольно изменяется от 0 до 100 м/с.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения в режиме нагрева электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется выше или ниже рабочей плоскости, скорость сканирования составляет от 0,01 до 50 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга, и шаг сканирования превышает 10 мкм.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения в режиме селективного плавления электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на рабочей плоскости, скорость сканирования составляет от 0,01 до 10 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга, и шаг сканирования превышает 10 мкм.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения в режиме селективного плавления устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча регулирует глубину плавления путем регулировки интенсивности луча, скорости перемещения фокуса по рабочей плоскости, шага сканирования соседних дорожек сканирования и временного интервала соседних дорожек сканирования. Для зоны, где вещество детали находится ниже текущего формируемого слоя, и текущий формируемый слой должен сливаться с веществом детали, глубина плавления превышает толщину текущего формируемого слоя; для другой зоны, где слой порошка или обрезаемый край контура находится ниже текущего формируемого слоя, глубина плавления равна или меньше толщины текущего формируемого слоя.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения в режиме электронно-лучевой резки непрерывный электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на плоскости сечения детали, скорость сканирования составляет от 1 до 50 м/с, и две соседние дорожки сканирования перекрываются, а шаг сканирования составляет менее 8 мкм.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения в режиме электронно-лучевой резки импульсный электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на плоскости сечения детали, частота импульсов составляет от 1 Гц до 100 кГц, скорость сканирования составляет от 0,1 до 5 м/с, и две соседние дорожки сканирования перекрывают друг друга, а шаг сканирования составляет менее 8 мкм.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча расположено сверху от вакуумной рабочей камеры и непосредственно над рабочей зоной.
Согласно форме осуществления настоящего изобретения порошок содержит керамический порошок и/или металлический порошок.
Кроме того, устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча подвижно относительно рабочего стола, чтобы расширить диапазон сканирования.
Кроме того, рабочий стол подвижно расположен в вакуумной рабочей камере, чтобы расширить диапазон сканирования.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения предусмотрены два устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, причем электронный луч, испускаемый каждым устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, имеет три режима: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки, области сканирования двух устройств для излучения, фокусировки и сканирования электронных лучей перекрываются на краевых участках, и по меньшей мере 90% областей сканирования не перекрываются.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения предусмотрены по меньшей мере четыре устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, расположенные в виде матрицы, причем электронный луч, испускаемый каждым устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, имеет три режима: нагрева, селективного плавления и электроннолучевая резки, области сканирования каждого устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча перекрываются на краевых участках, и по меньшей мере 80% областей сканирования не перекрываются.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, рабочий стол содержит: рабочую платформу, причем рабочая зона расположена на рабочей платформе; и узел рабочего цилиндра поршневого типа, расположенный под рабочей площадкой и содержащий рабочий цилиндр и подъемное устройство поршневого типа. Верхний край рабочего цилиндра находится на одном уровне с рабочей платформой, а подъемное устройство поршневого типа может перемещаться вверх и вниз в рабочем цилиндре.
Согласно форме осуществления изобретения, узел подачи порошка содержит: устройство подачи порошка, выполненное с возможностью подачи порошка на верхнюю поверхность рабочего стола; и устройство для распределения порошка, предусмотренное на рабочем столе и выполненное с возможностью помещения слоя порошка в рабочий цилиндр и выравнивания порошка.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча содержит: корпус, расположенный снаружи вакуумной рабочей камеры; нить накала, выполненную с возможностью генерирования электронного луча и расположенную в корпусе; катод, расположенный в корпусе и связанный с нитью накала; электрод сетки, расположенный в корпусе под нитью накала; анод, расположенный в корпусе под электродом сетки; фокусирующую катушку, расположенную в корпусе под анодом; и пару отклоняющих X/Y катушек, расположенных в корпусе под фокусирующей катушкой.
В следующей части описания будут рассмотрены дополнительные аспекты и преимущества настоящего изобретения, которые станут очевидными из нижеследующего описания или будут понятны из применения настоящего изобретения на практике.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схематический вид устройства для аддитивного производства детали, использующего комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и резки в соответствии с одной формой осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2-7 - схематические виды зоны селективного электронно-лучевого плавления и резки устройства, показанного на фиг. 1.
Фиг. 8 - схематический вид устройства для аддитивного производства детали, использующего комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, в соответствии с другой формой осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 представляет собой схематический вид устройства для аддитивного производства детали, использующего комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, в соответствии с еще одним формой осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 - схематический вид диапазона сканирования и целевой зоны устройства, показанного на фиг. 9.
Подробное описание изобретения
Формы осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже. Примеры форм осуществления изобретения проиллюстрированы на приложенных чертежах, и поэтому во всех формах осуществления изобретения одинаковые или аналогичные номера позиций представляют одинаковые или аналогичные элементы, или элементы с одинаковыми или аналогичными функциями. Следующие формы осуществления изобретения, описанные в данном документе со ссылкой на чертежи, являются примерами, и эти формы осуществления изобретения используются для общего пояснения настоящего изобретения. Формы осуществления изобретения не следует понимать как ограничивающие настоящее изобретение.
Устройство для аддитивного производства детали согласно форме осуществления настоящего изобретения будет подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Как показано на фиг. 1-10, в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, устройство для аддитивного производства детали, использующее комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электроннолучевой резки, может содержать вакуумную рабочую камеру 1, рабочий стол, узел подачи порошка, по меньшей мере одно устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча и контроллер (не показан).
В частности, рабочая зона рабочего стола находится по меньшей мере в вакуумной рабочей камере 1.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, давление в вакуумной рабочей камере 1 составляет менее 10 Па, и она заполняется инертным газом для предотвращения избыточного непропорционального испарения элемента. Инертный газ включает, но не ограничивается этим, гелий, аргон и азот. Предпочтительно давление в вакуумной рабочей камере составляет от 1 до 10-3 Па.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения рабочий стол содержит рабочую платформу 2 и узел рабочего цилиндра поршневого типа. Рабочая зона расположена на рабочей платформе 2. Узел рабочего цилиндра поршневого типа расположен под рабочей платформой 2 и содержит рабочий цилиндр 31 и поршневое подъемное устройство 32. Верхний край рабочего цилиндра 31 расположен заподлицо с рабочей платформой 2. Поршневое подъемное устройство 32 может перемещаться вверх и вниз в рабочем цилиндре 31.
Узел подачи порошка предназначен для подачи порошка в рабочую зону (зону формирования изготовляемого изделия). Согласно форме осуществления настоящего изобретения порошок может представлять собой по меньшей мере один из керамического порошка и металлического порошка. Однако следует отметить, что, исходя из потребностей деталей для аддитивного производства, может быть выбран порошок из подходящего материала, и это также входит в объем настоящего изобретения.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения узел подачи порошка может содержать устройство 4 подачи порошка и устройство 5 распределения порошка. Как показано на фиг. 1, устройство 4 подачи порошка подает порошок на верхнюю поверхность рабочей платформы 2. Устройство 5 для распределения порошка установлено на рабочей платформе 2 и способно засыпать порошок в рабочий цилиндр 31 и выравнивать порошок.
Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено так, что его диапазон сканирования охватывает по меньшей мере часть рабочей зоны, а конкретный диапазон сканирования может быть установлен в соответствии с требованиями к производству. Как показано на фиг. 1, в некоторых формах осуществления настоящего изобретения нить 61 накала, катод 62, электрод 63 сетки, анод 64, фокусирующая катушка 65 и пара сканирующих отклоняющих катушек 66 могут последовательно располагаться сверху вниз в устройстве 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча. Пара сканирующих отклоняющих катушек 66 содержит обмотку, отклоняющую в направлении X, и обмотку, отклоняющую в направлении Y.
Каждое устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может испускать пучок электронов для сканирования одним или несколькими лучами. Каждый электронный луч имеет достаточную мощность, три режима: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки, и может нагревать, расплавлять, спекать материал и вырезать контур. Кроме того, процессы сканирования, нагрева, плавления, спекания и резки в данном документе должны пониматься в широком смысле, используемом в области обработки материалов. Например, нагрев может включать в себя непрерывный или прерывистый предварительный нагрев, повышение температуры и т.п.
В частности, как показано на фиг. 2 и 3, при практическом использовании устройства для аддитивного производства детали согласно форме осуществления настоящего изобретения, электронный луч 67, испускаемый устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования, может использоваться для сканирования рабочей зоны под управлением контроллера. Сначала устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может использоваться для излучения электронного луча в режиме нагрева, и электронный луч сканирует и предварительно нагревает слой порошка, чтобы нагревать и слегка спекать порошок. Затем устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча используется для излучения электронного луча в режиме селективного плавления, и электронный луч сканирует и расплавляет порошок в заданном сечении, чтобы расплавлять и осаждать порошок для формирования слоя сечения необходимой детали. После этого устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча используется для излучения электронного луча в режиме электронно-лучевой резки, и электронный луч сканирует и обрезает внутренние и внешние контуры сечения детали один или несколько раз для удаления или отрезания неровного края и приваренного порошка на контурах так, чтобы получить точные и гладкие внутренние и внешние контуры сечения детали. Кроме того, порошок распределяется по слою сечения детали с обрезанными контурами сечения, и нагрев, осаждение при плавлении и контурная резка выполняются последовательно, и технологический процесс распределения, нагрева, осаждения при плавлении и контурной резки слой за слоем повторяется до тех пор, пока не будет получена необходимая трехмерная плотная деталь.
Таким образом, материал в сечении может быть постепенно нагрет, спечен и сплавлен для образования четкого, непрерывного и полного сечения и его контура. В процессе производства аддитивное изготовление и субтрактивное изготовление могут выполняться одновременно, последующая обработка не требуется или уменьшается, и могут быть получены высокоточные детали с высокими характеристиками.
В устройстве для аддитивного производства детали в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может управляться с помощью контроллера для излучения электронного луча с различными параметрами. Электронный луч может нагревать, плавить, спекать материал и гибко вырезать контур в рабочей зоне в процессе производства. Аддитивное изготовление и субтрактивное изготовление могут осуществляться одновременно путем сочетания селективного электронно-лучевого плавления и контурной резки, и высокоточные детали с высокими характеристиками могут быть получены в процессе производства, при этом последующая обработка не требуется или уменьшается.
Ускоряющее напряжение электронного луча, испускаемого устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, может изменяться от 10 до 200 кВ. Скорость сканирования электронным лучом, испускаемым устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, в рабочей зоне может произвольно изменяться от 0 до 100 м/с. В результате, ускоряющее напряжение и скорость сканирования электронным лучом устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча с помощью контроллера могут регулироваться для изменения в определенном диапазоне. Электронный луч может иметь различную энергию и время воздействия для реализации функций нагрева, плавления, спекания и резки контуров.
В некоторых формах осуществления настоящего изобретения в режиме нагрева электронный луч, испускаемый устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, может фокусироваться выше или ниже рабочей плоскости. Скорость сканирования составляет от 0,01 до 50 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга, а шаг сканирования превышает 10 мкм. Таким образом, может быть достигнут лучший результат нагрева и эффективность нагрева. Например, скорость сканирования электронным лучом в режиме нагрева может составлять 10, 20, 30 или 40 м/с и т.д., а шаг сканирования между двумя соседними дорожками сканирования может быть 15, 20 или 25 мкм и т.д.
В режиме селективного плавления электронный луч, испускаемый устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, может фокусироваться на рабочей плоскости. Скорость сканирования составляет от 0,01 до 10 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга, а шаг сканирования превышает 10 мкм. Результат плавления и спекания хороший, а эффективность спекания высокая. Например, скорость сканирования электронным лучом в режиме селективного плавления может составлять 1, 3, 5, 7 или 9 м/с и т.д., а шаг сканирования между соседними дорожками сканирования может составлять 15, 20 или 25 мкм и т.д.
Кроме того, в режиме селективного плавления устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может регулировать глубину плавления путем регулировки интенсивности электронного луча, скорости перемещения фокуса по рабочей плоскости, шага сканирования соседних дорожек сканирования и временного интервала соседних дорожек сканирования, чтобы обеспечить хороший результат плавления и спекания.
В настоящем изобретении устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может генерировать непрерывный электронный луч и импульсный электронный луч. Преимущественно, в процессе электронно-лучевой резки, электронный луч может быть импульсным электронным лучом для обеспечения лучшего эффекта резания.
Следует отметить, что если во время электронно-лучевой резки плотность энергии недостаточна или время воздействия слишком велико, материал вокруг фокуса будет расплавлен, а часть, удаленная путем испарения, будет снова заполнена. Это приведет к невозможности резки или снижению ее эффективности. Кроме того, это также вызовет эффект температурного градиента, возникновение трещин, неудовлетворительный результат резки и низкую чистоту поверхности изделия. Чтобы улучшить результат резки, авторы настоящей заявки оптимизировали некоторые параметры электронно-лучевой резки. Это может значительно улучшить результат резки.
Например, в некоторых формах осуществления настоящего изобретения в режиме электронно-лучевой резки устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча излучает непрерывные электронные лучи. Непрерывные электронные лучи фокусируются на плоскости сечения детали со скоростью сканирования от 1 до 50 м/с, и две соседние дорожки сканирования полностью перекрываются или шаг сканирования составляет менее 8 мкм. Таким образом, можно эффективно обеспечить увеличение глубины резки. Например, в режиме электронно-лучевой резки скорость сканирования электронным лучом может составлять 10, 20, 30 или 40 м/с и т.д., а шаг сканирования между двумя соседними дорожками сканирования может быть 0, 2, 4 или 6 мкм и т.д.
В другом примере в некоторых других формах осуществления настоящего изобретения в режиме электронно-лучевой резки импульсный электронный луч, испускаемый устройством 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на плоскости сечения детали. Частота импульсов составляет от 1 Гц до 100 кГц, а скорость сканирования составляет от 0,1 до 5 м/с. Две соседние дорожки сканирования должны полностью перекрываться или шаг сканирования должен составлять менее 8 мкм. Результат резания хороший. Например, в режиме электроннолучевой резки скорость сканирования электронным лучом может составлять 1, 2, 3 или 4 м/с и т.д., а шаг сканирования между двумя соседними дорожками сканирования может составлять 0, 2, 4 или 6 мкм и т.д.
Следует отметить, что в настоящем описании шаг сканирования можно понимать как расстояние между двумя соседними осевыми линиями дорожек сканирования или двумя соседними осевыми линиями траектории сканирования, формируемыми электронным лучом, сканирующим слой порошка или сечение детали, а также можно понимать как расстояние между двумя соседними дорожками сканирования, определяемое данными сканирования, вводимыми в контроллер устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча.
Как показано на фиг. 1, в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча расположено сверху от вакуумной рабочей камеры 1 и непосредственно над рабочей зоной. В результате облегчается не только установка, но и обеспечивается лучший результат формирования изделия.
Предпочтительно, устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча является подвижным относительно рабочего стола. То есть позиция устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может перемещаться относительно рабочего стола, чтобы расширить диапазон сканирования. Кроме того, рабочий стол может перемещаться в вакуумной рабочей камере 1 для дальнейшего расширения диапазона сканирования устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча.
Как показано на фиг. 8, в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения предусмотрены два устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, причем электронный луч, испускаемый каждым устройством 6, имеет три режима: нагрева, избирательного плавления и электроннолучевой резки, области сканирования двух устройств 6 перекрываются только на краевых участках, и по меньшей мере 90% областей сканирования не перекрываются. В результате диапазон сканирования может быть дополнительно расширен, и устройство для аддитивного производства детали имеет лучший результат формирования изделия и более высокую эффективность формирования изделия.
Опционально, два устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча могут быть расположены рядом сверху от вакуумной рабочей камеры 1. В результате облегчается не только установка, но также расширяется диапазон сканирования, следовательно, качество формирования изделия и эффективность формирования могут быть улучшены.
Как показано на фиг. 9, согласно форме осуществления настоящего изобретения предусмотрено четыре устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, которые могут быть расположены в виде матрицы. Каждое устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча в матрице имеет три режима: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки, области сканирования каждого устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча перекрываются только на краевых участках, и по меньшей мере 80% областей сканирования не перекрываются. В результате диапазон сканирования может быть дополнительно расширен, и устройство для аддитивного производства детали имеет лучший результат формирования изделия и более высокую эффективность формирования.
Опционально, устройства 4 для излучения, фокусировки и сканирования электронным лучом расположены сверху от вакуумной рабочей камеры 1 в виде матрицы. В результате не только облегчается установка, но также расширяется диапазон сканирования, следовательно, можно улучшить качество формирования и его эффективность.
Следует отметить, что в настоящем изобретении не существует специального ограничения на число устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, и их число может составлять три, пять или более пяти, что можно гибко устанавливать в зависимости от конкретной ситуации.
В соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может содержать: корпус 60, нить 61 накала, катод 62, электрод 63 сетки, анод 64, фокусирующую катушку 65 и пару отклоняющих катушек 66. Корпус 60 расположен снаружи от вакуумной рабочей камеры 1. Нить 61 накала расположена в корпусе 60 для генерации электронного луча. Катод 62 расположен в корпусе 60 и связан с нитью 61 накала. Электрод 63 сетки расположен в корпусе 60 и ниже нити 61 накала. Анод 64 расположен в корпусе 60 и ниже электрода 63 сетки. Фокусирующая катушка 65 расположена в корпусе 60 и ниже анода 64. Пара отклоняющих катушек X/Y 66 расположена в корпусе 60 и ниже фокусирующей катушки 65.
Таким образом, в вышеописанном устройстве для аддитивного производства детали, использующем комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, селективное электронно-лучевое плавление и контурная резка объединяются для реализации одновременного проведения процесса аддитивного производства и субтрактивного производства, таким образом получая аддитивную технологию производства селективным плавлением с высокими характеристиками, высокой эффективностью, высокой точностью и широким возможностям адаптации к материалу.
Сканирующий электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, может быть использован для сканирования рабочей зоны, предварительного нагрева порошка и управления процессом охлаждения, чтобы поддерживать температурное поле рабочей зоны в соответствующем диапазоне, контролировать градиент температуры, чтобы уменьшить тепловое напряжение, сканировать сечение детали, а также вырезать внутренний и внешний контуры сечения, чтобы материал в сечении постепенно нагревался, спекался и сплавлялся, образуя чистое, непрерывное и полное сечение и его контур, и формировал деталь с более высокими характеристиками и более высокой точностью.
Для обеспечения большей площади формирования, множество устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может быть расположено сверху от вакуумной камеры. Области сканирования множества устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча объединяются в большую объединенную область сканирования. Между областями сканирования каждого устройства 6 не должно быть промежутков, и области сканирования каждого устройства 6 должны частично перекрывать друг друга или являться смежными, чтобы избежать появления не сканируемых областей в зоне формировании, что влияет на процесс производства.
Для получения большей рабочей зоны по меньшей мере одно устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может перемещаться относительно рабочей платформы 2 сверху от вакуумной рабочей камеры 1, чтобы расширить диапазон сканирования. Опционально, для большей рабочей зоны рабочий цилиндр 31 и рабочая платформа 2 могут перемещаться в вакуумной рабочей камере, чтобы расширить диапазон сканирования устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча.
Конкретные формы осуществления изобретения, показанные на фиг. 1-10, будут кратко описаны ниже.
Форма осуществления изобретения 1
Как показано на фиг. 1, устройство для аддитивного производства детали, использующее комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, содержит вакуумную рабочую камеру 1, рабочую платформу 2, рабочий цилиндр 31, поршневое подъемное устройство 32, устройство 4 подачи порошка, устройство 5 распределения порошка, устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча и компьютер управления, используемый в качестве контроллера.
Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча содержит нить 61 накала, катод 62, электрод 63 сетки, анод 64, фокусирующую катушку 65 и пару отклоняющих катушек 66 для создания электронного луча. Создаваемый электронный луч 67 используется для сканирования рабочей зоны, нагрева, спекания и плавления порошка, а также для вырезания внутренних и внешних контуров сформированного материала.
Вакуумная рабочая камера 1 обеспечивает вакуумную среду с давлением менее 10 Па, предпочтительно от 1 до 10-3 Па с заполнением инертным газом, для процесса селективного плавления, а рабочая платформа 2 расположена горизонтально посередине.
Устройство 4 подачи порошка расположено над рабочей платформой 2 и служит для хранения порошка и дозированной подачи порошка 41.
Устройство 5 для распределения порошка может совершать возвратно-поступательное движение по рабочей платформе 2, распределяя и выравнивая порошок в рабочей зоне.
Рабочий цилиндр 31 расположен под рабочей платформой 2 и содержит поршневое подъемное устройство 32. Приемная камера с регулируемой высотой, определяемая поршневым подъемным устройством 32 и рабочим цилиндром 31, содержит слой 7 порошка и формируемое изделие 72.
Как показано на фиг. 1 и 2, технологический процесс в устройстве для аддитивного производства детали, использующем комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и резки в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения, заключается в следующем: когда сформирован предыдущий слой осаждения и начинает формироваться новый слой осаждения, поршневое подъемное устройство 32 перемещается вниз относительно рабочей платформы 2 на высоту, равную толщине одного слоя порошка, так что между верхней поверхностью слоя 7 порошка и поверхностью рабочей платформы 2 образуется разница высот, равная толщине одного слоя порошка. Под управлением компьютера устройство 4 подачи порошка выдает определенное количество порошка 41 формовочного материала. Определенное количество порошка 41 сбрасывается на поверхность рабочей платформы 2. Затем устройство 5 распределения порошка доставляет порошок 41 в рабочий цилиндр 31 и выравнивает порошок на слое 7 порошка, чтобы сформировать новый слой порошка.
Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч в режиме нагрева, выполняет комбинированное сканирование нового слоя порошка и нагревает и слегка спекает порошок в рабочей зоне. Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч 67 в режиме селективного плавления. Электронный луч сканирует и расплавляет порошок 71 в формируемом сечении детали. Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча испускает электронный луч 68 в режиме электроннолучевой резки. Электронный луч 68 вырезает внутренний контур 75 и внешний контур 74 сформированного материала и выполняет сканирование для резки один или несколько раз, чтобы отрезать шероховатую часть контуров и неформованный порошок. Новый осажденный слой 71 наносится на верхнюю поверхность формируемого изделия 72.
Повторно новый слой осаждения накапливается на формируемом изделии 72 слой за слоем до тех пор, пока не будет получена окончательная форма формируемого изделия 72 и не будет завершен процесс его аддитивного изготовления.
Фиг. 3-6 иллюстрируют способ комбинированного сканирования с использованием селективного плавления и резки в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения. В режиме осаждения из расплава устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча может регулировать глубину плавления, регулируя параметры сканирования, такие как интенсивность луча, скорость перемещения фокуса по рабочей плоскости, шаг сканирования соседних дорожек сканирования и временной интервал соседних дорожек сканирования.
На фиг. 3 и 4 показан схематический вид, на котором текущий формируемый слой больше или равен предыдущему сформированному слою (на фигуре предыдущий сформированный слой находится ниже текущего формируемого слоя), а именно, внешние края текущего формируемого слоя выходят наружу за пределы предыдущего сформированного слоя. На фиг. 5 и 6 показан схематический вид, где текущий формируемый слой меньше, чем предыдущий сформированный слой (на фигуре предыдущий сформированный слой находится ниже текущего формируемого слоя), а именно, наружные края предыдущего сформированного слоя выходят наружу за пределы текущего формируемого слоя. На фиг. 3 и 5 показаны условия формирования, когда функция электронно-лучевой резки не добавляется. В это время формовочный порошок сканируется электронным лучом 67 только в режиме селективного плавления. Поверхность изделия 72, формируемого путем плавления, не обработана. Качество поверхности шероховатое, а края неровные. Фиг. 4 и 6 представляют собой схематические виды области сканирования, где используются комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки.
Как показано на фиг. 4, в проиллюстрированных верхних трех слоях для части 76 текущего формируемого слоя, большего, чем предыдущий сформированный слой (белая часть со штриховкой на фигуре), когда участок слоя порошка или отрезаемый край контура расположен ниже текущего формируемого слоя, глубина плавления должна быть равна или меньше толщины текущего формируемого слоя, чтобы предотвратить прилипание порошка ниже текущего формируемого слоя к поверхности разреза предыдущего сформированного слоя и влияния на качество поверхности разреза. Для области 77 (серая сплошная часть на чертеже), где вещество детали расположено ниже текущего формируемого слоя, к которому необходимо приплавить текущий формируемый слой, глубина плавления должна превышать толщину текущего формируемого слоя, так что текущий формируемый слой и предыдущий сформированный слой могут быть полностью слиты. Таким образом, может быть гарантирован не только эффект соединения верхнего и нижнего формирующихся слоев, но и лучшее качество поверхности.
Для нижних трех слоев, показанных на фиг. 4, когда текущий формируемый слой равен предыдущему сформированному слою, то есть, когда края текущего формируемого слоя расположены вровень с краями предыдущего сформированного слоя, глубина плавления текущего формируемого слоя не влияет на качество поверхности предыдущего сформированного и вырезанного слоя, поэтому глубина плавления текущего формируемого слоя должна превышать его толщину, так что текущий формируемый слой и предыдущий сформированный слой могут быть полностью сплавлены, а плоскость резки получается гладкой. Для условия, показанного на фиг. 6, где текущий формируемый слой меньше, чем предыдущий сформированный слой, глубина плавления текущего формируемого слоя не влияет на качество поверхности предыдущего сформированного и разрезанного слоя, поэтому глубина плавления текущего формируемого слоя также должна превышать его толщину, так что текущий формируемый слой и предыдущий сформированный слой могут быть полностью сплавлены для обеспечения эффекта резки и качества формирования.
Как показано на фиг. 7, в способе комбинированного сканирования с использованием селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки в соответствии с формой осуществления настоящего изобретения электронный луч 68 в режиме электронно-лучевой резки выполняет резку контура один или несколько раз, чтобы непосредственно отрезать шероховатую часть 78 и не сканированный порошок 73 так, чтобы полностью отделить их от формируемого изделия 72, и, следовательно, получить сформированную деталь с более высокой точностью формирования и более высокой чистотой обработки поверхности.
Форма осуществления изобретения 2
На фиг. 8 и 9 в соответствии с некоторыми другими формами осуществления настоящего изобретения показано устройство для аддитивного производства детали, которое использует комбинированный процесс селективного электронно-лучевого плавления и резки и содержит множество устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча. Устройство 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча используется для селективного плавления и резки. Другие компоненты устройства для аддитивного производства детали аналогичны первой форме осуществления изобретения, и процесс аналогичен первой форме осуществления изобретения, и его описание здесь не будет повторяться.
Здесь на фиг. 8 показана комбинация двух устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча. Электронный луч, испускаемый каждым из двух устройств 6, имеет три различных рабочих режима: нагрева, осаждения расплавлением и электронно-лучевой резки. Кроме того, области сканирования двух устройств 6 перекрываются только в краевой части, и по меньшей мере 90% областей сканирования не перекрываются. Устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча расположены рядом сверху от вакуумной рабочей камеры 1.
На фиг. 9 показана комбинация четырех устройств 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча. Электронный луч, испускаемый каждым из устройств 6, имеет три различных рабочих режима: нагрева, осаждения расплавлением и электроннолучевой резки. Кроме того, области сканирования каждого устройства 6 перекрываются только в краевой части, и более 80% областей сканирования не перекрываются. Например, четыре устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча расположены в виде матрицы 2×2, области 771, 772, 773 и 774 сканирования каждого устройства 6 имеют одинаковый размер и объединяются в большую объединенную область 77 сканирования (как показано на фиг. 10). Нет зазора между областями сканирования каждого устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча (например, области сканирования частично перекрываются или являются смежными), чтобы предотвратить появление не сканируемой области в рабочей зоне. Кроме того, четыре устройства 6 для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча могут быть сгруппированы в блок сканирования электронного луча, и механический механизм поступательного движения может быть использован для получения большей зоны сканирования и формирования, чтобы аддитивно изготавливать трехмерную деталь больших габаритов.
Следует понимать, что в описании настоящего изобретения ориентация или отношение положения обозначены терминами "верх", "низ", "спереди", "сзади", "сверху", "снизу", "внутри" и "вне", которые основаны на отношении ориентации или положения, показанном на чертежах. Эти термины предназначены для удобства и упрощения описания и не указывают или не подразумевают, что упомянутое устройство или элемент должны иметь определенную ориентацию, быть сконструированы и эксплуатироваться в определенной ориентации, поэтому эти термины не должны толковаться как ограничивающие настоящее изобретение. В описании изобретения "множество" означает по меньшей мере два, например два, три и т.д., если не указано иное.
В настоящем раскрытии, если не указано иное, термины "установленный", "соседний", "соединенный", "фиксированный" и тому подобные используются в широком смысле. Например, фиксированные соединения, разъемные соединения или интегральные соединения также могут быть механическими или электрическими соединениями, или соединениями связи; также могут быть прямыми или косвенными соединениями через промежуточные структуры; также могут быть внутренними коммуникациями или взаимодействиями двух элементов, что должно быть понятно специалистам в данной области техники в соответствии с конкретными ситуациями.
В настоящем изобретении, если не указано или не ограничено иначе, структура, в которой первый элемент находится "на" или "под" вторым элементом, может включать в себя форму осуществления изобретения, в которой первый элемент находится в прямом контакте со вторым элементом, и может также включает в себя форму осуществления изобретения, в которой первый элемент и второй элемент не находятся в непосредственном контакте друг с другом, но контактируют через дополнительный элемент между ними.
В настоящем описании, если не указано и не определено иное, первый элемент может напрямую контактировать с первым и вторым элементами или косвенно контактировать с первым и вторым элементами через промежуточную среду "вверх" или "вниз" от второго элемента.
В настоящем описании термины "форма осуществления изобретения" или "пример" означают, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с формой осуществления изобретения или примером, включены по меньшей мере в одну форму осуществления или пример настоящего изобретения. В настоящем описании вышеупомянутые термины не должны относиться к одной и той же форме или примеру осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры, материал или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в одной или нескольких формах осуществления или примерах. Кроме того, специалисты в данной области техники могут комбинировать и объединять различные формы осуществления изобретения или примеры, описанные в этом описании, и характеристики различных форм осуществления или примеров, если они не противоречат друг другу.
Хотя были показаны и описаны формы осуществления настоящего изобретения, понятно, что вышеописанные формы осуществления изобретения являются иллюстративными и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. Формы осуществления изобретения могут подвергаться изменениям, модификациям и заменам.

Claims (39)

1. Устройство для аддитивного производства детали с использованием комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки, содержащее:
вакуумную рабочую камеру;
рабочий стол, причем рабочая зона рабочего стола расположена в вакуумной рабочей камере;
узел подачи порошка, выполненный с возможностью распределения порошка по рабочей зоне;
по меньшей мере одно устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, при этом диапазон сканирования устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча покрывает по меньшей мере часть рабочей зоны;
контроллер для управления каждым из упомянутых устройств для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча при формировании каждого слоя сечения детали с обеспечением работы устройства последовательно в трех режимах, причем сначала в режиме нагрева, после чего в режиме селективного плавления, а затем в режиме электронно-лучевой контурной резки;
при этом узел подачи порошка выполнен с возможностью распределения порошка в рабочей зоне и образования слоя порошка заданной толщины в сечении детали;
причем в режиме нагрева устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и нагревает слой порошка с обеспечением предварительного спекания порошка;
при этом в режиме селективного плавления устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и расплавляет слой порошка с обеспечением формирования слоя сечения детали;
причем в режиме электронно-лучевой контурной резки устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча выполнено с возможностью испускания электронного луча, который сканирует и вырезает внутренние и внешние контуры сечения детали по меньшей мере один раз с обеспечением удаления или отрезания шероховатого края и приваренного порошка на контурах слоя сечения детали.
2. Устройство по п. 1, в котором ускоряющее напряжение электронного луча, испускаемого устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, изменяется от 10 до 200 кВ.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча способно генерировать непрерывный электронный луч и импульсный электронный луч.
4. Устройство по п. 1 или 2, в котором скорость сканирования электронного луча, испускаемого устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, в рабочей зоне по выбору изменяется от 0 до 100 м/с.
5. Устройство по п. 1 или 2, в котором в режиме нагрева электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется выше или ниже рабочей плоскости, скорость сканирования составляет от 0,01 до 50 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга и шаг сканирования превышает 10 мкм.
6. Устройство по п. 1 или 2, в котором в режиме селективного плавления электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на рабочей плоскости, скорость сканирования составляет от 0,01 до 10 м/с, две соседние дорожки сканирования не перекрывают друг друга и шаг сканирования превышает 10 мкм.
7. Устройство по п. 1 или 2, в котором в режиме селективного плавления устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча регулирует глубину плавления путем регулировки интенсивности электронного луча, скорости перемещения фокуса по рабочей плоскости, шага сканирования соседних дорожек сканирования и временного интервала соседних дорожек сканирования; и
для зоны, где вещество детали находится ниже текущего формируемого слоя, и текущий формируемый слой должен сливаться с веществом детали, глубина плавления превышает толщину текущего формируемого слоя; а для другой зоны, где слой порошка или обрезаемый край контура находится ниже текущего формируемого слоя, глубина плавления равна или меньше толщины текущего формируемого слоя.
8. Устройство по п. 1 или 2, в котором в режиме электронно-лучевой резки непрерывный электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на плоскости сечения детали, скорость сканирования составляет от 1 до 50 м/с, и две соседние дорожки сканирования полностью перекрываются или шаг сканирования составляет менее 8 мкм.
9. Устройство по п. 1 или 2, в котором в режиме электронно-лучевой резки импульсный электронный луч, испускаемый устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, фокусируется на плоскости сечения детали, частота импульсов составляет от 1 Гц до 100 кГц, скорость сканирования составляет от 0,1 до 5 м/с, и две соседние дорожки сканирования перекрывают друг друга или шаг сканирования составляет менее 8 мкм.
10. Устройство по п. 1 или 2, в котором устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча расположено сверху от вакуумной рабочей камеры и непосредственно над рабочей зоной.
11. Устройство по п. 1 или 2, в котором порошок содержит керамический порошок и/или металлический порошок.
12. Устройство по п. 1 или 2, в котором имеются два устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, причем электронный луч, испускаемый каждым устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, имеет три режима: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки; при этом области сканирования двух устройств для излучения, фокусировки и сканирования электронных лучей перекрываются на краевых участках, а по меньшей мере 90% областей сканирования не перекрываются.
13. Устройство по п. 1 или 2, в котором имеются по меньшей мере четыре устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, расположенные в виде матрицы, причем электронный луч, испускаемый каждым устройством для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча, имеет три режима: нагрева, селективного плавления и электронно-лучевой резки; при этом области сканирования каждого устройства для излучения, фокусировки и сканирования электронного луч перекрываются на краевых участках, а по меньшей мере 80% областей сканирования не перекрываются.
14. Устройство по п. 1 или 2, в котором устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча является подвижным относительно рабочего стола.
15. Устройство по п. 1 или 2, в котором рабочий стол расположен с возможностью перемещения в вакуумной рабочей камере.
16. Устройство по п. 1 или 2, в котором рабочий стол содержит:
рабочую платформу, причем рабочая зона расположена на рабочей платформе; и узел рабочего цилиндра поршневого типа, расположенный под рабочим столом и содержащий рабочий цилиндр и подъемное устройство поршневого типа; при этом верхний край рабочего цилиндра находится на одном уровне с рабочей платформой, и подъемное устройство поршневого типа способно перемещаться вверх и вниз в рабочем цилиндре.
17. Устройство по п. 1 или 2, в котором узел подачи порошка содержит: устройство подачи порошка, выполненное с возможностью подачи порошка на
верхнюю поверхность рабочего стола; и
устройство распределения порошка, расположенное на рабочей платформе и выполненное с возможностью помещения порошка в рабочий цилиндр и выравнивания порошка.
18. Устройство по п. 1 или 2, в котором устройство для излучения, фокусировки и сканирования электронного луча содержит:
корпус, расположенный снаружи от вакуумной рабочей камеры;
нить накала, выполненную с возможностью генерирования электронного луча и расположенную в корпусе;
катод, расположенный в корпусе и связанный с нитью накала;
электрод сетки, расположенный в корпусе под нитью накала;
анод, расположенный в корпусе под электродом сетки;
фокусирующую катушку, расположенную в корпусе под анодом; и
пару отклоняющих X/Y катушек, расположенную в корпусе под фокусирующей катушкой.
19. Устройство по п. 1 или 2, в котором давление в вакуумной рабочей камере меньше 10 Па, и камера заполнена инертным газом для предотвращения избыточного непропорционального испарения элемента.
RU2019126338A 2017-01-22 2018-01-17 Оборудование для аддитивного производства с применением комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки RU2729279C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710047601.1A CN106825567B (zh) 2017-01-22 2017-01-22 电子束选区熔化与电子束切割复合的增材制造方法
CN201710047601.1 2017-01-22
PCT/CN2018/073024 WO2018133799A1 (zh) 2017-01-22 2018-01-17 电子束选区熔化与电子束切割复合的增材制造装备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729279C1 true RU2729279C1 (ru) 2020-08-05

Family

ID=59119316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126338A RU2729279C1 (ru) 2017-01-22 2018-01-17 Оборудование для аддитивного производства с применением комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11485043B2 (ru)
EP (1) EP3572166A4 (ru)
JP (1) JP7134490B2 (ru)
CN (1) CN106825567B (ru)
RU (1) RU2729279C1 (ru)
WO (1) WO2018133799A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750603C1 (ru) * 2020-09-02 2021-06-29 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Устройство для создания деталей аддитивно-субтрактивно-упрочняющей технологией
WO2022072359A1 (en) * 2020-09-29 2022-04-07 Mantle Inc. Waste collection and abatement during hybrid additive and subtractive manufacturing
RU222177U1 (ru) * 2023-10-19 2023-12-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Устройство аддитивного изготовления деталей

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106825567B (zh) 2017-01-22 2018-12-11 清华大学 电子束选区熔化与电子束切割复合的增材制造方法
NL2018720B1 (en) * 2017-04-14 2018-10-24 Bond High Performance 3D Tech B V Three-dimensional modeling method and system
DK3473441T3 (da) * 2017-10-23 2021-08-23 Gen Electric Bevægelig støbeanordning til anvendelse med additiv fremstilling
WO2019151540A1 (ja) * 2018-01-31 2019-08-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 三次元形状造形物の製造方法
WO2019162654A1 (en) 2018-02-20 2019-08-29 Bae Systems Plc Manufacturing system for use in space
EP3542927A1 (de) * 2018-03-20 2019-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum selektiven bestrahlen einer materialschicht, verfahren zum bereitstellen eines datensatzes, vorrichtung und computerprogrammprodukt
WO2019185053A1 (zh) * 2018-03-29 2019-10-03 天津清研智束科技有限公司 射线发生装置、增材制造装置及增材制造方法
DE102018122605A1 (de) * 2018-09-14 2020-03-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Glätten eines Bauteiloberflächenbereichs
CN109465531B (zh) * 2018-11-20 2020-07-03 清华大学 一种电子束熔丝沉积增材制造实时监控系统
JP7485309B2 (ja) * 2019-01-29 2024-05-16 フリーメルト エービー 付加製造方法およびビームダンプを用いた装置
JP7222257B2 (ja) * 2019-02-04 2023-02-15 株式会社Ihi 三次元造形装置
CN110539386B (zh) * 2019-03-12 2021-02-12 清华大学 热池增材制造设备和方法
CN110523977B (zh) * 2019-03-12 2021-04-13 清华大学 液浮粉末床增材制造设备和方法
CN110181048B (zh) * 2019-05-24 2021-02-12 清华大学 一种钼基合金粉末的电子束增材制造方法
FR3101275B1 (fr) * 2019-09-27 2022-07-08 Addup Procédé de fabrication additive
CN111151744A (zh) * 2019-12-03 2020-05-15 汕头大学 一种基于ebm与飞秒激光的打切一体增材设备及方法
CN111687414A (zh) * 2020-06-15 2020-09-22 上海理工大学 多束流电子束成型方法
CN111974997B (zh) * 2020-07-03 2023-12-15 华南理工大学 一种基于原位多激光调控的增减材复合式制造装置及方法
CN111673259B (zh) * 2020-07-13 2023-10-31 广东省焊接技术研究所（广东省中乌研究院） 分体式电子束偏转线圈及电子束设备
US20220048138A1 (en) * 2020-08-12 2022-02-17 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Method for Improving the Strength and Ductility of Brittle Intermetallic Alloys through Additive Manufacturing
CN112222592B (zh) * 2020-09-25 2022-04-12 中国航空制造技术研究院 一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法
US20220118521A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-21 Arcam Ab Systems and methods for weld tapering at a trailing edge using time multiplexing
EP4008455A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Fusing one or more cross sections by electron beam powder bed fusion
CN112222408B (zh) * 2020-12-10 2021-03-30 西安赛隆金属材料有限责任公司 电子束增材制造装置及方法
CN112846229B (zh) * 2021-01-04 2023-02-17 西安航天发动机有限公司 一种大尺寸夹层直槽环状构件激光增减材制造方法
CN112916871A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 一种金属喷射沉积切削复合成形方法
WO2022220824A1 (en) * 2021-04-14 2022-10-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Controlling curing processes in additive manufacturing
CN113210627A (zh) * 2021-04-20 2021-08-06 北京科技大学 一种碳化物增强TiAl基纳米复合材料的制备方法
CN113172236B (zh) * 2021-04-25 2023-07-21 西北工业大学 基于高能束的增材制造方法及设备
CN114082984A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 利用电子束选区熔化成形薄壁零件的方法
CN114178668B (zh) * 2021-12-01 2023-03-24 西北工业大学 一种专用于太空焊接的钢笔式手持电子束枪
CN114360986B (zh) * 2021-12-29 2023-06-23 哈尔滨工业大学（威海） 电子束粉末床增材制造装备电子枪
CN114378309A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 天翼物联科技有限公司 一种复杂构件柔性制造系统及复杂构件柔性制造方法
CN114425625A (zh) * 2022-01-14 2022-05-03 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 脉冲激光增材减材制造系统及方法
CN114570949A (zh) * 2022-03-15 2022-06-03 南京弘煊科技有限公司 一种电子束与激光束双控熔化成形装置及成形方法
CN114850494B (zh) * 2022-04-27 2023-10-24 南京联空智能增材研究院有限公司 一种高熵合金泡沫状结构多束电子束增材制造方法
CN114713848B (zh) * 2022-06-10 2022-09-23 西安赛隆增材技术股份有限公司 一种提升增材制造零件表面质量的方法及增材制造设备
CN115446440B (zh) * 2022-09-28 2024-04-23 南京理工大学 一种钛-铜异种金属的双束电子束原位重熔焊接方法
CN115366222B (zh) * 2022-09-29 2023-12-22 陕西科技大学 一种磁场辅助制备定向陶瓷基复合材料的3d打印机及打印方法
CN115502414B (zh) * 2022-10-14 2024-04-05 南京理工大学 一种梯度过渡钛合金多束电子束原位反应增材方法
CN115533120A (zh) * 2022-10-17 2022-12-30 南京联空智能增材研究院有限公司 一种仿生结构钛合金双束电子束双丝的增材方法
CN115592139B (zh) * 2022-12-01 2023-07-07 北京清研智束科技有限公司 一种电子束增材制造设备及方法
CN115592133B (zh) * 2022-12-13 2023-03-10 中车工业研究院(青岛)有限公司 一种激光烧结扫描方法、装置、设备及可读存储介质
CN116372193B (zh) * 2023-06-05 2023-09-05 西安空天机电智能制造有限公司 大尺寸TiAl合金电子束增材制造设备
CN117516156B (zh) * 2024-01-08 2024-03-26 屯留县兴旺彬烨钙合金工贸有限公司 一种金属钙生产用高温熔化装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2401179C1 (ru) * 2006-07-27 2010-10-10 Аркам Аб Способ и устройство для изготовления трехмерных объектов
RU2539135C2 (ru) * 2012-02-27 2015-01-10 Юрий Александрович Чивель Способ получения объемных изделий из порошков и устройство для его осуществления
EP2918396A1 (en) * 2014-03-10 2015-09-16 JEOL Ltd. Machine and method for additive manufacturing

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3382328A (en) * 1966-11-29 1968-05-07 Rohr Corp High voltage power pickoff for a moving electron beam gun
DE10157647C5 (de) * 2001-11-26 2012-03-08 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken in einer Laser-Materialbearbeitungsanlage oder einer Stereolitographieanlage
CN100349077C (zh) * 2004-12-03 2007-11-14 清华大学 一种电子束选区同步烧结工艺及三维分层制造设备
US7648740B2 (en) * 2006-06-12 2010-01-19 The Boeing Company Method of making improved net-shaped components by hybrid metal deposition processing
FR2984778B1 (fr) * 2011-12-23 2014-09-12 Michelin Soc Tech Procede et appareil pour realiser des objets tridimensionnels
CN105163929B (zh) * 2013-05-03 2017-05-10 联合工艺公司 消除次表面孔隙度的方法
US20170189960A1 (en) * 2014-06-20 2017-07-06 Fujimi Incorporated Powder material for powder additive manufacturing and powder additive manufacturing method using same
EP3194098A4 (en) * 2014-09-19 2018-05-30 Moog Inc. Method for layer-by-layer removal of defects during additive manufacturing
EP3059031B1 (en) 2014-12-26 2019-11-20 Technology Research Association for Future Additive Manufacturing Three-dimensional printing device, three-dimensional printing device control method, and control program
CN104526359A (zh) 2014-12-30 2015-04-22 深圳市圆梦精密技术研究院 多个电子束熔融和铣削复合3d打印设备
DE102015202964A1 (de) * 2015-02-18 2016-08-18 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN104759623B (zh) * 2015-03-10 2017-06-23 清华大学 利用电子束‑激光复合扫描的增材制造装置
US10456857B2 (en) * 2015-03-31 2019-10-29 Yuanmeng Precision Technology (Shenzhen) Institute Electron beam melting and cutting composite 3D printing apparatus
CN104741609B (zh) 2015-03-31 2017-05-03 深圳市圆梦精密技术研究院 电子束熔融及切削复合3d打印设备
CN104827034A (zh) * 2015-04-23 2015-08-12 马宁 3d打印装置
US20180117845A1 (en) * 2015-05-29 2018-05-03 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing
CN105081320A (zh) * 2015-08-05 2015-11-25 马承伟 3d打印装置
US10220471B2 (en) * 2015-10-14 2019-03-05 Lawrence Livermore National Security, Llc Spatter reduction laser scanning strategy in selective laser melting
CN105499566B (zh) * 2015-12-03 2017-10-31 北京航空航天大学 一种实现电子束选区熔化增材制造金属零部件原位热处理的方法
US10071422B2 (en) * 2015-12-10 2018-09-11 Velo3D, Inc. Skillful three-dimensional printing
CN105538728A (zh) 2016-02-23 2016-05-04 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种激光增减材复合制造的方法与装置
CN105945578B (zh) 2016-05-17 2018-05-22 西安智熔金属打印系统有限公司 一种电子束复合增材制造装置
CN105945283B (zh) * 2016-06-08 2018-05-22 西安智熔金属打印系统有限公司 移动粉床式电子束快速成型制造方法
WO2018131109A1 (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社アドバンテスト 三次元積層造形装置の電子ビームカラム、三次元積層造形装置、および三次元積層造形方法
CN106825567B (zh) * 2017-01-22 2018-12-11 清华大学 电子束选区熔化与电子束切割复合的增材制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2401179C1 (ru) * 2006-07-27 2010-10-10 Аркам Аб Способ и устройство для изготовления трехмерных объектов
RU2539135C2 (ru) * 2012-02-27 2015-01-10 Юрий Александрович Чивель Способ получения объемных изделий из порошков и устройство для его осуществления
EP2918396A1 (en) * 2014-03-10 2015-09-16 JEOL Ltd. Machine and method for additive manufacturing

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750603C1 (ru) * 2020-09-02 2021-06-29 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Устройство для создания деталей аддитивно-субтрактивно-упрочняющей технологией
WO2022072359A1 (en) * 2020-09-29 2022-04-07 Mantle Inc. Waste collection and abatement during hybrid additive and subtractive manufacturing
RU2811347C1 (ru) * 2023-10-04 2024-01-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Способ аддитивного изготовления деталей и устройство для его осуществления
RU222177U1 (ru) * 2023-10-19 2023-12-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Устройство аддитивного изготовления деталей

Also Published As

Publication number Publication date
US20200238566A1 (en) 2020-07-30
CN106825567A (zh) 2017-06-13
JP2020505251A (ja) 2020-02-20
JP7134490B2 (ja) 2022-09-12
EP3572166A4 (en) 2020-12-23
CN106825567B (zh) 2018-12-11
WO2018133799A1 (zh) 2018-07-26
EP3572166A1 (en) 2019-11-27
US11485043B2 (en) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2729279C1 (ru) Оборудование для аддитивного производства с применением комбинированного процесса селективного электронно-лучевого плавления и электронно-лучевой резки
EP3269473B1 (en) Additive manufacturing device utilizing eb-laser composite scan
CN112024875B (zh) 一种粉末床同步加热熔化增材制造方法
US8187521B2 (en) Method and device for producing three-dimensional objects
CN105562688B (zh) 通过选择性的激光熔化来制造构件
US9550325B2 (en) Method and apparatus for the production of a workpiece of exact geometry
CN109434107B (zh) 一种多能束高效率增材制造方法
US20150158111A1 (en) Method and device for controlling an irradiation system
US10589508B2 (en) Additive manufacturing systems and methods
US10744562B2 (en) Additive manufacturing employing a plurality of electron beam sources
EP3700699A1 (en) Diode laser fiber array for contour of powder bed fabrication or repair
US11097350B2 (en) Pre-fusion laser sintering for metal powder stabilization during additive manufacturing
US20210370403A1 (en) Additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus
CN111151757A (zh) 复合式电子束增材制造设备及工艺
CN110733176A (zh) 光束整形机构、激光光源系统、激光3d打印设备和方法
US20210213536A1 (en) Method for preparing the upper surface of an additive manufactuirng platen by depositing a bed of powder
KR102340525B1 (ko) 등가적층 체적높이 제어방법
CN105081320A (zh) 3d打印装置
EP3984669A1 (en) Method of regenerating a build plate
KR20200063306A (ko) 난용접성 소재 적층 장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20210705