利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用電子束-激光復(fù)合掃描加熱材料，使材料逐層燒結(jié)或熔化沉積，實(shí)現(xiàn)高性能、高效率、較高精度和材料適應(yīng)面更廣的三維零件的增材制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]零件的增材制造或稱快速成形、三維打印在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形和特殊材料的成形方面有很大的優(yōu)勢。該工藝通常采用高能電子束或者激光束作為熱源，逐層燒結(jié)或恪化材料，使材料逐層堆積成形。典型的工藝有激光選區(qū)燒結(jié)(Selective LaserSintering, SLS)、激光選區(qū)恪化(Selective Laser Melting, SLM)和電子束選區(qū)恪化(Electron Beam Selective Melting, EBSM)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的申請人發(fā)現(xiàn)，基于激光的選區(qū)燒結(jié)/熔化技術(shù)的制品精度較高、表面粗糙度較優(yōu)，但成形材料較低，材料的塑性和延展性較低；而且由于材料對激光的吸收率較低，成形區(qū)域的溫度較低(200°C左右)，導(dǎo)致成形過程中工件的熱應(yīng)力較高，容易產(chǎn)生變形和熱應(yīng)力積累，難以應(yīng)用于脆性材料的增材制造。
[0004]而基于電子束的選區(qū)熔化技術(shù)由于材料對電子束的吸收率較高，因此成形區(qū)域的溫度可以保持較高水平(可達(dá)800°C _900°C )，保證成形過程中工件的熱應(yīng)力處于較低水平，能夠有效控制工件的變形和熱應(yīng)力積累，工件的致密度較高，缺陷可以得到有效控制，材料塑性和延展性較高，比較適用于脆性材料的增材制造，而且成形效率高，是SLM的3-4倍。但制件的表面粗糙度較低，而且還存在因粉末導(dǎo)電性低而出現(xiàn)的“坎粉”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，會影響工藝的順利進(jìn)行。
[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0006]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種增材制造裝置，該增材制造裝置將電子束-激光束結(jié)合起來進(jìn)行復(fù)合掃描的選區(qū)熔化。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置，包括:真空成形室；工作臺裝置，所述工作臺裝置的成形區(qū)域至少設(shè)在所述真空成形室內(nèi)；粉末供給裝置，所述粉末供給裝置用于將粉末供給至所述成形區(qū)域；至少一個(gè)電子束發(fā)射聚集掃描裝置和至少一個(gè)激光束發(fā)射聚集掃描裝置，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置設(shè)置成使得所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置的掃描范圍至少覆蓋所述成形區(qū)域的一部分；以及控制器，所述控制器控制所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置以可對所述成形區(qū)域進(jìn)行粉末復(fù)合掃描成形處理。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置，將電子束-激光束結(jié)合起來進(jìn)行復(fù)合掃描及選區(qū)熔化，以將電子束選區(qū)熔化和激光選區(qū)熔化的優(yōu)點(diǎn)結(jié)入口 ο
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置的掃描范圍覆蓋整個(gè)所述成形區(qū)域。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述粉末復(fù)合掃描成形處理包括利用所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的電子束和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的激光束都可對所述粉末進(jìn)行掃描，進(jìn)行加熱、燒結(jié)和熔化中的至少一種處理。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述控制器控制所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的電子束和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的激光束對所述成形區(qū)域中相同或者不同區(qū)域內(nèi)的粉末同時(shí)或者交替進(jìn)行粉末復(fù)合掃描成形處理。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述控制器控制所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的激光束在所述成形區(qū)域內(nèi)形成所需的截面輪廓；以及所述控制器控制所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置發(fā)射的電子束掃描所述截面輪廓內(nèi)的粉末并熔化沉積所述粉末，以形成所需的截面。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置可以設(shè)置在所述真空成形室的頂部。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置可通過相對于所述工作臺裝置移動位置，以擴(kuò)大掃描范圍。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述工作臺裝置在所述真空成形室內(nèi)可通過位置移動，以擴(kuò)大所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置和所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置的掃描范圍。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述增材制造裝置包括兩個(gè)電子束發(fā)射聚集掃描裝置和一個(gè)激光束發(fā)射聚集掃描裝置，所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置設(shè)置在所述兩個(gè)電子束發(fā)射聚集掃描裝置之間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述增材制造裝置包括四個(gè)電子束發(fā)射聚集掃描裝置和一個(gè)激光束發(fā)射聚集掃描裝置，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置圍繞所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置布置。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述粉末包括陶瓷粉末和/或金屬粉末。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述工作臺裝置包括:工作平臺，所述成形區(qū)域設(shè)置在所述工作平臺上；活塞式成形缸裝置，所述活塞式成形缸裝置設(shè)置在所述工作平臺之下并包括成形缸和活塞式升降裝置，所述成形缸的上邊緣與所述工作平臺相齊平，所述活塞式升降裝置在所述成形缸內(nèi)可升降。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述粉末供給裝置包括:粉末供給器，所述粉末供給器將所述粉末供給至所述工作平臺的上表面上；粉末鋪設(shè)器，所述粉末鋪設(shè)器設(shè)置在所述工作平臺上且可將所述粉末推送至所述成形缸內(nèi)并鋪平。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述電子束發(fā)射聚集掃描裝置包括:殼體，所述殼體設(shè)在所述真空成形室外；產(chǎn)生電子束的燈絲，所述燈絲設(shè)在所述殼體內(nèi)；陰極，所述陰極在所述殼體內(nèi)位于所述燈絲的下面；柵極，所述柵極在所述殼體內(nèi)位于所述陰極的下面；陽極，所述陽極在所述殼體內(nèi)位于所述柵極的下面；聚焦線圈，所述聚焦線圈在所述殼體內(nèi)位于所述陽極的下面；以及偏轉(zhuǎn)線圈，所述偏轉(zhuǎn)線圈在所述殼體內(nèi)位于所述聚焦線圈的下面。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例，所述激光束發(fā)射聚集掃描裝置包括產(chǎn)生激光束的激光光源和與所述激光光源相連的聚焦掃描組件，所述聚焦掃描組件與所述真空成形室相連。
[0024]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置的示意圖；
[0026]圖2是圖1所示的裝置的電子束和激光束掃描區(qū)域示意圖；
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置的示意圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的利用電子束-激光復(fù)合掃描的增材制造裝置的示意圖；
[0029]圖5是圖4的電子束發(fā)射聚集掃描裝置6的掃描范圍及目標(biāo)區(qū)域示意