[发明专利]一种电子束选区熔化气氛调控系统及调控方法

说明书

技术领域

本发明属于电子束选区熔化技术领域，尤其是涉及一种电子束选区熔化气氛调控系统及调控方法。

背景技术

电子束选区熔化技术(Selective Electron Beam Melting，英文简称SEBM)是目前新兴的一种快速制造工艺。电子束选区熔化过程如下：在在电子束选区熔化成形的成形腔室(具体为真空室)内，先通过铺粉装置在成型区域上均匀地逐层平铺粉末，并由计算机控制高能电子束，且根据所要成形零件的横截面参数熔化粉末，相应达到逐层制造的目的，并实现三维零件的快速制造。传统的电子束选区熔化技术中，需要成形腔室内为真空环境，以保证电子束流正常工作。但在真空环境下，由于高能电子束轰击粉末表面时，粉末会出现溃散，造成吹粉，严重影响成形过程；同时，合金粉末在受电子束轰击熔化后内部所含的化学组分在真空中更容易挥发，从而影响所成形零件的化学成分；并且在高真空环境下，几乎没有传导介质，温度传导主要靠辐射，这样也会造成温度分布不均的现象，对零件成形造成较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电子束选区熔化气氛调控系统，其结构简单、设计合理、投入成本较低且安装布设及使用操作方便、使用效果好，能对电子束选区熔化成形腔室内的气氛进行有效控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征在于：包括向电子束选区熔化成形设备的成形腔室内充入气氛控制用气体的气体充入设备和对成形腔室进行抽真空的抽真空设备，以及对成形腔室内的气体压强进行实时检测的气体压强检测单元，所述抽真空设备通过抽真空管道与成形腔室内部相通，所述气氛控制用气体为氢气、氮气或惰性气体；所述气体充入设备包括内部装有气氛控制用气体的储气罐和连接于储气罐与成形腔室之间的气体输送管道，以及安装在气体输送管道上的流量控制阀；所述成形腔室的外侧壁上开有分别供所述抽真空管道和气体输送管道安装的安装孔；所述流量控制阀为电磁阀且其由控制器进行控制，所述气体压强检测单元和流量控制阀均与控制器电连接，所述控制器与参数输入单元电连接。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：所述气氛控制用气体为氦气。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：还包括对所述气体压强检测单元所检测信息进行同步显示的显示单元，所述显示单元与控制器电连接；所述流量控制阀为电磁比例阀，所述控制器为PID控制器。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：所述气体压强检测单元为真空计，所述真空计与控制器电连接。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：所述抽真空设备包括机械泵和分子泵，所述抽真空管道包括连接于机械泵的进气口与成形腔室之间的第一连接管和连接于分子泵的进气口与成形腔室之间的第二连接管，以及连接于分子泵的出气口与机械泵的进气口之间的第三连接管，所述第一连接管和第二连接管上均装有管道控制阀。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：还包括安装在第三连接管上的三通管，所述第三连接管以三通管为界分为第一管段和第二管段，所述三通管的第一连接接口通过所述第一管段与分子泵的出气口连接且其第二连接接口通过所述第二管段与机械泵的进气口连接，所述三通管的第三连接接口通过第二连接管与成形腔室连接。

上述一种电子束选区熔化气氛调控系统，其特征是：所述第一连接管和第二连接管上所装的管道控制阀均为电磁阀且二者均由控制器进行控制，所述机械泵和分子泵均由控制器进行控制。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的电子束选区熔化气氛调控方法，包括以下步骤：

步骤一、设备安装：通过所述抽真空管道和气体输送管道将成形腔室分别与所述抽真空设备和储气罐连接，并在成形腔室内安装所述气体压强检测单元，且将所述气体压强检测单元和气体输送管道上所装的流量控制阀均与控制器电连接；

步骤二、气压控制参数设定：通过参数输入单元输入气体压强控制参数，并通过控制器对所输入的气压控制参数进行同步存储；

所输入的气压控制参数，记作P₀；其中P₀＝2.0×10^-1Pa～6.0×10^-1Pa；

步骤三、抽真空：采用所述抽真空设备对成形腔室进行抽真空，直至成形腔室内的气体压强下降至5.0×10^-2Pa以下；抽真空过程中，通过所述气体压强检测单元对成形腔室内的气体压强进行实时检测；