[发明专利]一种实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，包括电子枪、高压电源、真空室及真空泵组，其特征在于，还包括：

主控制系统，用于对选丝及送丝、电子枪运动、电源参数、真空检测控制、熔丝路径规划进行统筹控制，接收相关子系统的反馈信息，并发出工作指令；

至少两套选丝及送丝系统，用于实现装载丝、选丝及送丝过程，每套系统包括选丝装置、送丝装置、载丝器；

送丝控制管理单元，送丝控制管理单元根据主控制系统发出的指令，确定可以运行的选丝及送丝系统，选丝装置根据所获得的指令，决定该系统中的一个载丝器电机正转，对外输出丝材，不工作的载丝器电机保持停止状态；

电子枪运动工作台，用于装载电子枪，并接收主控制系统指令，带动电子枪按照设定路径移动；

成形零件带载工作台，承载金属基板及其零件，并受主控制系统控制进行移动；

电源控制系统，用于对相关电源参数进行控制，包括加速电源控制电路、灯丝加热电源控制电路、偏压电源控制电路、丝材对应功率调节电路；

电子枪电磁控制系统，接受主控制系统控制，用于根据不同丝材调节聚焦电流输出、调整电子束束斑加热区域、改变磁场分布，包括合轴线圈控制电路、聚焦线圈控制电路、扫描线圈控制电路、丝材对应聚焦电流调节电路；

电子枪运动控制单元，包括使电子枪进行空间运动的控制电路；

工作台运动控制单元，用于控制成形零件带载工作台运动；

机器视觉识别装置，用于采集工作区图像信息；

图像处理单元，用于将采集的工作区图像进行处理后，发送至主控制系统；

熔丝路径规划系统，用于将熔丝成形轨迹转化为电子枪、成形零件带载工作台的空间运动参数。

2.根据权利要求1所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于，所述主控制系统为基于CNC与PLC的控制系统。

3.根据权利要求1或2所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于，所述选丝及送丝系统包括第一选丝及送丝系统、第二选丝及送丝系统、第三选丝及送丝系统、第四选丝及送丝系统。

4.根据权利要求1或2所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于，每一套选丝及送丝系统包括两个载丝器，每个载丝器可以装载同种或异种丝材，送丝控制管理单元根据主控制系统发出的指令，确定可以运行的选丝及送丝系统，选丝装置根据所获得的指令，决定所需载丝器电机正转，对外输出丝材，其它载丝器电机保持停止状态。

5.根据权利要求1或2所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于，所述主控制系统中保存有预先获得的每一种丝材的最佳成形效果所需要的功率及对应的束流参数形成的工艺数据库，在熔丝成形过程中，主控制系统将丝材选用信号输入到丝材对应的功率调节电路，该电路调用工艺数据库中的功率参数，调节高压电源给定信号、灯丝加热电流给定信号、束流给定信号。

6.根据权利要求1或2所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于：所述真空室及真空泵组包括：真空室、真空室的真空泵组、真空室真空度检测电路、电子枪真空泵组、电子枪真空度检测电路；所述真空室真空度检测电路将真空室真空度反馈信号输至主控制系统，电子枪真空度检测电路将电子枪真空度反馈信号输至主控制系统，用以按照设定逻辑控制真空泵组。

7.根据权利要求1或2所述的实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置，其特征在于：在熔丝成形过程中，所述熔丝路径规划系统将熔丝成形轨迹转化为电子枪、成形零件带载工作台的空间运动速度、方向信息，输入到主控制系统中，主控制系统在熔丝成形过程中，发出指令，并由电子枪运动控制单元、工作台运动控制单元进行运动控制。

8.如权利要求1所述的一种实现梯度材料制备的电子束熔丝增材制造装置的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）根据所加工的零件，分析所需要的丝材种类，将每一种丝材所需要的功率存储在丝材对应功率调节电路中， 每一种丝材所需要的聚焦电流存储在丝材对应聚焦电流调节电路中；

（2）在熔丝路径规划系统中对零件进行分层，对于每一层的熔丝沉积，规划电子枪运动工作台、 成形零件带载工作台不同时刻的运动速度和方向，将相关数据存储到主控制系统中；

（3）为各个选丝及送丝系统的载丝器装载所需要的各种丝材；在真空室真空度达到设定要求后，主控制系统输出控制指令，使电子枪运动到指定位置；

（4）主控制系统按照预先设定程序启动所需要选丝及送丝系统，送出所需丝材，同时启动高压电源、聚焦电流调节电路，按照预定轨迹，完成一种丝材熔丝沉积后，关闭高压电源和聚焦电流调节电路；

（5）主控制系统控制选丝及送丝系统对丝材进行更换；然后通过调整电子枪运动工作台、 成形零件带载工作台，将电子枪熔丝堆积点调整到新的位置，重新开启高压电源和聚焦电流调节电路，按照预定轨迹，再次熔丝堆积成形；

重复（4）、（5）步骤，直到零件加工完成。