[发明专利]电子束熔丝增材制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子束增材，尤其涉及一种电子束熔丝增材制造方法。

背景技术

电子束增材制造的方法目前有两种：电子束熔融粉末技术(EBM)及电子束熔丝成型技术(EBF³)。电子束熔融粉末技术采用金属粉末作为原材料，存在所需金属粉末制造难度大，使用成本高，成型效率低且金属粉末不易保存的缺点。电子束熔丝成型在实现高效沉积成型的同时保证打印件质量能达到锻造水平，该技术具有热源熔化丝材过程无反射、成形速度快、材料利用率高、能量转化效率高的特点，可用于大型金属毛坯的快速成型及金属零件的修复。

现有的电子束熔丝成型过程为：首先利用三维软件对预打印件建模，再对模型分层切片、打印路径规划后导入增材装置中，送丝机输出金属丝材将其送入基板或者上一层表面熔化的熔池内，以电子束作为热源持续熔化金属丝材最终完成堆积打印成型过程。目前实现这一成型过程的电子束熔丝装置有两种类型：(1)电子枪固定且一般安装在真空室外，通过承载成型件的工作平台旋转或位移改变打印件位置，从而实现复杂零件的加工过程；(2)工作平台固定，电子枪安装在真空室内且通过改变电子枪的位移改变打印位置。

无论选用哪种装置类型，电子束熔丝成型过程中热源与丝材非同轴同步变化的，而是存在两者一定的位向差异和速度差异。如何有效控制这种方向差异和速度差异，成为了控制沉积件质量的关键。

位向差异和速度差异转换到参数控制中，体现为以下工艺参数：送丝高度、热源与丝束间距、送丝角度(丝材与基板的角度)、送丝方向、工作平台运动速度、送丝速度。传统的电子束熔丝增材在制造过程中重点在于丝束间距、送丝速度、送丝角度以及与热源(电子束)相关的参数控制，而忽略了丝材送进方向的控制。而试验表明，丝材的送进方向的合适与否，严重影响沉积件的表面质量及工艺稳定性。具体原因为：在当其他参数条件一定的情况下，丝材从熔池前方送进时受热源热传导及熔池最强温区的热辐射作用强，而丝材从两侧或后端送进时，虽然热源对丝材产生的热传导作用较丝材从前方送进时相同，但是由于远离熔池前端的高温区，由熔池产生的热辐射作用弱，造成丝材的熔化能量不足。表现出的效果为：丝材很难以微滴或桥液状稳定过渡到熔池，而是由于丝材熔化不充分导致与熔池粘连，从而造成熔融沉积过程中断或由于丝材熔化不均匀导致成型面粗糙、光洁度差，影响下一层的沉积质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子束熔丝增材制造方法，旨在用于解决现有的电子束熔丝增材质量较差的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种电子束熔丝增材制造方法，采用电子枪与至少两台送丝机配合在真空室的基板上打印成型打印件，包括以下操作步骤：

S1.利用分层处理软件规划打印件的层厚尺寸以及沉积层的宽度尺寸，将所述打印件沿厚度方向分隔为多层沉积层且将每一所述沉积层分隔为多条沉积路径；

S2.将各所述送丝机按照各所述沉积路径分布，以使每一所述沉积路径的前方均设置有其中一所述送丝机的出丝嘴，调节各送丝机的出丝嘴角度以控制丝材与所述基板之间的角度；

S3.启动与首层所述沉积层的首道沉积路径对应的送丝机，同时开启所述电子枪并产生电子束；

S4.控制所述电子枪与所述基板相对移动，且相对移动的移动路径为首层所述沉积层的首道所述沉积路径，所述送丝机的丝材进入或者靠近所述基板上的熔池；

S5.所述电子束持续熔融以额定速度送进的所述丝材，所述丝材形成微滴或桥液形式进入熔池，且逐渐冷凝成型，进而形成首层首道所述沉积路径；

S6.继续打印首层另外各所述沉积路径，且选择该沉积路径对应的送丝机工作，重复S4-S5直至首层所述沉积层沉积完成；

S7.重复S4-S6依次完成另外各所述沉积层，直至所述打印件打印完成。

进一步地，所述电子枪与各所述送丝机均位于所述真空室外侧。

进一步地，所述送丝机为两台，将各所述沉积层均分为两个部分，两个部分分别对应两台所述送丝机，且每一所述送丝机的出丝嘴均位于对应部分的各所述沉积路径的前方。

进一步地，每一所述送丝机的出丝嘴均可在水平面内旋转0°-180°，且两台所述送丝机的出丝嘴之间的角度调节范围为0°-360°。