[实用新型]电子束熔丝增材制造装置

说明书

本申请提供一种电子束熔丝增材制造装置。电子束熔丝增材制造装置包括成型基板、电子枪、送丝枪和超声振动辅助装置，超声振动辅助装置包括超声波电源、能量转换器和超声波变幅杆，超声波电源和能量转换器连接，超声波变幅杆的一端与能量转换器连接，超声波变幅杆的另一端与已成形的焊缝表面接触。上述超声振动辅助装置，利用超声振动能量能够细化电子束熔丝成型零件金属晶粒，抑制金属零件内柱状晶的生长；能够消除或减少电子束熔丝成型零件内部气孔；能够减小电子束熔丝成型零件残余应力，抑制电子束熔丝成型零件的变形和裂纹的出现；能够均匀熔池的化学成分，减少电子束熔丝成型零件化学成分偏析。

技术领域

本实用新型涉及金属零部件的增材制造技术领域，特别涉及一种超声振动辅助装置及采用该超声振动辅助装置的电子束熔丝增材制造装置。

背景技术

增材制造技术又名3D打印或快速成形技术。它是一种以数字三维模型图文件为基础，运用金属粉末、金属丝材或可粘合性塑料等材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。快速成形制造技术被广泛用在模具制造、工业设计等领域，现正逐渐用于一些产品的直接制造,特别是一些高价值的应用，比如人体植入髋关节、牙齿和一些飞机零部件等。

金属零部件快速成形制造方法主要有激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化 (SLM)、激光同轴送粉直接制造、电子束熔丝成形(EBAM)、电子束选区熔化成形(EBM)等方法。这几种方法都不同程度存在着局限性，比如几种采用激光为热源的增材制造方法和电子束选区熔化成形都是采用金属粉末作为成形原材料，这些方法所需金属粉末制造难度大，容易受到污染，不易保存，使用成本高，成形效率低。电子束熔丝成形采用金属丝材作为成形原材料，最大的优点是成形速度快，但成形精度较低，适用于制造大型复杂零件的毛坯。

现有电子束熔丝快速成形技术是以电子束作为热源，在基材或上一层熔化堆积层表面形成熔池，并将金属丝送入熔化区域实现逐层堆积快速成形制造。目前电子束熔丝增材制造以经应用于航空工业领域金属零件的制造。

现有的金属增材制造都是自下而上逐层熔化并凝固的特点，存在显著的自上而下分布的温度梯度，这不可避免的会在金属成型件内形成竖直向上生长粗大的柱状晶，这会导致成型零件的金属材料力学性能存在各向异性和力学性能较低的不利影响。另外，传统的金属增材制造技术金属零件成型过程都不可避免的产生热应力，这种应力积累到一定程度会使零件产生严重的变形，严重的甚至会造成零件开裂的现象。这些不利因素已经阻碍了金属增材制造在工业生产中的应用。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种能够改善和消除金属增材制造过程中的这种粗大柱状晶、残余应力和变形、内部气孔等缺陷的超声振动辅助装置及采用该超声振动辅助装置的电子束熔丝增材制造装置。

一种超声振动辅助装置，包括超声波电源、能量转换器和超声波变幅杆，所述超声波电源和所述能量转换器连接，所述超声波变幅杆的一端与所述能量转换器连接，所述超声波变幅杆的另一端与已成形的焊缝表面接触，所述超声波变幅杆将超声机械振动能传递给所述已成形的焊缝表面。

在其中一个实施例中，所述能量转换器和所述超声波变幅杆相对于焊缝可移动。

一种电子束熔丝增材制造装置，包括成型基板、电子枪、送丝枪和超声振动辅助装置，所述成型基板设于所述电子枪下方，所述电子枪用于发射电子束使金属熔化产生焊接熔池，所述送丝枪用于输送焊丝至所述焊接熔池，所述超声振动辅助装置包括超声波电源、能量转换器和超声波变幅杆，所述超声波电源和所述能量转换器连接，所述超声波变幅杆的一端与所述能量转换器连接，所述超声波变幅杆的另一端与已成形的焊缝表面接触，所述超声波变幅杆将超声机械振动能传递给所述已成形的焊缝表面。

在其中一个实施例中，所述能量转换器和所述超声波变幅杆相对于焊缝可移动。

在其中一个实施例中，所述能量转换器和所述超声波变幅杆与所述电子束相对于焊缝可同步移动。