[发明专利]基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法，包括以下步骤：将得到的STL格式文件导入成形机的快速成形软件中。预先在成形平台上铺展一层铜合金粉末，电子束预热基板和粉床。熔化轮廓，电子束点化式扫描边界。熔化截面，电子束线性扫描截面束流值由5.5mA随时间递增式至7mA扫描。重复前述过程，直至铜合金零件的制造完成。本发明的基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法是采用铺粉式电子束选区熔化的增材制造技术，由于在熔化前电子束对基板和粉床的预热和束流的递增式扫面方式，有效的减少了成形过程的残余应力引起的翘曲和组织不致密，避免了形件的过热或球化等现象，从而实现了铜合金的优质、高效增材制造。

技术领域

本发明涉及一种增材制造方法，具体涉及一种基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法。

背景技术

目前铜或铜合金的制品或零件主要采用铸造或机加工的方式制造。铸造方法使用的模具成本高、工艺工程难控制易产生组织缺陷，影响其寿命；而机械加工方法尽管加工精度高，但存在材料利用率低、工序繁多复杂、生产周期长、制造成本高等问题。因此，对于复杂零部件，目前两种制造工艺都无法满足新品快速研制及批量生产的进度要求。

金属增材制造技术是在CAD软件驱动下，利用热源熔化金属材料，逐层沉积叠加形成部件的方法，具有生产周期短、成本低、节省材料、制造速度快、受部件集合形状影响小等优点，已成为快速制造金属零部件越来越有吸引力的解决方案，适合铜合金制品/零件的快速成型以及零件的修复。

在金属增材制造过程中，熔化的金属材料主要分为粉末状和丝材状。相对于后者，前者材料粉末回收利用高、成型过程在密封式环境中不被氧化、成形精度高、且组织致密性好，因此受到人们越来越多的重视。

而增材制造中采用的热源主要有电子束、激光、电弧等。其中电弧热源作用面积大且制造成本低，适应于丝材，但电弧能量密度低、热流分布可控制差、热影响区较大、且电弧形态受其运行速度限制较大，热源移动慢；而激光由于能量密度低，对大部分材料反射、无真空易氧化等条件。电子束热源由于功率大、作用深度大、对材料几乎无反射利用率高、束斑小精度高等优点，成为目前新型热源。

电子束选区熔化(Electron Beam selective Melting，EBSM)是典型的增材制造工艺，在复杂结构和特殊材料的三维成形方面具有很大的优势。电子束选区熔化工艺采用高能电子束作为热源，逐层烧结或熔化粉末材料，使材料逐层堆积成形。

例如中国专利文献CN 102941343B（申请号 201210467106.3）公开了一种钛铝合金复杂零件的快速制造方法，先用三维造型软件建立需要制造的钛铝合金复杂零件的三维实 体模型，然后用分层软件将三维实体模型分成厚度为0.05mm～0.3mm的薄层，得到STL格式文件，再将得到的STL格式文件导入电子束快速成 形机的快速成形软件中。

然后将钛铝合金粉末装入步骤一中导入STL格式文件的电子束快速成形机的送粉箱中，以一定的铺粉厚度平铺于铺粉台上，输入扫描参数，在真空条件下根据输入的扫描参数和步骤一所导入的STL格式文件对钛 铝合金粉末进行逐层扫描烧结，烧结结束后得到钛铝合金复杂零件；所述扫描烧结过程包括热量补偿过程和成形过程；所述热量补偿过程中的扫描参数为：束流强度为20mA～40mA，电子束扫描速度为5000mm/s～ 7000mm/s，温度控制在800℃～1200℃；所述成形过程中的扫描参数为：束流电流为10mA～20mA，电子束扫描速度为80mm/s～120mm/s，成形域上表面温度为1250℃～1700℃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成形过程稳定、致密性高、质量较高的基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是 一种基于电子束铺粉成形的铜合金增材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：