[发明专利]一种多能束高效率增材制造方法

说明书

本发明公开了一种多能束高效率增材制造方法，该方法是将同一幅面的能束数量控制为多个能束，每个能束均可辐照整个成形区域，利用这些多能束对待成形区域进行相互独立的扫描和/或相互配合的扫描，使原料粉末成形在所述待成形区域。本发明通过采用多能束同时扫描加工，而且可以实现更多种类的扫描策略，不仅可以提高装备的成形效率，而且可以调控构件显微组织、改善成形内应力，提高构件的成形质量。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种多能束高效率增材制造方法。

背景技术

金属增材制造技术(Metal Additive Manufacturing，MAM)是增材制造技术最重要的一个分支。是以金属粉末/丝材为原料，以高能束(激光/电子束/电弧/等离子束等)作为刀具，以计算机三维CAD模型为基础，运用离散/堆积的原理，在软件与数控系统的控制下将材料熔化逐层堆积来制造高性能金属构件的新型技术。具有成形周期短、原料利用率高、能够成形任意复杂形状构件的优点。广泛的应用于航天航空、汽车、军事武器、生物医疗等领域。尽管如此，随着航天航空技术以及武器装备的快速发展，对金属增材制造技术的成形效率提出了更高的要求。

专利“一种激光选区熔化高效成型装备与方法”，申请号“201611199926.3”提出了基于两个成形缸，单束激光交替成形两个构件的方法，缩短铺粉的时间，从而达到提高装备成形效率的目的，但是旋转成形缸平台又降低了整体成形效率，另一方面，成形缸平台的转动可能会影响铺粉的质量。专利“多光束增材制造”，申请号“201680034015.7”提出多光束增材制造技术方法，通过增加激光束的数量来扩大整体成形幅面，从而提高装备的成形效率，然而对于单个幅面的成形效率仍然没有提高。专利“利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置”，申请号“201510104702.9”提出采用多束电子束和激光束复合扫描的方法实现增材制造，提高了成形装备效率以及扩大了成形幅面，但是每个电子束以及激光束只能成形相应的区域，每个能束并不能辐照整个成形区域，并且不能实现所述的多种扫描策略；专利“基于四激光双工位的激光选区熔化SLM设备及加工方法”，申请号“201310670777.4”提出通过低功率扫描数层轮廓以及高功率成形实体单层实体相结合的方法来提高大尺寸构件的成形效率，由于此方法中高低功率采用的是分步扫描加工方式并不是同时对构件进行扫描加工，在某种程度上限制了成形效率的进一步提升。

因此，迫切需要一种高效率的金属增材制造方法来弥补现有技术方法的不足，从而更好地满足更高应用的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种多能束高效率增材制造方法，通过采用多能束同时扫描，每个能束均能辐照整个成形区域，在成形区域任意位置上的构件均可以实现多能束同时加工，大大地提高了单个幅面以及装备的成形效率，而且通过不同的扫描策略可以达到调控构件显微组织、减小内应力等目的。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种多能束高效率增材制造方法，其特征在于，该方法是将同一幅面的能束数量控制为多个能束，每个能束均能够辐照整个成形区域，利用这些多能束对待成形幅面中的任意区域进行相互独立的扫描和/或相互配合的扫描，使原料粉末成形在所述待成形区域；该方法不仅能够提高单个幅面的成形效率，而且能够通过实现更多种类的扫描策略改善成形内应力，提高构件的成形质量。

作为本发明的进一步优选，每个能束均能够辐照整个成形区域，对于成形区域中的任意位置的构件均能够实现多能束相互配合的同时加工。

作为本发明的进一步优选，多能束相互独立的扫描所基于的扫描策略包括分区式扫描、间隔式扫描、轮廓/实体并行式扫描、随机分区扫描以及对称式扫描中的任意一种。

作为本发明的进一步优选，多能束相互配合的扫描具体为多能束的跟随扫描；优选的，所述多个能束具体为两个能束，这两个能束采用一先一后跟随扫描式的相互配合扫描方式，在先扫描的能束用于预热，在后扫描的能束用于熔化成形。