[发明专利]一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法

说明书

本发明涉及一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法。解决现有的螺旋打印方式，由于电子枪排布方式导致的打印效率低的问题。装置包括旋转粉床、固定在旋转粉床上方的打印组件与铺粉压实组件，打印组件包括多组打印单元，每组打印单元包括多个电子枪或激光器；每组打印单元中的电子枪或激光器沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床的同一半径区形成打印扫描区，各组打印单元的打印扫描区在同一圆周均布；打印时，通过增加打印装置的数量，可实现双螺旋、三螺旋及更多层的螺旋打印。每组打印单元中电子枪数量可根据设备大小决定。使用该方法，每组多枪打印可增大打印区域，增加电子枪组数可实现多层同时打印，可实现高效生产。

技术领域

本发明涉及一种螺旋打印装置及方法，具体涉及一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置及方法。

背景技术

电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造技术采用电子束作为能量源，在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高，其制件致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、打印效率高、材料利用率等特点，在医疗、航空航天等领域应用广泛。其的工艺过程为：先在铺粉平面上铺展一层粉末；然后，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成型的部分粘接，层层堆积，直至整个工件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。

针对大尺寸工件，单电子枪打印方式中电子束需经过偏转线圈后才能实现，但是电子束经过偏转线圈后并不是完全垂直于工作表面，而是与竖直方向成一定夹角。随着电子束偏转角度的增大，电子束束流品质大幅下降，束斑有一定变形，导致粉床边缘区熔池形状和能量分布发生偏差，从而造成成型工件精度和成型质量差。若采用机械运动移动电子枪或粉缸，则会大大降低成型效率和成型精度。

为了解决上述问题，多电子枪打印方式应用而生，多个电子枪按一定方式进行有序排列，从而每一个电子枪负责一个区域，所有区域组成了整个打印面。各个区域通过有效的衔接，从而在保证工件成型精度和质量的前提下，可有效减小电子束的偏转角度，保证了电子束束流品质和成型区域边缘部位的束斑形状，从而改善电子束扫描熔化成型时熔池形状和能量分布。

目前有多个电子束发生单元以N×M矩形阵列形式排布在一体化箱体内，阵列形式可以是1×2矩形阵列、2×2矩形阵列、2×3矩形阵列或3×3矩形阵列等排列方式。电子枪控制系统根据独立电子束发射单元的数量和阵列排布位置将粉床分为相应的阵列扫描区域，每个独立电子束发射单元对应一块阵列扫描区域，由电子枪控制系统控制相应区域上方的独立电子枪对应的阵列扫描区域进行精确扫描成型。

使用目前的多电子枪打印方式，打印件越大电子枪数量越多，但电子枪无限增多也是不现实的。因此实现大尺寸件打印的方法还需另辟蹊径。

采用多电子枪配合螺旋铺粉进行螺旋打印可以实现用尽量少的电子枪，满足实现大尺寸工件打印的效率。但是现有的螺旋打印方式，分管旋转粉床内圆环和外圆环区域打印的两电子枪分别在旋转粉床180度的两半径上，其扫描范围分别为图1所示的区域2与区域3。1为旋转粉床，箭头所示方向为旋转粉床的旋转方向。这种排布方式使得电子枪数量受限，且旋转粉床旋转一周只能实现单层螺旋打印，打印效率较低。

发明内容

为了解决现有的螺旋打印方式，由于电子枪排布方式导致的打印效率低的问题，本发明提供一种高效的连续不间断的多层螺旋打印装置及方法。可使用尽量少的电子枪而达到数量更多的电子枪水平打印的效果，而满足效率要求。

本发明的技术方案是提供一种高效的连续不间断的多螺旋打印装置，包括旋转粉床、固定在旋转粉床上方的打印组件与铺粉压实组件，其特殊之处在于：

打印组件包括j组打印单元，每组打印单元包括m个电子枪或激光器；每组打印单元中的电子枪或激光器沿同一直线排布；每组打印单元在旋转粉床的同一半径区形成打印扫描区，各组打印单元的打印扫描区在同一圆周内均布；其中j为大于等于1的正整数，m为大于等于2的正整数；