[发明专利]一种EBF增材制造方法及系统

说明书

本发明公开了一种EBF增材制造方法及系统。所述方法包括：在太空环境中进行EBF增材制造，将金属丝材进行预热，将预热后的金属丝材送入熔池内,通过电子束将金属丝材在熔池内熔化，形成接触过渡；采集熔池温度，根据熔池温度调节熔池的冷却速率，使得熔池温度与熔池的冷却速率成正相关。本发明考虑到太空环境中的真空及高低温交变影响，根据实际的熔池温度调控成形过程熔融材料的冷却速率大小，消除高温下材料热积累严重以及低温下材料冷却速率过快的影响。同时，本发明采用在电子束将金属丝材在熔池内熔化之前将金属丝材进行预热，克服太空环境下电子束功率不足的困难，从而改善金属成形工艺，保证金属成形能够顺利进行。

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EBF增材制造方法及系统。

背景技术

随着社会的发展和科技技术的革新，现代科学技术对增材制造技术提出了新的挑战。航空航天产业是国家制造业实力的体现，太空环境下增材制造技术的应用是我国航空航天技术赶超世界先进国家的历史性机遇。天基增材制造技术有利于打破火箭发射整流罩包络限制，推动规模化，与此同时，可以消除火箭发射过程中力学环境的约束，让设计者更加关注本身功能需求，强调“所需即所得”的太空直接成形制造理念，按需制造，提高灵活性，节约成本，让轻量化设计更易实现。正因如此，天基增材制造技术具有颠覆性的技术优势，是解决航天器规模化发展的最有力途径。

当前天基增材制造面临的困难很大，主要体现在空间环境零部件装配的目标识别、捕获、移动控制、精密定位组装技术难度大；天基增材制造材料原位回收再利用工艺方法、性能演变规律不明确；天基增材制造的地面空间环境模拟验证手段缺失，可实施性差。考虑到空间环境下零重力、高真空、大温差、强辐射，地面模拟实验的开展遇到诸多阻碍。国内外在面向天基增材制造领域的相关研究还不够深入，在面向大型构件的舱外空间环境增材制造更是空白。由此针对航天器不断增长的大型化、高功耗发展需求，亟需开发出适应于空间环境下的EBF增材制造方法及装备。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种EBF增材制造方法及系统，其目的在于将金属丝材进行预热，根据熔池温度调节熔池的冷却速率，由此解决太空环境下电子束加热功率不足的问题，以及真空及高低温交变影响的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种EBF增材制造方法，所述方法包括：在太空环境中进行EBF增材制造，将金属丝材进行预热，将预热后的金属丝材送入熔池内,通过电子束将金属丝材在熔池内熔化，形成接触过渡；采集熔池温度，根据熔池温度调节熔池的冷却速率，使得熔池温度与熔池的冷却速率成正相关。

优选地，所述根据熔池温度调节熔池的冷却速率包括：判断所述熔池温度是否低于预设低温阈值，若是，对熔池进行加热以降低熔池的冷却速率；判断所述熔池温度是否高于预设高温阈值，若是，对熔池进行冷却以提高熔池的冷却速率。

优选地，所述将金属丝材进行预热为将金属丝材预热至靠近并低于其熔点。

按照本发明的另一个方面，提供了一种实施EBF增材制造的系统，所述系统包括：电子束枪、金属送丝机构、预热模块、熔池温度采集模块和熔池温度调节模块；所述预热模块设置在金属送丝机构内部，所述熔池温度采集模块用于采集熔池温度，所述熔池温度调节模块用于根据熔池温度调节熔池的冷却速率，使得熔池温度与熔池的冷却速率成正相关。

优选地，所述预热模块为绕金属送丝机构中金属丝材外部设置的加热弹簧，该加热弹簧通过导线与电源连接。

优选地，所述加热弹簧的熔点高于所述金属丝材的熔点，所述加热弹簧的直径大于所述金属丝材的直径。

优选地，所述熔池温度调节模块为设置在工作台上的金属板，紧贴金属板板壁设置蛇形管道，向所述蛇形管道中通入加热液体或冷却液。

优选地，所述熔池温度采集模块为红外温度传感器。