[发明专利]一种提高电子束熔丝成形零件表面质量的方法

说明书

本发明公开了一种提高电子束熔丝成形零件表面质量的方法，包括以下步骤：(1)对零件的三维模型进行分层处理，规划各层的堆积轨迹；(2)将基板固定在工作台上；(3)工作台按规划的堆积轨迹运行，在基板上进行熔丝堆积；其特点在于：每结束一道熔丝堆积，就在该道堆积体的收束流端进行单点熔丝补偿。与现有技术相比，本发明方法有效避免了堆积体收束流端的低陷，在确保零件尺寸不缺失的情况下，可以降低结构增材成形所需的长度或高度方面的余量，从而提高成形结构的材料利用率，具有操作简单、成本低的优点。

技术领域

本发明属于电子束增材制造领域，具体涉及一种提高电子束熔丝成形零件表面质量的方法。

背景技术

如图1所示，电子束熔丝成形技术(EBAM)基本原理是利用高能量密度的电子束为热源轰击金属表面，在基板或前一道堆积体上形成熔池，金属丝材从旁轴送进，受热熔化进入熔池，随着基板按规划的轨迹移动(工作台可在X、Y、Z轴的方向上运行)，熔池的位置也随之发生改变，使熔化的金属能在规划的轨迹上逐渐凝固形成一道新的堆积体，逐层熔丝堆积，完成金属零件的制造。

电子束熔丝过程会产生大量的金属蒸汽，金属蒸汽会反作用于电子束，导致收束流端(末端)的高度明显低于其他部位，起束流端(始端)略高于其他部位，且随着堆积层数的增加而变得越大，如图2、图3所示。

对于单道堆积轨迹成形的薄壁结构零件，为克服收束流端低陷的问题，一般采用相邻层堆积轨迹相反的方式，如图4所示，利用后一层的起束流端和收束流端与前一层的收束流端和起束流端起到互补，以抵消一部分高度差。但这种方式无法完全消除成形表面不平整的趋势，成形结果多为轨迹两端低陷，中间较高，为确保零件不缺肉，需要增加成形长度或者成形高度的余量(如图5所示)，材料耗费较多。

对于分层截面较大需要多道成形的，通常采用截面边界轮廓+内部填充的方式，同一层的各道轨迹路径方向相同，但相邻层的轨迹方向相反或呈一定的夹角，如图6所示。由于边界轮廓的存在，可以保证整体外形规整，内部填充轨迹方向的改变能够从一定程度上补偿收束流端的低陷，但最后一层每一道轨迹终点处依旧会形成凹坑，需要增加成形高度的余量以确保零件尺寸不缺失。

专利文献CN110814467A公开了一种消除电弧增材制造构件边缘塌陷的路径修正方法，该方法将正常填充路径和边缘补偿焊道修正路径组合为一个制造周期以消除层边缘和主体之间的高度差，但其边缘补偿焊道修正路径计算较为复杂。且该专利中的边缘塌陷是由于同一层相邻焊缝为了满足一定的搭接率，导致最外侧的焊缝产生材料短缺，导致该焊缝的高度下降，层层累积后形成边缘塌陷，与电子束熔丝成形过程中收束流端低陷的形成原因不同，解决不了电子束熔丝成形技术中收束流端低陷的问题。

发明内容

为了克服现有电子束熔丝成形过程中收束流端低陷的不足，本发明提供一种提高电子束熔丝成形零件表面质量的方法，从而可以在确保零件尺寸不缺失的情况下减少材料耗费。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高电子束熔丝成形零件表面质量的方法，包括以下步骤：

(1)对零件的三维模型进行分层处理，规划各层的堆积轨迹；

(2)将基板固定在工作台上；

(3)工作台按规划的堆积轨迹运行，在基板上进行熔丝堆积；

其特点在于：每结束一道熔丝堆积，就在该道堆积体的收束流端进行单点熔丝补偿。

优选地，单点熔丝补偿的操作过程包括：

(a)待堆积体凝固后，工作台按该道堆积体的堆积轨迹反向运行，使该道堆积体的收束流端重新作为熔池区即可；

(b)开启电子束，送丝，待收束流端的熔丝量达到补偿要求后，停止送丝，关闭电子束。

更优选地，步骤(a)的凝固时间为3～5秒。