电子束金属喷射增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电子束金属喷射增材制造装置，其包括：容置金属丝材的容器，其由高熔点材料制成；发射电子束的电子枪；和所述电子枪电连接的偏转控制系统，其控制所述电子枪发射的电子束偏转加热所述容器使金属丝材熔化成液态，或加热喷射区域，使所述喷射区域达到微熔状态；及连通所述容器、且朝向工作台的喷嘴，其将液态的金属喷射至所述喷射区域；所述容器、所述喷嘴及所述工作台均设置于真空室内。所述电子束金属喷射增材制造装置降低了金属增材制造对材料的要求，可获得高材料利用率及成型效率，成型质量可靠，获得的零件的性能也可与原材料接近。本发明专利技术另外提供一种电子束金属喷射增材制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属增材制造
，尤其涉及一种电子束金属喷射增材制造装置及方法。
技术介绍
增材制造技术又名3D打印或者快速成型，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料或者熔丝，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，特别是一些高价值应用，比如髋关节、牙齿或一些飞机零部件。随着该技术日益成熟，目前已经越来越广泛地用于零部件的直接制造。在金属部件制造方面，主要有激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)、激光同轴送粉直接制造、电子束熔丝成型(EBAM)、电子束熔化成型(EBM)等方法。目前，这几种方法都存在着不同程度的局限性，其中采用激光为热源的增材制造方法和电子束熔化成型均采用粉末为成型原材料，粉末制造难度大，且容易污染、不易保存、使用成本高、效率也较为低下；而电子熔丝成型采用金属丝材作为成型原材料，一般采用熔滴过渡或直接将金属丝材送入熔池，其中熔滴过渡由于液态金属的飞溅造成成型精度和零件表面质量较差，尽管成形速度快，但成型精度较低，难以成型制造精度较高的零件，仅能用于零件毛坯的制造。因此，为了推进增材制造技术的快速应用，有必要在兼顾成型精度的前提下，降低原材料成本，提高成型速度。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种电子束金属喷射增材制造装置及方法，以有效解决现有技术存在的问题。一种电子束金属喷射增材制造装置，其包括：容置金属丝材的容器，其由高熔点材料制成；发射电子束的电子枪；和所述电子枪电连接的偏转控制系统，其控制所述电子枪发射的电子束偏转加热所述容器使金属丝材熔化成液态，或加热喷射区域，使所述喷射区域达到微熔状态；及连通所述容器、且朝向工作台的喷嘴，其将液态的金属喷射至所述喷射区域；所述容器、所述喷嘴及所述工作台均设置于真空室内。本专利技术一较佳实施方式中，所述电子枪具有控制电子束偏转的电磁偏转系统，所述电磁偏转系统和所述偏转控制系统电连接。本专利技术一较佳实施方式中，还包括为所述电子枪提供高电压的高压电源，所述高压电源电连接于所述电子枪。本专利技术一较佳实施方式中，还包括控制所述电子枪和所述高压电源的参数控制系统，所述参数控制系统电连接于所述电子枪和所述高压电源。本专利技术一较佳实施方式中，所述参数控制系统控制所述电子枪发射的电子束的高压、束流、聚焦电流。本专利技术一较佳实施方式中，还包括承载所述金属丝材的丝盘及输送所述金属丝材至所述容器的送丝机构。本专利技术一较佳实施方式中，还包括控制所述送丝机构和所述工作台的运动控制系统，所述运动控制系统电连接于所述送丝机构和所述工作台。本专利技术一较佳实施方式中，还包括用于人机交互的人机界面，所述人机界面电连接于所述偏转控制系统、所述参数控制系统及所述运动控制系统。一种电子束金属喷射增材制造方法，其包括如下步骤：S101、利用偏转控制系统控制电子枪发射电子束偏转加热设置于真空室内的容器，使输送至所述容器内的金属丝材熔化成液态，并加热喷射区域，使所述喷射区域达到微熔状态；S103、利用运动控制系统控制设置于真空室内的工作台按照待加工零件的分层切片路径规划进行运动；S105、控制设置于真空室内、连通所述容器、且朝向所述工作台的喷嘴将液态的金属喷射至所述喷射区域。本专利技术一较佳实施方式中，所述运动控制系统依据待加工零件的分层切片厚度确定输送所述金属丝材至所述容器内的速度。本专利技术一较佳实施方式中，所述偏转控制系统依据所述金属丝材的输送速度及待加工零件的成型速度确定所述电子枪发射的电子束的参数。相对于现有技术，本专利技术提供的电子束金属喷射增材制造装置降低了金属增材制造对材料的要求，精度不再和材料的物理尺度直接相关，成型精度主要取决于喷嘴的尺寸和形状，材料利用率可达到100％；而且，由于电子束功率可以很大(如可达到几十千瓦)，从而能够实现零件的高效率成型。同时，由于液态金属的过热现象不太严重，各种易挥发元素烧损极少，最终获得的零件的性能可与原材料接近。此外，在真空环境中成型，无需任何保护气体，成型质量可靠。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的电子束金属喷射增材制造装置的组成示意图；图2为本专利技术第二实施例提供的电子束金属喷射增材制造方法的流程图；图3为采用图2所示电子束金属喷射增材制造方法的加工过程示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。以上仅为本专利技术的优选实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本专利技术第一实施例提供一种电子束金属喷射增材制造装置100，其包括容置金属丝材的容器10，其由高熔点材料制成；发射电子束的电子枪20；和所述电子枪20电连接的偏转控制系统30，其控制所述电子枪20发射的电子束偏转加热所述容器10使金属丝材熔化成液态，或加热喷射区域，使所述喷射区域达到微熔状态；及连通所述容器10、且朝向工作台40的喷嘴50，其将液态的金属喷射至所述喷射区域；所述容器10、所述喷嘴50及所述工作台40均设置于真空室60内。所述电子束金属喷射增材制造装置100利用电子枪20发射的电子束加热容器10，使容器10中的金属丝材熔化成液体，当液态金属充满容器10时，容器10上部送入的金属丝材起到活塞的作用，使液态金属受压由喷嘴50喷出，喷嘴50或工作台40按照待加工零件的分层切片路径规划路径行走，最终获得所要成型的零件，由此可降低金属增材制造对材料的要求，精度不再和材料的物理尺度直接相关，成型精度主要取决于喷嘴50的尺寸和形状，材料利用率可达到100％；而且，由于电子束功率可以很大(如可达到几十千瓦)，从而能够实现零件的高效率成型。同时，由于液态金属的过热现象不太严重，各种易挥发元素烧损极少，最终获得的零件的性能可与原材料接近。此外，所述容器10、所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，包括：容置金属丝材的容器，其由高熔点材料制成；发射电子束的电子枪；和所述电子枪电连接的偏转控制系统，其控制所述电子枪发射的电子束偏转加热所述容器使金属丝材熔化成液态，或加热喷射区域，使所述喷射区域达到微熔状态；及连通所述容器、且朝向工作台的喷嘴，其将液态的金属喷射至所述喷射区域；所述容器、所述喷嘴及所述工作台均设置于真空室内。

【技术特征摘要】
1.一种电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，包括：
容置金属丝材的容器，其由高熔点材料制成；
发射电子束的电子枪；
和所述电子枪电连接的偏转控制系统，其控制所述电子枪发射的电子束偏
转加热所述容器使金属丝材熔化成液态，或加热喷射区域，使所述喷射区域达
到微熔状态；及
连通所述容器、且朝向工作台的喷嘴，其将液态的金属喷射至所述喷射区
域；
所述容器、所述喷嘴及所述工作台均设置于真空室内。
2.如权利要求1所述的电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，所述
电子枪具有控制电子束偏转的电磁偏转系统，所述电磁偏转系统和所述偏转控
制系统电连接。
3.如权利要求1所述的电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，还包
括为所述电子枪提供高电压的高压电源，所述高压电源电连接于所述电子枪。
4.如权利要求3所述的电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，还包
括控制所述电子枪和所述高压电源的参数控制系统，所述参数控制系统电连接
于所述电子枪和所述高压电源。
5.如权利要求4所述的电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，所述
参数控制系统控制所述电子枪发射的电子束的高压、束流、聚焦电流。
6.如权利要求4所述的电子束金属喷射增材制造装置，其特征在于，还包
括承载所述金属丝材的丝盘及输送所述金属丝材至所述容器的送丝机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭光耀，
申请(专利权)人：西安智熔金属打印系统有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61