[发明专利]一种电子束同步送粉快速成形方法

说明书

技术领域

本发明是一种电子束同步送粉快速成形方法，属于金属零件的快速成形制造及修复技术领域。

背景技术

本发明涉及一种同步送粉电子束快速成形工艺及装置，适用于金属零件的快速成形直接制造及修复；高梯度或多阶梯度金属材料的制备、金属基复合材料的制备等。

金属零件的电子束快速成形直接制造技术是近些年来发展起来的新型金属实体增材加工技术。目前，从技术形式上，可分为基于熔化送进丝材的电子束熔丝沉积技术和基于熔化预铺粉末的电子束选区熔化技术。其共同原理是通过对零件三维数字模型的分层切片处理，获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，以高能量密度的电子束作为热源，按照预定的加工路径，在真空室内熔化填充材料（金属丝材或预铺的粉末），逐层堆积，最终实现致密金属零件的近净成形直接制造。

电子束熔丝沉积快速制造技术是电子束填丝加工技术和快速成形思想相结合的产物。电子束熔丝沉积技术在国际上又称为电子束自由成形制造技术Electron beam freeform fabrication（EBF³）或电子束实体自由成形技术Electron beam solid freeform fabrication（EBSFFF）。美国麻省理工学院的V.R.Dave等人在1995便开始了探索性研究，2002年，美国航空航天局（NASA）Langley Research Center的K.M.Taminger 及R.A.Hafley等人提出了EBF³技术。电子束加工设备供应商Sciaky公司也在与NASA合作的同时开展工艺及装备的研究。国际上还有许多机构具备电子束填丝焊接或表面堆积的装备或能力，但并不能具有电子束快速成形的能力。

电子束选区熔化快速制造技术Electron Beam Melting（EBM）是指电子束在偏转线圈驱动下按预先规划的路径逐行扫描，熔化铺放的金属粉末，层层堆积，制造出需要的金属零件。整个加工过程均处于10-2Pa以上的真空环境中，能有效避免空气中有害杂质的影响，零件致密，力学性能可以达到锻件水平。2003年，瑞典的Arcam AB公司在世界上首先推出了商业化的成形设备。国内如清华大学与桂林电工所合作研制了类似设备。

现有技术的不足：

现有技术均有其独特的优点，从而具有一定的适用范围，同时也有一定的局限性。

1.基于填丝的电子束熔丝沉积快速成形技术送进的是丝材，金属丝材成分控制较为严格，因而堆积体混入杂质的可能会更小，堆积速度快，适于加工大型零件。但金属丝材送进过程中会发生与零件的干涉现象，如粘丝或丝端顶到熔池壁上等，丝端时常偏离熔池中心，严重时会偏到熔池外，造成严重故障。熔丝沉积对送丝的角度、位置均有很严格的要求，否则，堆积体形态就会发生显著变化，对工艺稳定造成不利影响。以上原因致使熔丝快速成形方法的工艺裕度相对较小、控制困难，故障较多。

由于丝材成分受到拔丝工艺的制约，可调整范围小，在制备梯度材料，或调控堆积体成分时，电子束熔丝沉积快速成形技术不具优势。

受到丝材本身形状和加工工艺的制约，电子束熔丝沉积快速成形技术难以加工形状高度复杂的结构。

2.基于铺粉的电子束选区熔化技术几乎不受零件形状的制约，可以加工任意复杂的零件，但受铺粉装置和电子束偏转角度的限制，难以加工大型零件；与填丝或送粉相比，材料熔积速度很低，加工梯度材料受限制。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种电子束同步送粉快速成形方法，其目的是通过电子束熔化同步送进的金属粉末，实现零件制造。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种电子束同步送粉快速成形方法，其特征在于：该方法首先对拟加工零件的CAD模型(16)进行分层切片(18)处理，生成加工路径(19)，并转化成数控程序，导入电子束成形设备中，电子束流(9)熔化同步送进的金属粉末(12)，按照预先规划的加工路径(19)堆积，完成一个层面加工，之后，工作台(4)移动一层的高度，进行下一层面的加工，如此层层堆积，直到完成整个零件的加工；

上述金属粉末(12)的粒度应小于300μm。

本发明技术方案的优点是：

1.相比其他快速成形方法中采用的惰性气体保护环境，电子束成形采用的高真空环境对高温状态的金属具有更好的保护效果，能有效避免空气中杂质混入零件；