[发明专利]一种电子束选区熔化成形设备的冷却装置

说明书

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其是涉及一种电子束选区熔化成形设备的冷却装置。

背景技术

以粉末为原料，通过选区沉积、选区烧结或选区熔化工艺进行零件的增材制造技术是目前快速制造领域研究的热点，其中典型技术包含：选区激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)、电子束熔化(Electron Beam melting，EBM)、三维打印成形(Three Dimensional Printing，3DP)等。上述技术的工艺流程均类似，具体工艺过程如下：首先在加工平面上铺好一层原料粉末，然后加工源根据零件截面形状对粉末进行选区作业，成形出零件的截面轮廓，如SLS和SLM技术采用激光对粉末进行烧结与熔化，黏附成形；EBM技术采用电子束对粉末原料进行完全熔化，实现增材制造；3DP技术采用精密喷头，将粘结剂按既定轮廓形状喷射到粉末层，使部分粉末粘接成形；待一层粉末成形完毕后，送铺粉装置在成形工作面再铺上一层粉末，加工源对该层粉末再次进行选区作业，并完成新生成层片与原有部分之间的连接，如此循环逐层堆积制造，最后再经后处理(SLS与3DP技术所得零件一般要经过后续热处理或渗金属)得到任意形状的实体零件。

增材制造技术是一种多学科交叉的系统工程技术，在以粉末作为成形原料的增材制造技术中，尤其是以电子束选区沉积、烧结、熔化工艺的增材制造过程中，必然包括升温、逐层烧结熔化和冷却降温过程，上述过程所耗时间共同构成了单次电子束选区沉积、烧结、熔化工艺的增材制造过程的总时间，而通常升温、逐层烧结的时间受限于工艺要求，难以压缩；而冷却降温过程由于成形室内部的真空环境，降温速率较慢，若成形零件较低冷却降温所耗时间甚至会大于升温、逐层烧结的时间之和，严重影响了设备的加工效率。

为了防止高温金属粉末氧化，目前电子束选区沉积、烧结、熔化工艺的增材制造设备通用的冷却降温方式是在设备成形结束后向真空成形室内充入大量惰性气体，借助惰性气体的导热作用实现成形零件粉末的降温，但由于成形零件粉堆位于成形仓内部，仅粉堆上表面与惰性气体直接接触，降温效率依然很慢。以瑞典著名3D打印设备制造商Arcam AB公司生产的Arcam A2设备为例，Arcam A2设备为电子束选区熔化成形设备，成形零件高度为50mm，零件成形后成形零件粉堆的温度约为500℃～600℃，借助惰性气体的作用，该粉堆温度降至100℃以下需要耗费约8小时，而随着零件高度的增加，即成形零件粉堆高度的增加，降温冷却时间会成倍增加，严重影响设备的加工效率。因而，对于增材制造技术，尤其是电子束选区熔化的增材制造设备，迫切需要一种可靠性高、设计简单且降温效果明显的冷却装置，以提高设备的加工效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电子束选区熔化成形设备的冷却装置，其结构简单、设计合理且工作性能可靠、降温速率快、使用效果好，能有效解决成形零件粉堆冷却降温速率慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电子束选区熔化成形设备的冷却装置，其特征在于：包括对电子束选区熔化成形室内进行冷却的循环空气冷却装置和对所述循环空气冷却装置进行控制的控制装置，所述电子束选区熔化成形室包括成形室底壁、安装在成形室底壁上的成形仓、安装在成形仓内且能在成形仓内进行上下移动的成形底板和带动成形底板上下移动的升降机构，所述成形仓呈竖直向布设，所述成形底板呈水平布设且其安装在所述升降机构上；所述成形底板为矩形，所述成形仓为四棱柱状且其由四块分别位于成形底板四周侧的侧板拼接而成；