[发明专利]电子束选区熔化成形预热扫描方法

说明书

本发明提供一种电子束选区熔化成形预热扫描方法，包括：一种电子束选区熔化成形预热扫描方法，包括：将需要进行电子束预热的圆形粉末床划分成不同半径的多个初始同心圆；以第一热输入依次对所述多个初始同心圆进行电子束扫描，且所述第一热输入随着所述多个初始同心圆半径的减小而减小。本发明还提供一种用于方形的粉末床电子束选区熔化成形预热扫描方法。上述电子束选区熔化成形预热扫描方法能够使粉末床在预热过程中获得较为均匀温度场，减小了在熔化成形过程中由于较大的温度梯度而导致成形件产生严重的翘曲变形，提高成形精度和质量。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，特别涉及一种电子束选区熔化成形预热扫描方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术又名3D打印技术，它是基于离散-堆积的原理，通过材料逐层叠加的方法来制造实体。其中电子束选区熔化(Electron BeamMelting，EBM)技术作为金属高性能增材制造技术的一种，其类似于激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术。首先是通过专业数据处理软件对零件的三维CAD模型进行切片处理，获得每一层的零件轮廓信息，规划好扫描路径。然后利用高能电子束作为热源，在真空环境中有选择性的对粉末材料进行逐层熔化，从而实现高致密度、高性能零件的快速制造。

电子束选区熔化成形过程中经常会出现粉末溃散现象和成形件的翘曲变形。粉末溃散是指金属粉末在熔化之前由于电子束对粉末的压力和粉末吸引电子形成的库伦斥力使得金属粉末偏离原来位置的现象。成形件的翘曲变形主要时由于较大的温度梯度引起的热应力、凝固收缩力和组织应力所导致的。研究发现在电子束选区熔化成形之前以低于粉末熔化的温度对粉末床进行一定程度的预热，提高粉末床的粘附性使粉末固定在底层以提高粉末抗溃散能力，同时减小温度梯度，使粉末床温度场更加均匀化，避免零件在成形过程中发生翘曲变形。

目前的电子束选区成形预热是以电子束作为热源，对粉末床进行整体扫描预热，单位面积能量输入均匀。就扫描方法而言，目前主要的扫描方法为：(1)换向路径扫描，即前一层沿X或Y轴方向以一定的扫描间距进行扫描预热，后一层则沿Y或X轴方向以一定的扫描间距进行扫描；(2)网格扫描，即同时沿X轴和Y轴方向以一定的扫描间距进行扫描。

以上两种电子束预热扫描方法虽然能够对粉末床的粉末材料进行一定程度的烧结，减小粉末在熔化成形过程中的发生溃散，但由于均匀能量输入对粉末床的整体预热，粉末床各个区域的散热情况不同，导致粉末床中心到周围的温度梯度依然较大，容易使成形件发生翘曲变形，为了解决该问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够使粉末床在预热过程中获得较为均匀温度场的电子束预热扫描方法，采用变能量密度扫描，最终获得均匀的温度场，提高零件的成形质量。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种电子束选区熔化成形预热扫描方法，包括：

将需要进行电子束预热的圆形粉末床划分成不同半径的多个初始同心圆；

以第一热输入依次对所述多个初始同心圆进行电子束扫描，且所述第一热输入随着所述多个初始同心圆半径的减小而减小。

在其中一个实施例中，还包括：

所述多个初始同心圆向所述多个初始同心圆的圆心方向以偏移量p偏移后形成的多个偏移同心圆；

以第二热输入依次对所述多个偏移同心圆进行电子束扫描，且所述第二热输入随着所述多个偏移同心圆的半径的减小而减小，其中，所述第二热输入小于所述第一热输入；

重复上述操作，以低于前一次电子束扫描的热输入重复扫描，直至每个偏移同心圆与相邻的两个初始同心圆中距离圆心较近的一个初始同心圆重合，完成对所述圆形粉末床的全部预热扫描。

在其中一个实施例中，所述多个初始同心圆的半径呈等差比例。