[发明专利]多束流电子束成型方法

说明书

本发明涉及一种多束流电子束成型方法，采用具有多束流电子束的3D打印机，其步骤为：首先，模型修正，通过通用软件根据零件模型特点进行模型修正，计算加工余量，修改局部特征，使得模型适合进行多束流电子束成型；切片，通过通用软件对零件模型进行切片分成，生成多束流电子束成型可以执行的程序，最后生成切片文件；设定工艺参数，根据成型零件大小，设定送丝速度、电子束功率、基板移动速度；逐层打印，最终得到所需的零件外形；后处理，将基板与零件进行切割。本发明采用双电子束作为能量源，同轴输送加热金属丝材，打印效率高、精度高，实现金属结构件的增材制造。

技术领域

本发明涉及一种金属3D打印方法，尤其是一种电子束成型方法。

背景技术

增材制造俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

目前可用于直接制造金属功能零件的主要金属3D打印工艺有：包括选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术、直接金属粉末激光烧结(Direct Metal LaserSintering，DMLS)、选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)技术和电子束选择性熔化(Electron BeamSelective Melting，EBSM)技术等。

选择性激光烧结(SLS)，选择性激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。

激光熔化沉积(Laser Metal Deposition，LMD)于上世纪90年代由美国Sandia国家实验室首次提出，随后在全世界很多地方相继发展起来，由于许多大学和机构是分别独立进行研究的，因此这一技术的名称繁多，虽然名字不尽相同，但是他们的原理基本相同，成型过程中，通过喷嘴将粉末聚集到工作平面上，同时激光束也聚集到该点，将粉光作用点重合，通过工作台或喷嘴移动，获得堆积的熔覆实体。LENS技术使用的是千瓦级的激光器，由于采用的激光聚焦光斑较大，一般在1mm以上，虽然可以得到冶金结合的致密金属实体，但是由于激光的效率低，金属吸收率不高，导致输入功率过大，凝固组织粗大，成型后零件结构性能下降，并且效率较低，成本较高。

直接能量沉积(DED)技术中还有电子束旁轴送丝技术，采用电子束作为能量源，旁轴送丝进行熔覆，电子束的能量利用率虽然比激光要高，但是由于旁轴送丝，一样需要较高能量才能熔化金属丝，导致金属丝直径不能过大，并且电子束枪功率大，熔覆过程中热量输入大，凝固后组织粗大，影响零件成型后的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种全新的多束流电子束成型方法，利用多个电子束同轴加热丝材熔化成型，以解决现有直接能量沉积3D打印中存在的输入功率过高、精度低、质量不稳定等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多束流电子束成型方法，采用具有多束流电子束的3D打印机，其步骤为：

步骤一：模型修正，通过通用软件根据零件模型特点进行模型修正，计算加工余量，修改局部特征，使得模型适合进行多束流电子束成型，用于降低加工余量，提高成型精度，减少变形产生；

步骤二：切片，通过通用软件对零件模型进行切片分成，生成多束流电子束成型可以执行的程序，切片厚度根据丝材直径进行计算，范围在0.5-2mm，最后生成切片文件；