[发明专利]一种基于电子束的金属3D打印设备及方法

说明书

本发明专利公开了一种基于电子束的金属3D打印设备及方法，其主要的特征在于：在电子束选区熔化增材制造设备上外加红外热成像检测装置，在加工工作台上附加水冷装置，外加XY移动平台，粉料控制机构；铺粉机构选用耙子结构及滚筒结构；利用电子束选区熔化技术对粉末材料进行加工，完成最上面一层的熔化，粉末首先通过储粉仓，经过所述控粉机构落入工作区域，再次进行铺粉，熔化一层后工作台下降一定距离，铺粉机构再次铺粉，如此循环往复，完成加工，利用所述水冷装置进行水冷，温度变化由所述红外热成像检测装置进行监控。本发明专利控制了粉末用量，可减少浪费，采用双重铺粉机构，加入了水冷系统和红外热成像检测装置，可提高打印工件的质量。

技术领域

本发明涉及金属3D实物成型领域。

背景技术

增材制造技术是近年来飞速发展的新型制造技术，它按“分层制造，逐层累加”的方式制作三维样品，采用增材制造技术制备的得到的样品具有成型精度高、设计空间多元化、生产效率高的特点，且样品尺寸从纳米级到米级不等，在新能源、新材料、高端医疗器械、航空航天领域、轨道交通领域等一系列战略领域均表现出未来不可估量的发展前景。

其中，金属材料增材制造技术常见的几种方法有电子束选区熔化技术、激光选区融化技术、激光金属烧结技术、电子束熔丝沉积技术和电弧增材制造技术等。

电子束增材制造技术具有能量密度高、能量利用率高、成型精度高、成型质量好等特点。同时，在真空环境下，针对某些特殊构件及气敏性高的金属材料加工具备独特的优势。

虽然电子束选区熔化增材制造技术有上述优点，但是目前电子束选区熔化增材制造设备还有许多不足，如无法进行时时的温度监测、铺粉质量不高、储粉仓对送粉的控制不够精确、未设置水冷系统等，从而导致在电子束选区熔化增材制造过程中粉末造成浪费、铺粉效果不好，容易造成吹粉、成型质量不佳等。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是：提供一种节约、精确的、高质量的电子束选区熔化技术装备及技术，提高整个加工过程的精确性，易于实现规模化生产的电子束选区熔化增材制造设备。

为实现上述目的，本发明采用的如下技术方案：

一种基于电子束的金属3D打印设备及方法：

第一步，先将打印的粉末材料放入储粉仓中，在真空状态下，由伺服电机对其进行用料的控制，将所需粉末的量释放到工作台中；

第二步，利用铺粉机构将释放到工作台的粉末往工作台上推进，将其铺满工作台，并在铺粉机构返回时使用滚筒刷进行一定压力的碾压，得到紧密的，高质量的粉层，减小吹粉的形成；

第三步，电子枪经过前期三维模型切片技术导入计算机之后由系统控制在工作台上进行选区熔化，使本层的粉末进行熔化成型；

第四步，工作台由伺服电机控制下降一定高度，下降的高度即为粉层厚度；

第五步，铺粉机构将剩下的粉末再次往工作台推进，将下降部分的空位填满粉末，再次使用滚筒刷进行碾压，并将剩余的粉末推回粉末放置区，然后再次使用电子枪进行选区熔化增材制造操作；

第六步，重复第四和第五步动作，直至最终完成整个打印过程；

也就是在每一次电子束进行选区熔化之后，工作台的伺服电机都会带动平台整体往下移动一定的距离，之后再次将空余部分用粉末进行填满、碾压、铺平、得到致密的粉层，并用电子束再次进行选区熔化；

为了完成以上技术方案，本发明专利采用如下技术方案：

包括在整个加工的的工作台上固定所述红外热成像检测装置，并将其连接到计算机上，所述红外热成像检测装置安装在工作台最上方的左侧中间部位，但不能将探头往下放得太深入，以免影响到所述铺粉机构的正常运行；

包括在所述铺粉机构上使用传感器控制伺服电机，当粉末量达到一定时伺服电机启动并将储粉仓关闭，伺服电机使用丝杠对储粉仓的出入口进行控制，为防止粉末影响伺服电机上丝杠的精度，并在丝杠上装上防尘罩；