[发明专利]一种电子束快速成形制造方法

说明书

本发明涉及快速成形制造领域，特别涉及一种电子束快速成形制造方法，通过根据粉床成形工艺要求，经过分析计算确定金属粉末平均粒径D₀、束斑直径d₀和束流功率值P_b等参数，科学合理的输出加速电压，有效的控制了电子轰击金属粉末的速度，进而在保证成形要求的情况下避免了粉末溃散的问题；同时由于采用多级聚焦的方式，能够改善和控制低加速电压带来的电子束的聚焦困难的问题，实现电子束束斑更小并且可控；从而进一步可以采用比现有电子束快速成形设备更细小的金属粉末，获得表面质量更好尺寸精度更高的金属零件；本发明根据不同零件特点和技术要求选择束斑直径的大小和粉末材料粒径的大小，能够提高成形效率和降低成形零件的生产成本。

技术领域

本发明涉及快速成形制造领域，特别涉及一种电子束快速成形制造方法。

背景技术

增材制造技术又名3D打印或者快速成形技术。它是一种以三维数字模型文件为基础，运用金属粉末、金属丝材或可粘合性塑料等材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。快速成形制造技术被广泛用在模具制造、工业设计等领域，现正逐渐用于一些产品的直接制造，特别是一些高价值的应用(比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件)。

金属零部件快速成形制造方法主要有激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)、激光同轴送粉直接制造(LENS)、电子束熔丝成形(EBAM)、电子束选区熔化成形(EBM)等方法。其中，电子束选区熔化成形(EBM)和激光选区熔化(SLM)属于粉末床快速成形制造方法。粉末床快速成形方向相比其他快速成形技术具有零件尺寸精度高、表面质量好的优点，是快速成形技术发展的主要方向之一。目前电子束快速成形用的电子枪加速电压通常是60KV，电子束选区熔化成形(EBM)利用电子枪发射电子电子束，同时控制电子束按照预定的轨迹快速扫描粉床，使金属粉末快速熔化快速凝固。通过逐层扫描照射粉床上的金属粉末，可以制造出三维实体金属零件。

电子束选区熔化成形制造方法的原理是通过高压电场加速的电子，使电子就有很高的能量轰击金属粉末层，电子的动能和金属粉末相互作用后转化为热能使金属熔化。

但是加速电压对电子加速后会带来不利的影响。已据文献报道，电子轰击金属粉末时会出现严重的粉末溃散或粉末飞散的现象(加速电压60KV)。其原因是电子具有质量，在高压电场的加速作用下每个电子都携带了很高的动能，电子撞击金属粉末后将动能传递给了金属粉末，金属粉末也具备了相当大的动能，当金属粉末所受的摩擦阻力不足以阻碍其运动趋势时将会发生金属粉末溃散，甚至飞散。这种金属粉末的飞散，会导致无法成形、烧穿基板甚至破坏电子枪等设备。为此，需要采用预热和大粒度的金属粉末制造零件，用以克服粉末飞散的不利现象，这会导致成形零件尺寸精度降低。

因此，迫切需要找到一种既能防止金属粉末飞散，又能克服聚焦难保证加工精度的快速成形制造方法。

发明内容

基于上述情况，有必要提供一种电子束快速成形制造方法。

一种电子束快速成形制造方法，包括如下步骤：

根据粉床成形工艺要求确定金属粉末平均粒径D₀、束斑直径d₀和束流功率值P_b；

根据所述金属粉末平均粒径D₀确定加速电压U；

根据束流功率值P_b和加速电压U以及工艺要求确定束流值I_b；

启动快速成形设备，并按照确定的加速电压U和束流值I_b发射电子束；

控制多级聚焦线圈，将电子束多次聚焦，使照射在粉床上的束斑直径达到d₀的要求；

通过设备控制快速成形设备的其他部分完成快速成形零件的制造。