本發(fā)明涉及電子束增材，尤其涉及一種電子束熔絲增材制造方法。

背景技術：

電子束增材制造的方法目前有兩種：電子束熔融粉末技術(EBM)及電子束熔絲成型技術(EBF³)。電子束熔融粉末技術采用金屬粉末作為原材料，存在所需金屬粉末制造難度大，使用成本高，成型效率低且金屬粉末不易保存的缺點。電子束熔絲成型在實現高效沉積成型的同時保證打印件質量能達到鍛造水平，該技術具有熱源熔化絲材過程無反射、成形速度快、材料利用率高、能量轉化效率高的特點，可用于大型金屬毛坯的快速成型及金屬零件的修復。

現有的電子束熔絲成型過程為：首先利用三維軟件對預打印件建模，再對模型分層切片、打印路徑規(guī)劃后導入增材裝置中，送絲機輸出金屬絲材將其送入基板或者上一層表面熔化的熔池內，以電子束作為熱源持續(xù)熔化金屬絲材最終完成堆積打印成型過程。目前實現這一成型過程的電子束熔絲裝置有兩種類型：(1)電子槍固定且一般安裝在真空室外，通過承載成型件的工作平臺旋轉或位移改變打印件位置，從而實現復雜零件的加工過程；(2)工作平臺固定，電子槍安裝在真空室內且通過改變電子槍的位移改變打印位置。

無論選用哪種裝置類型，電子束熔絲成型過程中熱源與絲材非同軸同步變化的，而是存在兩者一定的位向差異和速度差異。如何有效控制這種方向差異和速度差異，成為了控制沉積件質量的關鍵。

位向差異和速度差異轉換到參數控制中，體現為以下工藝參數：送絲高度、熱源與絲束間距、送絲角度(絲材與基板的角度)、送絲方向、工作平臺運動速度、送絲速度。傳統(tǒng)的電子束熔絲增材在制造過程中重點在于絲束間距、送絲速度、送絲角度以及與熱源(電子束)相關的參數控制，而忽略了絲材送進方向的控制。而試驗表明，絲材的送進方向的合適與否，嚴重影響沉積件的表面質量及工藝穩(wěn)定性。具體原因為：在當其他參數條件一定的情況下，絲材從熔池前方送進時受熱源熱傳導及熔池最強溫區(qū)的熱輻射作用強，而絲材從兩側或后端送進時，雖然熱源對絲材產生的熱傳導作用較絲材從前方送進時相同，但是由于遠離熔池前端的高溫區(qū)，由熔池產生的熱輻射作用弱，造成絲材的熔化能量不足。表現出的效果為：絲材很難以微滴或橋液狀穩(wěn)定過渡到熔池，而是由于絲材熔化不充分導致與熔池粘連，從而造成熔融沉積過程中斷或由于絲材熔化不均勻導致成型面粗糙、光潔度差，影響下一層的沉積質量。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電子束熔絲增材制造方法，旨在用于解決現有的電子束熔絲增材質量較差的問題。

本發(fā)明是這樣實現的：

本發(fā)明實施例提供一種電子束熔絲增材制造方法，采用電子槍與至少兩臺送絲機配合在真空室的基板上打印成型打印件，包括以下操作步驟：

S1.利用分層處理軟件規(guī)劃打印件的層厚尺寸以及沉積層的寬度尺寸，將所述打印件沿厚度方向分隔為多層沉積層且將每一所述沉積層分隔為多條沉積路徑；

S2.將各所述送絲機按照各所述沉積路徑分布，以使每一所述沉積路徑的前方均設置有其中一所述送絲機的出絲嘴，調節(jié)各送絲機的出絲嘴角度以控制絲材與所述基板之間的角度；

S3.啟動與首層所述沉積層的首道沉積路徑對應的送絲機，同時開啟所述電子槍并產生電子束；

S4.控制所述電子槍與所述基板相對移動，且相對移動的移動路徑為首層所述沉積層的首道所述沉積路徑，所述送絲機的絲材進入或者靠近所述基板上的熔池；

S5.所述電子束持續(xù)熔融以額定速度送進的所述絲材，所述絲材形成微滴或橋液形式進入熔池，且逐漸冷凝成型，進而形成首層首道所述沉積路徑；

S6.繼續(xù)打印首層另外各所述沉積路徑，且選擇該沉積路徑對應的送絲機工作，重復S4-S5直至首層所述沉積層沉積完成；

S7.重復S4-S6依次完成另外各所述沉積層，直至所述打印件打印完成。

進一步地，所述電子槍與各所述送絲機均位于所述真空室外側。

進一步地，所述送絲機為兩臺，將各所述沉積層均分為兩個部分，兩個部分分別對應兩臺所述送絲機，且每一所述送絲機的出絲嘴均位于對應部分的各所述沉積路徑的前方。

進一步地，每一所述送絲機的出絲嘴均可在水平面內旋轉0°-180°，且兩臺所述送絲機的出絲嘴之間的角度調節(jié)范圍為0°-360°。

進一步地，于所述真空室內還設置有可沿(x方向)、垂直方向(y方向)、高度方向(z方向)移動的動平臺，所述基板位于所述動平臺上，且所述送絲機的出絲嘴以及所述電子槍產生的電子束均位于所述基板的正上方，在打印之前，所述動平臺調節(jié)至基準位置。

進一步地，在打印之前，根據各所述送絲機的絲材的尺寸確定所述電子槍的輸出束流以及所述動平臺的移動速度。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的制造方法中，先采用分層處理軟件將所述制備的打印件進行分成多個沉積層，然后沿每一沉積層的沉積路徑進行熔絲沉積，且在上述整個過程中，送絲機分為多個，其根據沉積路徑進行分布，以使每一沉積路徑對應的送絲機產生的絲材均位于該沉積路徑的前方，其可以使得熔池對絲材的輻射比較大，絲材融化比較充分，可以有效保證成型后每一沉積層的質量，光滑度比較高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的電子束熔絲增材制造方法中其中一送絲機工作的結構示意圖；

圖2為圖1的電子束熔絲增材制造方法中另一送絲機工作的結構示意圖；

圖3為圖1的電子束熔絲增材制造方法中每一沉積層的沉積路徑的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參見圖1-圖3，本發(fā)明實施例提供一種電子束4熔絲增材制造方法，主要是采用電子槍以及至少兩臺送絲機1配合在真空室2的基板21上打印成型有打印件3，電子槍主要是用于向真空室2內輸出電子束4形成熔池，而送絲機1則是用于向真空室2內導出絲材11，絲材11在熔池輻射作用下融化，然后在基板21上冷凝形成所需的打印件3，具體地包括以下操作步驟：

S1.利用分層處理軟件規(guī)劃打印件3的層厚尺寸以及沉積層31的寬度尺寸，將打印件3沿厚度方向分隔為多層沉積層31且將每一沉積層31分隔為多條沉積路徑311，具體是采用一具有分層處理軟件的控制系統(tǒng)，將打印件3模型輸入控制系統(tǒng)內，通過分層處理軟件將其分隔為多個沉積層31，同時將每一沉積層31分隔為多條沉積路徑311；

S2.將各送絲機1按照各沉積路徑311分布，以使每一沉積路徑311的前方均設置有其中一送絲機1的出絲嘴，調節(jié)各送絲機1的出絲嘴角度以控制絲材11與基板21之間的角度，具體地根據滿足不同直徑金屬絲材11熔化的熱輸入值，計算電子槍的電子束4的調節(jié)參數；

S3.啟動與首層沉積層31的首道沉積路徑311對應的送絲機1，同時開啟電子槍并產生電子束4；

S4.控制電子槍與基板21相對移動，且相對移動的移動路徑為首層所述沉積層31的首道沉積路徑311，以使該送絲機1的絲材11進入或者靠近基板21上的熔池，當然電子槍與基板21之間的相對移動速度與電子束4的調節(jié)參數對應；

S5.電子束4持續(xù)熔融以額定速度送進的絲材11，絲材11形成微滴或橋液形式進入熔池，且隨著電子束4熱源遠離逐漸冷凝成型，進而形成首層首道沉積路徑311；

S6.繼續(xù)打印首層另外各沉積路徑311，控制系統(tǒng)可以根據該沉積路徑311的位置來選擇該沉積路徑311對應的送絲機1工作，當該條沉積路徑311與前一成型的沉積路徑311對應的送絲機1相同時，則S5步驟中的送絲機1繼續(xù)工作，而當兩者的送絲機1不對應時，則關閉S5步驟中的送絲機1，如此重復S4-S5直至首層沉積層31的各道沉積路徑311均完成，首層沉積層31沉積完成；

S7.針對首層沉積層31上方的各沉積層31重復S4-S6依次完成另外各沉積層31，直至所述打印件3打印完成。

在上述步驟中，通過至少兩臺送絲機1來對應各沉積層31的沉積路徑311，其可以保證每一沉積路徑311對應的送絲機1導出的絲材11均由電子束4對應的熔池前方送入，即考慮了每一沉積路徑311的送絲方向，熔池對絲材11的熱輻射非常大，進而可以保證靠近或者伸入熔池內的絲材11均融化充分，不但絲材11的融化效率比較高，而且能夠精細化控制熔滴的形成及熔滴過渡形式，融化后的絲材11不會與熔池粘接，絲材11融化均勻，有效保證成型后沉積層31的光滑度，進而保證下一層沉積層31的成型質量。另外，在上述的制造方法中，將送絲機1的送絲盤設置于真空室2的外側，而將送絲機1的出絲嘴與電子槍均設置于真空室2的內側，對此可以在真空室2的外側對送絲機1的絲材11進行更換補充，不但比較方便，而且這種安裝位置的送絲機1不會影響真空室2的真空度。

參見圖1以及圖3，進一步地，在打印件3為標準結構時，比如為圓柱體或者圓臺結構等，送絲機1為兩臺，將打印件3的各沉積層31均分為兩個部分，兩個部分與兩臺送絲機1一一對應，每一送絲機1的出絲嘴均位于對應部分的各沉積路徑311的前方，即每一送絲機1可以對該部分內的的各沉積路徑311進行熔絲沉積，在這種方式中，在進行每層沉積層31制備時，可以先采用其中一臺送絲機1對對應部分的各道沉積路徑311進行送絲，且在該部分內的各沉積路徑311均成型后，關閉該送絲機1，另一臺送絲機1對另一部分的各道沉積路徑311送絲。且在上述送絲過程中，絲材11均位于熔池的前方，其可以對絲材11產生比較大的輻射作用，絲材11融化均非常充分，每一沉積層31的質量均比較高。當然在打印件3的每一沉積層31均為圓形時，兩臺送絲機1的出絲嘴均可在水平面內旋轉0°-180°，進而可以使得該臺送絲機1的出絲嘴可與對應部分的各道沉積路徑311對應，比如在其中一道沉積路徑311增材后，可以控制出絲嘴旋轉一定角度使得其與相鄰的沉積路徑311對應，如此類推可以增材該部分內的所有沉積路徑311，當然兩臺送絲機1的出絲嘴的旋轉角度應錯開，兩者不應產生交叉部分，則兩臺送絲機1的出絲嘴之間的角度調節(jié)范圍應為0°-180°，可以形成完整的圓形，進而能夠使得圓形的沉積層31的絲材11融化均比較充分。

參見圖1以及圖2，進一步地，在真空室2內還設置有可沿(x方向)、垂直方向(y方向)、高度方向(z方向)移動的動平臺，基板21位于該動平臺上，且送絲機1的出絲嘴以及電子槍產生的電子束4均位于基板21的正上方，且在打印之前，需要將動平臺調節(jié)至基準位置，然后由該基準位置處來調節(jié)動平臺在(x方向)、垂直方向(y方向)、高度方向(z方向)移動移動，通過動平臺的移動可以帶動基板21移動，進而能夠使得絲材11可以融化至每一層的沉積層31各位置，而在該層沉積層31增材完成后，可以調節(jié)送絲機1的出絲嘴豎直方向移動，進而在增材完成后的沉積層31上繼續(xù)熔絲增材。當然針對這種動平臺結構，在打印之前，根據各送絲機1的絲材11尺寸確定電子槍輸出的束流以及動平臺的移動速度，且將該參數信息均由控制系統(tǒng)進行控制調節(jié)，從而可以保證絲材11的融化效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。