本發(fā)明涉及電子束增材，尤其涉及一種矢量送絲的電子束熔絲增材裝置。

背景技術(shù)：

電子束增材制造的方法目前有兩種：電子束熔融粉末技術(shù)(ebm)及電子束熔絲成型技術(shù)(ebf³)。電子束熔融粉末技術(shù)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(diǎn)。電子束熔絲成型在實(shí)現(xiàn)高效沉積成型的同時(shí)保證打印件質(zhì)量能達(dá)到鍛造水平，該技術(shù)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(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)，可用于大型金屬毛坯的快速成型及金屬零件的修復(fù)。

現(xiàn)有的電子束熔絲成型過程為：首先利用三維軟件對(duì)預(yù)打印件建模，再對(duì)模型分層切片、打印路徑規(guī)劃后導(dǎo)入增材裝置中，送絲機(jī)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(nèi)，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(shí)現(xiàn)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(tái)旋轉(zhuǎn)或位移改變打印件位置，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工過程；(2)工作平臺(tái)固定，電子槍安裝在真空室內(nèi)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(zhì)量的關(guān)鍵。

位向差異和速度差異轉(zhuǎn)換到參數(shù)控制中，體現(xiàn)為以下工藝參數(shù)：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(tái)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)在于絲束間距、送絲速度、送絲角度以及與熱源(電子束)相關(guān)的參數(shù)控制，而忽略了絲材送進(jìn)方向的控制。而試驗(yàn)表明，絲材的送進(jìn)方向的合適與否，嚴(yán)重影響沉積件的表面質(zhì)量及工藝穩(wěn)定性。具體原因?yàn)椋涸诋?dāng)其他參數(shù)條件一定的情況下，絲材從熔池前方送進(jìn)時(shí)受熱源熱傳導(dǎo)及熔池最強(qiáng)溫區(qū)的熱輻射作用強(qiáng)，而絲材從兩側(cè)或后端送進(jìn)時(shí)，雖然熱源對(duì)絲材產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)作用較絲材從前方送進(jìn)時(shí)相同，但是由于遠(yuǎn)離熔池前端的高溫區(qū)，由熔池產(chǎn)生的熱輻射作用弱，造成絲材的熔化能量不足。表現(xiàn)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(dǎo)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?qū)е鲁尚兔娲植凇⒐鉂嵍炔睿绊懴乱粚拥某练e質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種矢量送絲的電子束熔絲增材裝置，旨在用于解決現(xiàn)有的電子束熔絲增材質(zhì)量較差的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種矢量送絲的電子束熔絲增材裝置，包括真空室、電子槍以及至少兩個(gè)送絲機(jī)，于所述真空室內(nèi)設(shè)置有可沉積打印件的工作平臺(tái)，所述電子槍以及每一所述送絲機(jī)的出絲嘴均位于所述工作平臺(tái)的正上方，還包括內(nèi)置將打印件的分層與規(guī)劃路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為軟件程序的控制系統(tǒng)以及由所述控制系統(tǒng)控制工作的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，各所述出絲嘴均安設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，所述打印件劃分為與各所述出絲嘴一一對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)增材成型范圍，每一所述增材成型范圍均包括多條所述規(guī)劃路徑，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制每一所述出絲嘴移動(dòng)至對(duì)應(yīng)所述規(guī)劃路徑的熔池前方。

進(jìn)一步地，所述送絲機(jī)為兩臺(tái)，所述打印件分為兩個(gè)增材成型范圍，且每一所述送絲機(jī)的出絲嘴均位于對(duì)應(yīng)所述增材成型范圍的各所述規(guī)劃路徑的前方。

進(jìn)一步地，每一所述出絲嘴均可在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)0°—180°，且兩所述出絲嘴之間的角度調(diào)節(jié)范圍為0°-360°。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括位于所述真空室外側(cè)且電連接所述控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、由所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)使旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)齒輪以及與所述主動(dòng)齒輪嚙合的兩個(gè)從動(dòng)齒輪，兩個(gè)所述出絲嘴分別安設(shè)于兩個(gè)所述從動(dòng)齒輪上。

進(jìn)一步地，所述主動(dòng)齒輪與所述從動(dòng)齒輪均位于所述真空室內(nèi)側(cè)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸伸入所述真空室內(nèi)側(cè)，且所述驅(qū)動(dòng)軸與所述真空室之間通過第一骨架油封密封。

進(jìn)一步地，還包括用于驅(qū)使各所述出絲嘴豎直移動(dòng)的升降電機(jī)，所述升降電機(jī)位于所述真空室外側(cè)且電連接所述控制系統(tǒng)，所述升降電機(jī)的導(dǎo)向桿伸入所述真空室內(nèi)且與所述真空室通過第二骨架油封密封。

進(jìn)一步地，所述工作平臺(tái)由所述控制系統(tǒng)的所述軟件程序控制沿xy平面移動(dòng)。

進(jìn)一步地，還包括真空泵組，所述真空泵組通過真空管路連接至所述真空室。

進(jìn)一步地，還包括與所述真空室連接的電子槍室，所述電子槍室內(nèi)設(shè)置有陰極，且所述陰極電連接高壓電源。

進(jìn)一步地，各所述送絲機(jī)的送絲盤均位于所述真空室的外側(cè)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的增材裝置中，送絲機(jī)為至少兩個(gè)，每一送絲機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)出絲嘴，通過控制系統(tǒng)的分層軟件對(duì)待打印的打印件進(jìn)行分層，同時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)送指令至旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，再由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制各出絲嘴旋轉(zhuǎn)，以使打印件的每一規(guī)劃路徑均對(duì)應(yīng)其中一出絲嘴，且使得出絲嘴移動(dòng)至對(duì)應(yīng)規(guī)劃路徑的熔池前方，送絲位向?qū)崟r(shí)精確調(diào)整，金屬絲材保持矢量送進(jìn)，保證每一層的光滑度比較高，成型后打印件的質(zhì)量，另外采用這種結(jié)構(gòu)的增材裝置，柔性比較高，簡(jiǎn)化了打印件的成型工藝。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的矢量送絲的電子束熔絲增材裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的矢量送絲的電子束熔絲增材裝置打印時(shí)每一沉積層的規(guī)劃路徑的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1以及圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供一種矢量送絲的電子束熔絲增材裝置，包括真空室1、電子槍2以及至少兩個(gè)送絲機(jī)3，電子槍2與高壓電源21連接，可以向真空室1內(nèi)發(fā)射電子束22，而真空室1與真空泵組4之間通過真空管路41連接，通過真空泵組4將真空室1抽取為真空狀態(tài)，以滿足電子束22的工作環(huán)境，在真空室1內(nèi)設(shè)置有工作平臺(tái)11，該工作平臺(tái)11可以沉積打印件5，將電子槍2以及每一送絲機(jī)3的出絲嘴31均位于工作平臺(tái)11的正上方，送絲機(jī)3將絲材通過對(duì)應(yīng)的出絲嘴31延伸至工作平臺(tái)11的正上方，電子槍2產(chǎn)生的電子束22將絲材端部位置融化后堆積于工作平臺(tái)11上，增材裝置還包括內(nèi)置將打印件5的分層51與規(guī)劃路徑511數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為軟件程序的控制系統(tǒng)8以及由控制系統(tǒng)控制工作的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6，控制系統(tǒng)8將分層51以及規(guī)劃路徑511的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為軟件程序，可以通過軟件程序控制工作平臺(tái)移動(dòng)，同時(shí)控制系統(tǒng)8內(nèi)還設(shè)置有另一軟件程序，該軟件程序發(fā)送電信號(hào)給旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6工作，將各出絲嘴31均安設(shè)于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6上，然后通過該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6來調(diào)節(jié)出絲嘴31旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而調(diào)整出絲嘴31與工作平臺(tái)11的相對(duì)位置，以使融化后的絲材堆積于工作平臺(tái)11上的相應(yīng)位置，具體地，將打印件劃分為與各出絲嘴31一一對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)增材成型范圍，每一增材成型范圍均包括有多條規(guī)劃路徑511，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6控制每一出絲嘴31移動(dòng)至對(duì)應(yīng)規(guī)劃路徑511的熔池前方。本發(fā)明中，設(shè)置有至少兩個(gè)送絲機(jī)3，即通過多個(gè)出絲嘴31共同配合沉積打印件5，而出絲嘴31的位置可以通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6來調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以使得出絲嘴31位于對(duì)應(yīng)規(guī)劃路徑511的熔池前方，送絲位向?qū)崟r(shí)精確調(diào)整，金屬絲材保持矢量送進(jìn)，使得每一規(guī)劃路徑511的送絲方向，熔池對(duì)絲材的熱輻射非常大，進(jìn)而可以保證靠近或者伸入熔池內(nèi)的絲材均融化充分，不但絲材的融化效率比較高，而且能夠精細(xì)化控制熔滴的形成及熔滴過渡形式，融化后的絲材不會(huì)與熔池粘接，絲材融化均勻，有效保證成型后每一分層51的光滑度，進(jìn)而保證下一分層51的成型質(zhì)量，另外采用這種結(jié)構(gòu)的增材裝置，柔性比較高，簡(jiǎn)化了打印件5的成型工藝。當(dāng)然，為方便安裝，且方便送絲機(jī)3上絲材的更換，各送絲機(jī)3的送絲盤32均應(yīng)位于真空室1的外側(cè)，且克服了送絲機(jī)3的送絲盤32安裝在真空室1內(nèi)造成的成型質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低問題，保證了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。而送絲機(jī)3設(shè)置有導(dǎo)管，導(dǎo)管與真空室1之間形成較好的密封環(huán)境，送絲盤32上纏繞的絲材由導(dǎo)管伸入真空室1的對(duì)應(yīng)出絲嘴31內(nèi)。

優(yōu)化上述實(shí)施例，送絲機(jī)3為兩臺(tái)，將打印件劃分為兩個(gè)增材成型范圍，則打印件5的每一分層51也分為兩個(gè)部分，兩個(gè)部分分別對(duì)應(yīng)兩臺(tái)送絲機(jī)3，且每一送絲機(jī)3的出絲嘴31均位于對(duì)應(yīng)增材成型范圍對(duì)應(yīng)的規(guī)劃路徑511的前方。本發(fā)明中，將打印件5的每一分層51均分為兩個(gè)部分，采用兩臺(tái)送絲機(jī)3對(duì)應(yīng)這兩個(gè)增材成型范圍，即其中一臺(tái)送絲機(jī)3用于向打印件5每一分層51的其中一部分送絲，另一臺(tái)送絲機(jī)3用于向打印件5每一分層51的另一部分送絲，且通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6調(diào)節(jié)使得每一送絲機(jī)3的出絲嘴31均位于對(duì)應(yīng)部分的各規(guī)劃路徑511的前方。在這種結(jié)構(gòu)中，簡(jiǎn)化了增材裝置的結(jié)構(gòu)，只采用兩臺(tái)送絲機(jī)3送絲，而針對(duì)這種結(jié)構(gòu)，打印件5的每一分層51均可為圓形，每一臺(tái)送絲機(jī)3對(duì)應(yīng)的每一分層51的部分結(jié)構(gòu)均為圓形，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6使得每一出絲嘴31均可繞半圓弧旋轉(zhuǎn)，即每一出絲嘴31均可在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)0°-180°，而兩個(gè)出絲嘴31配合后的角度調(diào)節(jié)范圍為0°-360°，兩個(gè)出絲嘴31共同旋轉(zhuǎn)為一個(gè)完整圓形，然后調(diào)節(jié)出絲嘴31與工作平臺(tái)11沿直線相對(duì)移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)每一分層51的每一規(guī)劃路徑511的熔絲沉積。

參見圖1，通常調(diào)整每一出絲嘴31的旋轉(zhuǎn)角度為-90°-90°，則只需旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較方便。具體地，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6包括位于真空室1外側(cè)且電連接控制系統(tǒng)8的驅(qū)動(dòng)電機(jī)61、由驅(qū)動(dòng)電機(jī)61驅(qū)使旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)齒輪62以及與主動(dòng)齒輪62嚙合的兩個(gè)從動(dòng)齒輪63，兩個(gè)出絲嘴31分別安設(shè)于兩個(gè)從動(dòng)齒輪63上。本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)61作為動(dòng)力部件，且位于外側(cè)，兩個(gè)出絲嘴31分別安設(shè)于兩個(gè)從動(dòng)齒輪63上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)61工作后，先驅(qū)使主動(dòng)齒輪62旋轉(zhuǎn)，然后主動(dòng)齒輪62帶動(dòng)兩個(gè)從動(dòng)齒輪63同步旋轉(zhuǎn)，最后由從動(dòng)齒輪63帶動(dòng)兩個(gè)出絲嘴31旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。由于兩個(gè)出絲嘴31分別與兩個(gè)從動(dòng)齒輪63連接，且兩個(gè)從動(dòng)齒輪63均與主動(dòng)齒輪62嚙合，則將主動(dòng)齒輪62與兩個(gè)從動(dòng)齒輪63均安設(shè)于真空室1內(nèi)側(cè)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)61的驅(qū)動(dòng)軸611伸入真空室1內(nèi)側(cè)，且在驅(qū)動(dòng)軸611與真空室1之間通過第一骨架油封64密封，進(jìn)而保證真空室1的真空度。

再次參見圖1以及圖2，進(jìn)一步地，增材裝置還包括用于驅(qū)使各出絲嘴31豎直移動(dòng)的升降電機(jī)7，升降電機(jī)7位于真空室1外側(cè)且與控制系統(tǒng)8電連接，升降電機(jī)7的導(dǎo)向桿71伸入真空室1內(nèi)且真空室1之間采用第二骨架油封72密封。本實(shí)施例中，通過升降電機(jī)7可以調(diào)節(jié)工作平臺(tái)11與兩個(gè)出絲嘴31之間沿豎直方向的相對(duì)位置，由于增材裝置主要是通過熔絲沉積的方式打印成型打印件5，當(dāng)打印底層的分層51時(shí)，兩個(gè)出絲嘴31可以靠近工作平臺(tái)11，而當(dāng)打印下一分層51時(shí)，則應(yīng)通過升降電機(jī)7控制兩個(gè)出絲嘴31上移，即兩個(gè)出絲嘴31遠(yuǎn)離工作平臺(tái)11，以保證出絲嘴31與成型的分層51之間具有合適的豎直位移，且由于升降電機(jī)7與控制系統(tǒng)8電連接，則升降電機(jī)7由控制系統(tǒng)8控制工作，進(jìn)而使得打印過程中，出絲嘴31自動(dòng)控制豎直方向移動(dòng)。當(dāng)然，在另一實(shí)施方式中，可以通過升降電機(jī)7調(diào)節(jié)工作平臺(tái)11沿豎直方向移動(dòng)，而出絲嘴31的高度保持穩(wěn)定。當(dāng)然針對(duì)上述結(jié)構(gòu)形式，為保證真空室1的真空度，升降電機(jī)7的導(dǎo)向桿71與真空室1之間應(yīng)通過第二骨架油封72密封。一般，增材裝置還包括有真空泵組4，該真空泵組4通過真空管路41連接至真空室1，通過該真空泵組4抽取真空室1的真空度。而在另外一方面，工作平臺(tái)11由控制系統(tǒng)8的分層與路徑規(guī)劃對(duì)應(yīng)的軟件程序控制沿xy平面移動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)11與出絲嘴31之間水平方向的相對(duì)位置調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，真空室1具有豎直向上延伸的凸起部，該凸起部為與真空室連接的電子槍室12，電子槍室12位于工作平臺(tái)11正上方，電子槍2的各部件安設(shè)于該電子槍室12內(nèi)，且電子槍2電連接一高壓電源21，具體地，電子槍室12內(nèi)安裝有磁線圈、陽(yáng)極以及陰極，其中陰極與高壓電源21電連接，對(duì)此使得電子腔室12內(nèi)產(chǎn)生電勢(shì)差，進(jìn)而產(chǎn)生電子束。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。