本实用新型专利技术公开了一种高效高精复合増材制造装置，采用激光束与电子束复合实现。装置包括下部包括铺粉辊、工作台、送粉缸和工作缸；上部包括电子束发生装置、激光束发生装置、底板、二根导轨、二根横梁、同步带轮和伺服电机。电子束发生装置、激光束发生装置分别作为一个整体，交替移动到成形区域内进行扫描。在高能束与金属粉末作用的过程中，激光束扫描熔化表面轮廓的金属粉末，保证零件表面具有较好的表面质量；电子束高速熔化内部粉末成形零件内腔，以达到最快的成形效率。本实用新型专利技术可改善单一成形技术存在的缺点，优化综合性能的目的。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种高效高精复合増材制造装置，采用激光束与电子束复合实现。装置包括下部包括铺粉辊、工作台、送粉缸和工作缸；上部包括电子束发生装置、激光束发生装置、底板、二根导轨、二根横梁、同步带轮和伺服电机。电子束发生装置、激光束发生装置分别作为一个整体，交替移动到成形区域内进行扫描。在高能束与金属粉末作用的过程中，激光束扫描熔化表面轮廓的金属粉末，保证零件表面具有较好的表面质量；电子束高速熔化内部粉末成形零件内腔，以达到最快的成形效率。本技术可改善单一成形技术存在的缺点，优化综合性能的目的。【专利说明】一种高效高精度复合増材制造装置
本技术属于先进制造
，为一种高效高精度复合増材制造装置。
技术介绍
高能束主要包括激光束、电子束和离子束等。高能束熔化金属粉末制造技术是近 年发展起来的一项能够实现近全致密金属零部件増材制造的先进技术。在计算机中将拟制 造零部件的三维图形划分为一系列二维图形薄片，再通过计算机、运动控制卡等控制高能 束的运动方式和轨迹，通过高能束加热产生相变、熔化等过程，逐层制造并叠加成为最终的 三维零件。该技术克服了传统制造工艺的限制，整个加工过程无加工废料、无需工装夹具和 模具，能直接制造产品或是模具，因此受到广泛的关注。 电子束烙化（Electron Beam Melting, EBM)可成形多种金属材料，有高真空保护， 电子束能量利用率高，扫描速度快，可达8000m/s，成形效率高。但是目前国外设备成形零件 的精度等级为±〇. 3mm，国内设备只有± 1mm，成形零件精度低；其铺粉层厚不小于0. 06mm， 层厚较大也是零件成形精度低的原因。 与EBM相比，选择性激光烙化（Selective Laser Melting, SLM)成形过程中，激光 束光斑直径小，能量密度高，成形零件的尺寸精度高，表面粗糙度低。目前国内设备成形零 件精度等级为±〇. 1mm，成形精度高；铺粉层厚为〇.〇2mm，只有EBM的三分之一，层厚小。但 SLM成形设备的扫描速度较低，国外最大只能达到70m/s，而国内则为lm/s，成形速度较低， 对大型零件的成形时间较长。表1为两种成形工艺的参数对比情况。 进一步提高高能束増材制造技术的应用范围，目前必须克服成形效率低，表面质 量差的困难。在成形效率方面，对于SLM技术主要是提高振镜扫描速度，但是振镜是机械部 件，受惯性、加速度极限的影响，要想大幅度提高其扫描速度十分困难；而EBM虽然成形效 率高，但是表面质量及精度却很难达到近净成形的目的。
技术实现思路
为解决上述单一高能束増材制造存在的成形效率低、表面质量差等问题，本实用 新型提供了一种激光束与电子束复合的高效高精度増材制造装置，以期发挥各自成形技术 的优点，改善单一成形技术存在的缺点，优化综合性能。 本技术提供的一种复合増材制造装置，其特征在于，该装置的下部主要包括 铺粉辊、工作台、送粉缸和工作缸；铺粉辊安放在工作台的上表面，通过控制系统实现X-Y 平面内的移动铺粉；送粉缸和工作缸通过控制系统能沿Z轴方向无阻碍地上下运动，两缸 的上表面不超过工作台的上表面； 该装置的上部主要包括电子束发生装置、激光束发生装置、底板、二根导轨、二根 横梁、同步带轮和伺服电机；底板中部有矩形窗口，底板上固定所述二根导轨，平行于窗口 的一对对边，所述二根导轨旁边分别固定一个同步带轮和伺服电机，同步带与导轨平行，由 同步带轮和伺服电机张紧；两横梁垂直于导轨，通过滑块与导轨滑动配合，两根横梁的一端 固定在同步带上；激光发生装置和电子束发生装置分别固定在一根横梁上。 本技术采用两种高能束进行复合增材制造，尤其是激光束与电子束复合的高 效高精増材制造。本技术综合利用激光束成形精度高和电子束成形速度快的优点，将 两者有机结合，可以缩短零件成形时间，提高成形效率；提高采用电子束单一成形的精度和 表面质量，改善零件的综合性能。总之，本技术可以缩短零件成形时间，提高采用电子 束单一成形的零件表面质量，改善零件的综合性能，可以推动金属零部件直接快速制造技 术和装备的应用和推广。 【专利附图】【附图说明】 图1为激光束和电子束复合工作的装置示意图； 图2为上部整体式移动交替扫描装置俯视图； 图3为本技术成形金属零件模型示意图； 图4为激光束和电子束扫描区域示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图和实例对本技术的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明 的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本技术，但并不构成对本技术的限 定。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未 构成冲突就可以相互组合。 本技术装置可以利用激光束和电子束复合对金属粉末进行扫描，以达到高效 高精度的目的。激光束主要对边界轮廓的金属粉末进行扫描熔化，保证零件表面具有较好 的表面质量；电子束对内部粉末进行高速熔化，保证较高的成形效率。两者可以同时进行工 作，也可以在同一加工过程中阶段性地分开工作。 本技术装置分为两部分。上部是一种整体式移动交替扫描装置，具体安放了 两种高能束的发生装置、横梁和导轨等机械机构以及两台伺服电机，高能束发生装置分别 安装在不同横梁上，伺服电机带动同步带轮使横梁沿两条导轨完成在平面内的精确移动。 两个高能束发生装置以整体的形式交替移动，根据需要预热粉末、扫描成形件。成形时，在 控制软件的控制下，电子束在偏转磁场的磁场控制下分别实现X向和Y向的偏转控制。激 光束则在振镜的精确控制下，对表面轮廓进行扫描。下部则是成形台面和成形空间，具体安 放了铺粉机构、工作缸和送粉缸。 下面结合图1、图2详细说明依据该技术的基本原理及工作情况。本技术 装置是一种激光束和电子束复合成形装置，其下部主要包括铺粉辊1、工作台2、送粉缸3和 工作缸4。铺粉辊1安放在工作台2的上表面，通过控制系统实现X-Y平面内的移动铺粉。 送粉缸3和工作缸4通过控制系统能无阻碍地上下运动，两缸的上表面不能超过工作台2 的上表面。 上部主要包括电子束发生装置7、激光束发生装置8、底板9、导轨10、横梁11、同步 带轮12和伺服电机13等部分。底板9中部有矩形窗口，底板9上固定两导轨10,平行于窗 口的一对对边，导轨10旁边分别固定一个同步带轮12和伺服电机13,同步带与导轨10平 行，由同步带轮12和伺服电机13张紧。两横梁11垂直于导轨10,通过滑块与导轨10滑动 配合，横梁11的一端固定在同步带上。激光发生装置8和电子束发生装置7分别固定在一 横梁11上。 本技术装置工作时，高能束6通过电子束发生装置7产生，工作状态时移动到 工作台2的中心区域上方。成形内部结构时，电子束发生装置7移动到成形区域进行扫描， 激光束发生装置8保持原位；成形表面轮廓时，电子束发生装置7回到原位，激光束发生装 置8移动到成形区域进行扫描。在金属粉末均匀地铺在工作缸4上的过程中，电子束发生 装置7和激光束发生装置8均处于关闭状态。每铺一层粉末后，电子束发生装置7发射小 束流6对金属粉末5进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合増材制造装置，其特征在于，该装置的下部主要包括铺粉辊、工作台、送粉缸和工作缸；铺粉辊安放在工作台的上表面，通过控制系统实现X‑Y平面内的移动铺粉；送粉缸和工作缸通过控制系统能无阻碍地上下运动，两缸的上表面不超过工作台的上表面；该装置的上部主要包括电子束发生装置、激光束发生装置、底板、二根导轨、二根横梁、同步带轮和伺服电机；底板中部有矩形窗口，底板上固定所述二根导轨，平行于窗口的一对对边，所述二根导轨旁边分别固定一个同步带轮和伺服电机，同步带与导轨平行，由同步带轮和伺服电机张紧；两横梁垂直于导轨，通过滑块与导轨滑动配合，两根横梁的一端固定在同步带上；激光发生装置和电子束发生装置分别固定在一根横梁上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏青松，史玉升，韩昌骏，李帅，唐萍，刘洁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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