可在线热处理的增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于3D打印领域，公开了一种可在线热处理的增材制造装置，包括成形室，内部具有预设的低真空度，且其上设有气体入口和气体出口；等离子体发生器，连通于成形室，用于产生电子束对成形室内的粉末层扫描预热；激光发生器，安装在成形室上且位于气体入口的一侧，用于产生激光束来熔化所述粉末层；控制器，连接于等离子体发生器以及激光发生器。本发明专利技术还公开了一种可在线热处理的增材制造方法。采用等离子体发生器产生的电子束对粉末层扫描预热，不需要高真空环境，只需低真空度即可使用，使加工过程应力低，零件加工完成后无需额外进行热处理，保证了加工产品的精度和表面质量。采用激光发生器产生的激光束对粉末层进行熔化，精确地熔化截面。

Material adding manufacturing device and method capable of on-line heat treatment

The invention belongs to the field of 3D printing, discloses a device for increasing material manufacturing online heat treatment, including the forming chamber, with preset low vacuum, gas entrance and the gas outlet and the plasma generator; communicated with the forming chamber, for generating an electron beam to scan the interior of the preheating powder layer forming; the laser generator is installed on one side forming chamber and at the entrance of the gas, generating a laser beam to melt the powder layer; the controller is connected to the plasma generator and laser generator. The invention also discloses a method for manufacturing wood with on-line heat treatment. Produced by the plasma generator of electron beam on the powder layer scan does not need preheating, high vacuum environment, only low vacuum degree can be used to process low stress, no additional heat treated parts after machining, to ensure the accuracy and surface quality of the processed products. A laser beam produced by a laser generator is used to melt the powder layer to accurately fuse the cross section.

【技术实现步骤摘要】
可在线热处理的增材制造装置及方法
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种可在线热处理的增材制造装置及方法。
技术介绍
增材制造(3D打印)是一种通过连续熔合一个以上薄层的材料来制造三维实体零件的制造技术。目前铺粉式的增材制造一般有两种技术路线：采用激光作为热源以及采用电子束作为热源，其中：采用激光作为热源时，成形室内一般灌流惰性气体，使得成形室内形成气体流动，气体的流动能够对透过激光的光学器件进行吹扫，使之免受金属蒸汽、粉末杂质的污染，保持足够的透明度。激光的光斑小，成形精度高。但激光的功率小，不能将粉床加热到很高温度(一般200摄氏度左右，最高500摄氏度)，导致成形的零件热应力很大，一方面会导致成形过程容易开裂，另一方面需要在成形之后额外进行热处理，以消除残余应力。采用电子束作为热源时，由于电子束功率大，可以将粉床加热到很高温度(500-1000摄氏度)，成形过程应力低，开裂风险小；成形之后无需热处理就可以直接使用。但电子束的光斑大，成形精度较低。如果将激光和电子束复合在一起进行成形操作，则既发挥激光精度高的优势，又能发挥电子束功率大、加热粉床温度高的优势，但上述方式存在以下问题：电子束工作的腔室一般需要高真空(10-2Pa量级)，如果腔室真空度不够，产生电子的阴极所处空间的真空度也不够，高温的阴极容易烧损，无法工作。而高真空的腔室中几乎不存在气体，无法形成气体流动，无法对激光的透过玻璃进行吹扫，使之免受金属蒸汽污染。因此，激光、电子束很难一起同时工作，存在非此即彼的矛盾。也就是说，电子束要求的高真空环境很难引入激光热源，而激光要求的气体流动环境很难引入电子束热源。因此，如何设计一种能够既使用电子束同时能够使用激光的增材制造装置是目前要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可在线热处理的增材制造装置及方法，以解决现有增材制造装置电子束要求的高真空环境很难引入激光热源，而激光要求的气体流动环境很难引入电子束热源的问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可在线热处理的增材制造装置，包括：成形室，内部具有预设的低真空度，且其上设有气体入口以及气体出口；等离子体发生器，连通于所述成形室，用于产生电子束，并由所述电子束对成形室内的粉末层扫描预热；激光发生器，安装在成形室上且位于气体入口的一侧，用于产生激光束来熔化所述粉末层；控制器，连接于所述等离子体发生器以及激光发生器。作为优选，所述预设的低真空度为10°Pa量级的真空度。作为优选，所述气体入口处设有气体产生装置，所述气体出口连接有真空获得装置，所述气体产生装置和真空获得装置均连接有所述控制器。作为优选，所述气体产生装置与所述气体入口之间设有连接于控制器的流量控制器；所述成形室上还设有连接于控制器的压力传感器。作为优选，还包括基板，所述等离子体发生器产生的电子束能够对所述基板扫描加热。本专利技术提供一种可在线热处理的增材制造方法，在预设的低真空度下，通过等离子体发生器产生电子束，并通过所述电子束对粉末层进行扫描预热；通过激光发生器产生激光束，并通过激光束对经所述电子束扫描预热的粉末层进行熔化。作为优选，还包括：依次交替对粉末层进行扫描预热步骤和熔化步骤，且对粉末层进行扫描预热的步骤数不小于对粉末层进行熔化的步骤数。作为优选，所述通过所述电子束对粉末层进行扫描预热包括：将粉末层沿竖直方向分成M1个水平区域，在每个所述水平区域内平行设有N1个扫描路径H；将粉末层沿水平方向分成M2个竖直区域，在每个所述竖直区域内平行设有N2个扫描路径V；控制电子束沿M1个水平区域内的扫描路径H(m1，n1)以及M2个竖直区域内的扫描路径V(m2，n2)交替的对粉末层进行扫描，直至所有扫描路径全部使用，其中m1＝1，2，3…M1，n1＝1，2，3…N1，m2＝1，2，3…M2，n2＝1，2，3…N2。作为优选，所述通过激光束对经所述电子束扫描预热的粉末层进行熔化包括：预先将粉末层分为至少一条轮廓，所述轮廓内设有若干区域；控制激光束对所述轮廓以及所述轮廓内的区域进行熔化，直至所述粉末层被完全熔化。作为优选，还包括：检测成形室内部的压力，并根据检测的压力调节进入成形室内的惰性气体流量。本专利技术采用等离子体发生器产生的电子束对粉末层进行扫描预热，其需要的工作温度低，不需要高真空环境，只需低真空度即可使用，能够使加工过程应力低，零件加工完成后无需额外进行热处理，保证了加工产品的精度和表面质量。采用激光发生器产生的激光束对粉末层进行熔化，能将粉末层加热到很高温度，精确地熔化截面。通过电子束与激光束的共同作用，提高了产品质量和生产效率。而且采用等离子发生器，能够引入气体流动对激光发生器光学器件的吹扫，以实现激光束对粉末层的熔化。附图说明图1是本专利技术可在线热处理的增材制造装置的结构示意图；图2是本专利技术可在线热处理的增材制造装置显示有气体产生装置、真空获得装置、流量控制器以及压力传感器的结构示意图；图3是本专利技术可在线热处理的增材制造方法的流程图；图4是本专利技术通过电子束进行扫描预热的扫描路径示意图；图5是本专利技术通过激光束进行扫描熔化时粉末层显示有轮廓和内部区域的一种示意图；图6是本专利技术通过激光束进行扫描熔化时粉末层显示有轮廓和内部区域的另一种示意图。图中：1、成形室；2、等离子体发生器；3、激光发生器；4、控制器；5、气体产生装置；6、真空获得装置；7、流量控制器；8、压力传感器；9、料斗；10、粉末输送板；20、铺粉平台；30、成形缸；40、活塞；50、刮刀；11、气体入口；12、气体出口；31、激光控制器；32、光学器件；100、轮廓；101、内部区域。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术提供一种可在线热处理的增材制造装置，如图1以及图2所示，该可在线热处理的增材制造装置包括成形室1、料斗9、粉末输送板10、铺粉平台20、成形缸30、活塞40、刮刀50、等离子体发生器2、激光发生器3以及控制器4，其中：在成形室1内设置有至少一个料斗9，本实施例中对称设有两个料斗9，在料斗9内装有粉末材料，在料斗9下方设有有粉末输送板10，用于输送料斗9内的粉末。在粉末输送板10的下方设有铺粉平台20，粉末输送板10上的粉末材料被输送至铺粉平台20上。在铺粉平台20上设有成形缸30，该成形缸30中设有可上下运动的活塞40。在铺粉平台20上方设有可移动的刮刀50，该刮刀50至少具有水平方向的运动自由度，其能够将铺粉平台20上的粉末材料刮至成形缸30的活塞40上，形成粉末层。本实施例中，上述刮刀50可以双向刮粉，即从左到右可以刮粉，从右到左也可以刮粉。在进行三维物体的打印制造时，首先，将三维物体的模型存储在计算机中，模型在计算机中被分层，并得到每一层的加工信息。三维物体的制造在成形室1中进行，粉末输送板10向铺粉平台20上输送粉末材料，刮刀50在成形缸30的活塞40上方将粉末铺展成层，之后通过等离子体发生器2产生电子束对粉末层预热，通过激光发生器3产生的激光束对粉末进行熔化，直至第一层粉末层完全熔化；第一层完成熔化后，粉末输送板10再次向铺粉平台20上输送粉末材料，刮刀50在成形缸30的活塞40上方将粉末铺展成薄层，形成第二层粉末层，通过等离子体发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，包括：成形室(1)，内部具有预设的低真空度，且其上设有气体入口(11)以及气体出口(12)；等离子体发生器(2)，连通于所述成形室(1)，用于产生电子束，并由所述电子束对成形室(1)内的粉末层扫描预热；激光发生器(3)，安装在成形室(1)上且位于气体入口(11)的一侧，用于产生激光束来熔化所述粉末层；控制器(4)，连接于所述等离子体发生器(2)以及激光发生器(3)。

【技术特征摘要】
1.一种可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，包括：成形室(1)，内部具有预设的低真空度，且其上设有气体入口(11)以及气体出口(12)；等离子体发生器(2)，连通于所述成形室(1)，用于产生电子束，并由所述电子束对成形室(1)内的粉末层扫描预热；激光发生器(3)，安装在成形室(1)上且位于气体入口(11)的一侧，用于产生激光束来熔化所述粉末层；控制器(4)，连接于所述等离子体发生器(2)以及激光发生器(3)。2.根据权利要求1所述的可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，所述预设的低真空度为10°Pa量级的真空度。3.根据权利要求1所述的可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，所述气体入口(11)处设有气体产生装置(5)，所述气体出口(12)连接有真空获得装置(6)，所述气体产生装置(5)和真空获得装置(6)均连接有所述控制器(4)。4.根据权利要求3所述的可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，所述气体产生装置(5)与所述气体入口(11)之间设有连接于控制器(4)的流量控制器(7)；所述成形室(1)上还设有连接于控制器(4)的压力传感器(8)。5.根据权利要求1所述的可在线热处理的增材制造装置，其特征在于，还包括基板，所述等离子体发生器产生的电子束能够对所述基板扫描加热。6.一种可在线热处理的增材制造方法，其特征在于，在预设的低真空度下，通过等离子体发生器产生电子束，并通过所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，林峰，马旭龙，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院，天津清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12