电子束选区预热扫描方法技术

本发明专利技术提供一种电子束选区预热扫描方法，包括步骤：S101、将基板划分为若干个网格区域；S103、对零件三维CAD模型进行分层切片处理，获得每一层轮廓，并选取每一层轮廓所在的网格及包含在每一层轮廓内的网格，作为包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一、第二、……第N网格的预热扫描网格区域；S105、从第一层轮廓的预热扫描网格区域中依次选取第一、第二、……第N网格的外缘端点作为起点，沿X、Y方向同时分别进行电子束预热扫描；S107、按照步骤S105，继续第二层轮廓的预热扫描，直至完成每一层轮廓的预热扫描。所述电子束选区预热扫描方法既能实现对粉末床预热，降低温度不均，减小翘曲变形，又能提高材料利用率。

Preheating scanning method for electron beam selection

The invention provides a scanning electron beam selective preheating method, comprising the steps of: S101, the substrate is divided into several grids; S103, slicing processing of 3D CAD model, each layer contour is obtained, and choosing the mesh of each layer and the grid contour in each layer contour included as including along the contour to the outer edge of the first and second adjacent in sequence,...... The preheating scan grid area of the N grid; S105, selected first, second, and... From the preheated scanning grid area of the first layer. The outer edge endpoint of N grid is used as the starting point to conduct electron beam preheating scanning along X and Y directions. S107, according to step S105, continues the preheating scanning of the second layers, until the preheating scanning of each layer is completed. The preheat scanning method of the electron beam selection can not only realize the preheating of the powder bed, reduce the uneven temperature, reduce the warping deformation, but also improve the material utilization.

【技术实现步骤摘要】
电子束选区预热扫描方法
本专利技术涉及金属增材制造
，尤其涉及一种电子束选区预热扫描方法。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术，又名3D打印技术，它是基于离散-堆积的原理，通过材料逐层叠加的方法来制造实体，主要有熔融沉积成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体光固化技术(SLA)、选择性技术熔化技术(SLM)以及电子束选区熔化技术(EBM)等。电子束选区熔化(ElectronBeamMelting，EBM)技术作为高性能的金属增材制造技术的一种，其类似于激光选区熔化技术。首先是通过专业数据处理软件对零件的三维CAD模型进行切片处理，获得每一层的零件轮廓信息，规划好扫描路径；然后利用高能电子束作为热源，在真空环境中有选择性的对粉末材料进行逐层熔化，从而实现高致密度、高性能零件的快速制造。电子束选区熔化过程中经常会出现粉末溃散现象和成形件的翘曲变形。其中发生粉末溃散主要是由于电子束对粉末的压力和粉末吸引电子形成的库伦斥力，而发生翘曲变形主要在成形过程中温度梯度较大，存在热应力、凝固收缩力和组织应力。研究发现在电子束选区熔化成形之前以低于粉末熔化的温度对粉末床进行一定程度的预热，提高粉末床的粘附性使粉末固定在底层以提高粉末抗溃散能力。同时，预热还可以改善提高粉末床温度场的不均匀性，减小温度梯度，避免成形过程中零件发生翘曲变形。现有的电子束选区熔化技术是以高能电子束作为能量热源，对粉末床进行整体预热扫描。就电子束预热扫描方法而言，目前主要的扫描方法为：(1)反向路径扫描，即前一层沿X或Y方向以一定的扫描间距进行预热扫描，后一层则沿Y或X方向以一定的扫描间距进行扫描；(2)网格扫描，即同时沿X和Y方向以一定的扫描间距进行扫描。以上两种电子束预热扫描方法虽然能够降低成形件的温度分布不均匀程度，从而减小成形过程中成形件翘曲变形，但依然存在两个主要的缺点：(1)两种方式均是对粉末床进行整体的预热扫描，这就使得电子束扫描面积增大，其效率也有所降低；(2)除了作为成形需要熔化的粉末材料以外，其他作为支撑部分的粉末材料也受到高温热效应发生烧结，不仅在成形完成后难以清理，而且会导致该部分粉末材料重复利用率降低，甚至无法再利用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种电子束选区预热扫描方法，用于解决现有技术中存在的问题。一种电子束选区预热扫描方法，其包括如下步骤：S101、将基板划分为若干个网格区域；S103、对零件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得每一层的轮廓，并选取所述每一层的轮廓所在的网格以及包含在所述每一层的轮廓之内的网格，作为预热扫描网格区域，所述预热扫描网格区域包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一网格、第二网格、……第N网格；S105、从第一层轮廓的所述预热扫描网格区域中，依次选取所述第一网格、第二网格、……第N网格的外缘端点作为起点，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描，直至完成所述第一层轮廓的所述预热扫描网格区域的预热扫描；S107、按照步骤S105，继续第二层轮廓的预热扫描，直至完成每一层的轮廓的预热扫描，即完成所述零件的轮廓所覆盖的网格区域的全部预热扫描。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S107中，开始下一层轮廓的预热扫描时，先偏移一预设距离，然后再沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S105和步骤S107中，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描时，如所述预热扫描网格区域的中空网格对应所述零件的中空部分，则直接越过所述中空网格而不进行预热扫描。本专利技术一较佳实施方式中，步骤S103中，利用切片软件对零件的三维CAD模型进行分层切片处理。本专利技术一较佳实施方式中，预热扫描的温度低于所述基板的熔化温度。相较于现有技术，本专利技术提出一种电子束选区预热扫描方法，其根据成形零件切片分层的轮廓对基材(即粉末床)进行有选择性的预热扫描，有效改善了以往对粉末床整体预热的方式，提高了预热扫描的效率，同时还减小了支撑部分材料受到的热影响，使得材料的重复利用率得以提高。由此，既能实现对粉末床的预热，降低温度不均匀性，减小翘曲变形，又能提高材料的重复利用率。附图说明图1为本专利技术一较佳实施例提供的电子束选区预热扫描方法的流程图；图2为根据零件切片选择的某一层轮廓的预热扫描网格区域的示意图；图3为电子束在图2所示预热扫描网格区域的预热扫描路径示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。以上仅为本专利技术的优选实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本专利技术一较佳实施例提供一种电子束选区预热扫描方法，其包括：一种电子束选区预热扫描方法，其包括如下步骤：S101、将基板划分为若干个网格区域。本实施例中，将需要进行电子束预热的粉末床以边长为一定长度的网格进行划分。优选地，网格为正方形。S103、对零件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得每一层的轮廓，并选取所述每一层的轮廓所在的网格以及包含在所述每一层的轮廓之内的网格，作为预热扫描网格区域，所述预热扫描网格区域包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一网格、第二网格、……第N网格。本实施例中，针对需要进行电子束选区熔化成形的零件，利用切片软件对零件的三维CAD模型进行切片处理，获得每一层的轮廓信息，所述轮廓在粉末床上所覆盖到的网格区域即为需要进行预热扫描的区域，即预热扫描网格区域。具体地，选取每一层的轮廓所在的网格以及包含在所述每一层的轮廓之内的网格，作为预热扫描网格区域，如图2所示，可以理解的是，所述预热扫描网格区域包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一网格、第二网格、……第N网格。S105、从第一层轮廓的所述预热扫描网格区域中，依次选取所述第一网格、第二网格、……第N网格的外缘端点作为起点，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描，直至完成所述第一层轮廓的所述预热扫描网格区域的预热扫描。请参阅图3，电子束进行第一层轮廓的预热扫描，以第一网格的端点1为起点，沿X1方向和Y1方向分别同时进行扫描，然后依次以2、3、4、5、6为起点，沿着X1方向和Y1方向进行扫描。需要注意的是，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描时，如所述预热扫描网格区域的中空网格对应所述零件的中空部分，则直接越过所述中空网格而不进行预热扫描。即，当选择以4为起点进行预热扫描时，Y1方向需要越过两个网格的区域(中空网格)，因为该区域对应零件的中空部分(孔)，对此，该区域的材料仅作为支撑，不需要进行预热扫描。S107、按照步骤S105，继续第二层轮廓的预热扫描，直至完成每一层的轮廓的预热扫描，即完成所述零件的轮廓所覆盖的网格区域的全部预热扫描。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束选区预热扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、将基板划分为若干个网格区域；S103、对零件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得每一层的轮廓，并选取所述每一层的轮廓所在的网格以及包含在所述每一层的轮廓之内的网格，作为预热扫描网格区域，所述预热扫描网格区域包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一网格、第二网格、……第N网格；S105、从第一层轮廓的所述预热扫描网格区域中，依次选取所述第一网格、第二网格、……第N网格的外缘端点作为起点，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描，直至完成所述第一层轮廓的所述预热扫描网格区域的预热扫描；S107、按照步骤S105，继续第二层轮廓的预热扫描，直至完成每一层的轮廓的预热扫描，即完成所述零件的轮廓所覆盖的网格区域的全部预热扫描。

【技术特征摘要】
1.一种电子束选区预热扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、将基板划分为若干个网格区域；S103、对零件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得每一层的轮廓，并选取所述每一层的轮廓所在的网格以及包含在所述每一层的轮廓之内的网格，作为预热扫描网格区域，所述预热扫描网格区域包括沿所述轮廓外缘向内部依次相邻的第一网格、第二网格、……第N网格；S105、从第一层轮廓的所述预热扫描网格区域中，依次选取所述第一网格、第二网格、……第N网格的外缘端点作为起点，沿X方向和Y方向同时分别进行电子束预热扫描，直至完成所述第一层轮廓的所述预热扫描网格区域的预热扫描；S107、按照步骤S105，继续第二层轮廓的预热扫描，直至完成每一层的轮廓的预热扫描，即完成所述零件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭光耀，贺智锋，
申请(专利权)人：西安智熔金属打印系统有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61