一种电子束熔丝增材制造装置的制作方法

本发明可用于金属零部件的增材制造领域，特别涉及一种电子束熔丝增材制造装置。

背景技术：

增材制造技术又名3D打印或快速成形技术。它是一种以数字三维模型图文件为基础，运用金属粉末、金属丝材或可粘合性塑料等材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。快速成形制造技术被广泛用在模具制造、工业设计等领域，现正逐渐用于一些产品的直接制造,特别是一些高价值的应用，比如人体植入髋关节、牙齿和一些飞机零部件等。

金属零部件快速成形制造方法主要有激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)、激光同轴送粉直接制造、电子束熔丝成形(EBAM)、电子束选区熔化成形(EBM)等方法。这几种方法都不同程度存在着局限性，比如几种采用激光为热源的增材制造方法和电子束选区熔化成形都是采用金属粉末作为成形原材料，这些方法所需金属粉末制造难度大，容易受到污染，不易保存，使用成本高，成形效率低。电子束熔丝成形采用金属丝材作为成形原材料，最大的优点是成形速度快，但成形精度较低，适用于制造大型复杂零件的毛坯。

现有电子束熔丝快速成形技术是以电子束作为热源，在基材或上一层熔化堆积层表面形成熔池，并将金属丝送入熔化区域实现逐层堆积快速成形制造。现有的电子束熔丝增材制造装置机床运动模式可分为三种：(1)电子枪固定，由零件承载平台在真空室内进行X、Y、Z三个方向的运动，调整工作面的位置和运动方向；(2)电子枪可在水平X方向和竖直Z方向运动，零件承载平台在Y垂直方向运动，两者相配和实现试验调整零件位置和运动方向；(3)电子枪可在X、Y、Z三个方向的运动。

这几种方法都存在以下缺点：(1)电子枪、送丝机构、零件承载平台都安装在真空成形室内，能够生产的零件尺寸受到内部运动机构行程的限制，真空成形室的利用率低，为了生产大零件必须制造更大的真空成形室。(2)送丝机构安装在真空成形室内部，更换焊丝时必须对真空成形室放气，影响到零件的连续加工，生产效率大大降低。(3)送丝位置固定，不能保证焊丝始终从熔池的前方送入，成型效果差。总之，采用普通熔丝快速成形设备不利于大型金属零件的电子束熔丝增材制造。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，有必要提供一种电子束熔丝增材制造装置，在能最大限度利用成型真空室的同时，具有更高的生产效率和成型精度。

本发明解决技术问题提供的技术方案是：

一种电子束熔丝增材制造装置，其包括真空成形室、零件承载平台、电子枪和电子枪真空室，所述的电子枪真空室安装在所述成型真空室顶部，并与所述成型真空室相连通，所述的零件承载平台安装在所述真空成形室内部，所述电子枪真空室内设置有电子枪升降导轨，所述电子枪安装在所述电子枪升降导轨上，所述电子枪可沿所述电子枪升降导轨上下移动。

本发明实施例中，所述电子枪升降导轨与所述电子枪真空室顶面垂直设置。

本发明实施例中，所述分离阀门安装在所述成型真空室内侧的顶部，所述的分离阀门可沿所述真空室内侧的顶部移动至所述成型真空室和所述电子枪真空室的连通处，以隔离所述真空成形室和所述电子枪真空室。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置还包括真空管路和真空系统，所述真空系统通过所述真空管路与所述成型真空室和所述电子枪真空室相联通，用于对所述成型真空室和所述电子枪真空室相联通进行抽真空处理。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置还包括电源控制系统，所述电源控制系统用于控制所述真空系统、零件承载平台、电子枪和分离阀门完成各种功能和动作，所述电源控制系统用于控制所述真空系统、零件承载平台、电子枪和分离阀门完成各种功能和动作。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置还包括开设于所述电子枪真空室一侧的焊丝更换窗口。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置所述零件承载平台可在水平方向精确移动。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置还包括送丝盘环形运动装置，所述电子枪还包括电子枪外壳，所述送丝盘环形运动装置安装在所述电子枪外壳上。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置还包括送丝枪和送丝盘，所述送丝盘安装在所述送丝盘环形运动装置上，所述送丝盘用于安装焊丝，所述送丝枪与所述送丝盘通过焊丝相连接，所述送丝枪用于将所述送丝盘的焊丝发射到所述电子枪的枪口位置。

本发明实施例中，所述电子束熔丝增材制造装置所述送丝盘可以围绕所述电子枪的中线做圆周运动。

与现有技术相比较，本发明的电子束熔丝增材制造装置采用垂直升降的电子枪，可以最大限度的利用成型真空室的空间，有利于大型金属零件的成形制造，降低生产制造成本；采用送丝盘安装和送死盘运动方式可以始终保证焊丝从熔池前方送入熔化区域，有利于焊缝成型，提高增材制造成型效果；另外，采用分离阀门将成型真空室和电子枪真空室分离，能够在不破坏成型真空室真空的条件下更换焊丝和灯丝，有利于长时间工作制造大型金属零件。

附图说明

图1是本发明实施例的一种电子束熔丝增材制造装置结构示意图。

图1中各元件说明如下：

1.真空成形室；2.零件承载平台；3.待成型零件；4.送丝枪；5.送丝盘；6.真空管路；7.真空系统；8.电源控制系统；9.电子枪；10.电子枪升降导轨；11.电子枪真空室；12.分离阀门；13.送丝盘环形运动装置；14.电子枪外壳；15.焊丝更换窗口。

图2是图1中的电子束熔丝增材制造装置最大空间利用效果示意图。

图3是图1中的电子束熔丝增材制造装置更换焊丝和灯丝效果示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施案例提供的电子束熔丝增材制造装置包括：真空成形室1、零件承载平台2、送丝枪4、送丝盘5、真空管路6、真空系统7、电源控制系统6、电子枪9、电子枪升降导轨10、电子枪真空室11、分离阀门12、送丝盘环形运动装置13、焊丝更换窗口15。所述电子枪9包括电子枪外壳14。

所述电子枪真空室11安装在所述成型真空室1外侧的顶部，并与所述成型真空室1相通。所述零件承载平台2安装在所述真空成形室1内部，可在水平方向精确移动。所述送丝枪4、所述送丝盘5、所述电子枪9、所述电子枪升降导轨10、所述送丝盘环形运动装置13安装在所述电子枪真空室11内部。

所述送丝盘环形运动装置13安装在所述电子枪外壳14上，所述送丝盘5安装在所述送丝盘环形运动装置13上。所述送丝盘5用于安装焊丝，所述送丝枪4与所述送丝盘5通过焊丝相连接，所述送丝枪4用于将所述送丝盘5中的焊送至所述电子枪9的枪口位置，为形成待成型零件3提供焊丝原料。所述送丝盘5可以围绕所述电子枪9的中线做圆周运动，能够使焊丝始终从所述熔池的前方送入

所述电子枪升降导轨10与所述电子枪真空室11顶面垂直设置，所述电子枪9安装在所述电子枪升降导轨10上，所述电子枪9依靠所述电子枪升降导轨10可在成型真空室内精确的升降，并能保持稳定的位置，所述的电子枪能够精确的发射电子束，以便于对所述送丝枪4提供的焊丝原料进行加热堆积处理。所述电子枪9发射的电子束作为热源，在基材或上一层熔化堆积层表面形成熔池，所述送丝枪4将焊丝送入所述熔池实现逐层堆积快速成形制造。

所述分离阀门12安装在所述成型真空室1内侧的顶部，所述的分离阀门12可沿所述真空室内侧的顶部移动至所述成型真空室1和所述电子枪真空室11的连通处，以隔离真空成形室1和电子枪真空室11。在需要更换焊丝或更换灯丝的时候可以关闭所述分离阀门12，从而隔离所述真空成形室1和所述电子枪真空室11.

所述焊丝更换窗口15设置电子枪真空室11的一侧，在所述在需要更换焊丝的时候，可将所述电子枪9升高至所述电子枪成形真空室11上部，然后关闭所述分离阀门12，隔离所述真空成形室1和所述电子枪真空室11，然后对所述电子枪真空室11放气，通过所述焊丝更换窗口15更换新的焊丝和灯丝。

所述真空系统7通过所述真空管路6与所述成型真空室1和所述电子枪真空室11相联通，用于对所述成型真空室1和所述电子枪真空室11相联通进行抽真空处理。

所述电源控制系统6用于为所述电子束熔丝增材制造装置提供电源控制，所述真空系统7、所述零件承载平台2、所述送丝枪4、所述送丝盘5、所述电子枪9、所述电子枪升降导轨10、所述分离阀门12、所述送丝盘环形运动装置13均需要在所述电源控制系统6的控制下完成各种功能和动作。

如图2所示，为本发明的电子束熔丝增材制造装置最大空间利用效果示意图。当需打印大型零部件时，所述电子枪9、所述送丝枪4和所述送丝盘5可以逐步沿所述电子枪升降导轨10收回到所述电子枪真空室11内，被打印的大型零部件可以占满整个所述真空成形室1，从而满足了打印大型零部件的需求。

如图3所示，为本发明的电子束熔丝增材制造装置更换焊丝和灯丝效果示意图。当所述电子束熔丝增材制造装置正在工作且需要更换所述送丝盘5的焊丝和所述电子枪9的灯丝时，可以将所述电子枪9升高至所述电子枪成形真空室11上部，然后关闭所述分离阀门12，隔离所述真空成形室1和所述电子枪真空室11，然后对所述电子枪真空室11放气，通过所述焊丝更换窗口15更换新的焊丝和灯丝。

综上所述，本发明的电子束熔丝增材制造装置采用垂直升降的电子枪，可以最大限度的利用成型真空室的空间，有利于大型金属零件的成形制造，降低生产制造成本；采用送丝盘安装和送死盘运动方式可以始终保证焊丝从熔池前方送入熔化区域，有利于焊缝成型，提高增材制造成型效果；另外，采用分离阀门将成型真空室和电子枪真空室分离，能够在不破坏成型真空室真空的条件下更换焊丝和灯丝，有利于长时间工作制造大型金属零件。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。