束发生装置3的扫描模式，以使熔化区100与粉末区101之间的温度差始终处于较合理的范围内，即使得热应力能够很好的保持在一定范围内，最佳状态时热应力保持不变。
[0072]本实施例中，预设温度下限值Tl和预设上温度上限值Τ2均可以设为范围值，具体的，以钛合金(Ti6A14V)粉末为例，预设温度下限值Tl的范围500-800°C，预设上温度上限值T2 为 700-1000°C。
[0073]S140:结束粉末层熔合。
[0074]通过步骤S130，持续的对扫描过程中熔化区100与粉末区101之间温度差的控制，进而对热应力进行控制，直至将上述截面熔化完全，完成粉末层的熔合。
[0075]本实施例中，如图5所示，所述控制电子束发生装置3的发出电子束31对所述粉末层进行预热主要采用以下方式进行:
[0076]S200:将所述粉末层分成η个子区域；
[0077]对粉末层预热时，电子束31的扫描速度快，扫描范围内的材料不会发生熔化。本实施例中电子束31采用分区扫描的方法:即将扫描范围分割为η(η>1)个长条形子区域，具体参照图6，以分成6个子区域为例，将上述6个子区域分为110-1、110-2、110-3、110-4、110-5、110-6，在每个子区域内设置若干平行的扫描路径1100(图6中仅在110-6子区域内示出)，扫描路径11OO间距设置为0.05-0.2mm。
[0078]S210:控制电子束发生装置3发出电子束31对第一个子区域扫描预设时间t，并沿同一方向依次对其余子区域扫描预设时间t;
[0079]即由电子束31对110-1子区域进行扫描，且扫描时间为t，此时在时间t内可能110-1子区域并未被完全扫描，例如假设子区域总长度为d，那么在t时间内电子束31对子区域的扫描长度为dl，且dl<d;随后跳转到110-2子区域处，对110-2子区域开始扫描，同样扫描时间为t(也就扫描了同样长的距离)；依次类推，沿同一方向，依次对后续的110-3、110-4、110-5、110-6子区域进行时间t的扫描。
[0080]S220:当电子束对第η个子区域扫描预设时间t后，控制电子束发生装置跳转到第一个子区域未扫描部分；
[0081]当扫描110-6子区域时间t后，控制电子束31跳转至110-1子区域未扫描的部分，SP准备下一段距离的扫描。
[0082]S230:循环上述扫描过程至所述粉末层完全扫描完毕。
[0083]即循环上述步骤S210以及S220，直至粉末层各子区域内的所以路径均被扫描。
[0084]通过上述分区扫描预热，电子束31可以多遍预热，使得粉末层的温度持续升高。相对于严格按照相邻顺序扫描的方式比，本发明提出的分区扫描，使得子区域之间的温度差别更小，温度更均匀，不同子区域内的热应力更加一致，有利于对热应力的控制。
[0085]下面对本实施例的粉床式电子束增材制造中热应力的控制方法的熔合过程加以说明:
[0086]参照图7，以三维实体零件12的一个截面的部分截面90为例，本实施例将该部分截面90分为三个区域，S卩901、902、903三个区域，上述部分截面90的熔合过程主要包括以下步骤:
[0087]S300，电子束发生装置3进入粉末层预热模式，直至粉末层的粉末区101的平均温度值大于T2;
[0088]S310，电子束发生装置3切换至截面扫描模式，电子束31扫描了截面90的901区域，并熔化了901区域的粉末材料。与此同时，粉末层由于得不到电子束31的能量输入，温度会降到Tl以下；
[0089]S320，电子束发生装置3切换至粉末层预热模式，直至粉末层的粉末区101的平均温度值大于T2 ；
[0090]S330;电子束发生装置3切换至截面扫描模式，电子束31扫描了截面90的902区域，并熔化了902区域内的粉末材料。与此同时，粉末层由于得不到电子束31的能量输入，温度降到Tl以下；
[0091]S340:电子束发生装置3切换至粉末层预热模式，直至粉末层的粉末区101的平均温度值大于T2 ；
[0092]S350:电子束发生装置3切换至截面扫描模式，电子束31扫描了截面90的903区域，并熔化了 903区域内的粉末材料，完成该部分截面90的熔合。与此同时，粉末层由于得不到电子束能量输入，温度下降，但温度仍然高于Tl。
[0093]通过上述方式对截面进行熔合，截面扫描和粉末层预热扫描是相互交错的，且在整个过程中，粉末层的平均温度保持在Tl与T2之间，使得截面熔合的过程中热应力被控制在一定范围。
[0094]显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种粉床式电子束增材制造中热应力的控制装置，包括位于真空室(I)外侧的摄像机(4)，所述真空室(I)内部设有铺设粉末层的成形缸(2)，成形缸(2)上方设有电子束发生装置(3)，所述电子束发生装置(3)与摄像机(4)均连接于控制装置，所述真空室(I)上沿摄像机(4)拍摄方向设有透明的玻璃窗口(5)，所述摄像机(4)透过玻璃窗口(5)对真空室(I)内部拍摄图像，且拍摄的图像包含所述粉末层以及其温度分布信息，其特征在于，所述玻璃窗口(5)的一侧设有密封穿过真空室(I)且可转动的转轴(6)，所述转轴(6)固接有位于真空室(I)内的挡板(7)，所述挡板(7)由转轴(6)带动在遮挡玻璃窗口(5)的位置与错开玻璃窗口(5)的位置之间切换。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述真空室(I)与转轴(6)之间通过磁流体密封件(8)密封连接。3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述挡板(7)在遮挡玻璃窗口(5)的位置与错开玻璃窗口(5)的位置之间切换的角度小于90°。4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述挡板(7)处于错开玻璃窗口(5)的位置的时间不小于摄像机(4)拍摄一次图像的时间。5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述摄像机(4)为热成像摄像机。6.一种粉床式电子束增材制造中热应力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 开始粉末层恪合； 控制摄像机(4)对所述粉末层进行摄像，获取所述粉末层的粉末区的各点温度值； 根据所述粉末层的粉末区的各点温度值计算出所述粉末区的平均温度值T; 将平均温度值T与预设温度下限值Tl以及预设温度上限值T2比较，根据比较结果控制电子束发生装置(3)对所述粉末层进行处理； 结束粉末层熔合。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制摄像机(4)对所述粉末层进行摄像包括: 控制转轴(6)带动挡板(7)从遮挡玻璃窗口(5)的位置旋转至错开玻璃窗口(5)的位置，并从错开玻璃窗口( 5)的位置再次旋转至遮挡玻璃窗口( 5)的位置； 所述挡板(7)处于错开玻璃窗口(5)的位置时，控制摄像机(4)透过玻璃窗口(5)对粉末层进行摄像。8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据比较结果控制电子束发生装置(3)对所述粉末层进行处理包括: 当T<T1时，控制电子束发生装置(3)发出电子束(31)对所述粉末层进行预热； 当Τ>Τ2时，控制电子束发生装置(3)发出电子束(31)对所述粉末层进行截面熔化。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制电子束发生装置(3)发出电子束(31)对所述粉末层进行预热包括: 将所述粉末层分成η个子区域，所述η大于I; 控制电子束发生装置(3)发出电子束(31)对第一个子区域扫描预设时间t，并沿同一方向依次对其余子区域扫描预设时间t; 当电子束(31)对第η个子区域扫描预设时间t后，控制电子束发生装置(3)跳转到第一个子区域未扫描部分，循环上述扫描过程至所述粉末层完全扫描完毕。
【专利摘要】本发明公开了一种粉床式电子束增材制造中热应力的控制装置，包括位于真空室上且沿摄像机拍摄方向设置的透明的玻璃窗口，摄像机透过玻璃窗口对真空室内部拍摄图像，且拍摄的图像包含粉末层以及其温度分布信息；玻璃窗口的一侧设有密封穿过真空室且可转动的转轴，转轴固接有位于真空室内的挡板，挡板由转轴带动在遮挡玻璃窗口的位置与错开玻璃窗口的位置之间切换。本发明还提供一种控制方法，用于对增材制造中热应力的控制。本发明采用摄像机透过玻璃窗口对真空室内部拍摄图像，且拍摄的图像包含粉末层以及其温度分布信息，能够更好的实现对增材制造中热应力的控制；通过设置挡板，能够有效地保持玻璃窗口的透明度，降低了玻璃窗口的更换频率。
【IPC分类】B22F3/105
【公开号】CN105499567
【申请号】CN201510934523
【发明人】郭超, 林峰, 葛文君, 张磊, 向虎
【申请人】天津清研智束科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月15日