电子束选区熔化装置及其控制方法与流程

本发明涉及增材制造设备，尤其涉及电子束选区熔化装置及其控制方法。

背景技术：

1、电子束选区熔化（electron beam selective melting，ebsm）是一种先进的金属3d打印（增材制造）技术，它在高真空环境里，利用高能电子束作为热源，根据三维模型数据，逐层轰击并熔化金属粉末，最终堆积成形为复杂的金属实体零件。

2、相关技术中，ebsm设备普遍将成形缸置于真空主舱中，内置成形缸的方案只能实现单炉次生产，即打印前维护设备、加入粉末、调整成形底板、检查铺粉刮刀机构，维护完成后对真空主舱抽真空，抽真空工序完成后开始打印，打印完成后通入高导热系数的惰性气体到主真空舱进行冷却，等待成形缸内粉末和零件温度降低至不被氧化的安全条件下破真空完成一炉次打印。将成形缸内置于真空主舱中，不仅占用了真空主舱内部空间，而且成形缸的升降机构长期处于高真空、高温及粉末环境中，运行的可靠性下降。同时，由于真空主舱同时覆盖成形区域和升降机构所在区域，导致真空处理容积较大，抽真空、破真空及冷却过程耗时长，生产效率低、耗材能源消耗大导致生产成本高。

3、因此，亟需一种电子束选区熔化装置及其控制方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供电子束选区熔化装置，提高了举升组件和升降组件的使用寿命，并且提高了零件冷却效率，降低了生产成本，提高了生产效率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、电子束选区熔化装置，包括：

4、真空主舱，所述真空主舱内设有铺粉平台、铺粉机构和电子束加热组件，所述铺粉平台的中部设有对接口；

5、成形缸，设置于所述真空主舱的外部，所述成形缸设有成形空间，所述成形空间内设有活塞板组件，所述成形空间的上下两端分别设有第一开口和第二开口；

6、举升组件，所述举升组件的升降端设有缸体底座，所述举升组件配置为驱动所述缸体底座密封连接于所述第二开口处，并能驱动所述成形缸上升或下降，以使所述第一开口与所述对接口密封对接或分离；

7、升降组件，所述升降组件的升降端穿设于所述缸体底座并与所述活塞板组件连接，所述升降组件配置为驱动所述活塞板组件上升或下降；

8、抽真空组件，配置为对所述真空主舱和所述成形空间抽真空；

9、插板阀组件，配置为打开或关闭所述对接口；

10、气体供给组件，在所述插板阀组件关闭所述对接口后，所述气体供给组件配置为向所述成形空间内通入惰性气体，所述惰性气体配置为将所述成形空间内的热量传递至所述成形缸的缸壁上。

11、可选地，所述插板阀组件包括：

12、插板，所述插板沿水平方向滑动设置于所述真空主舱的底部；

13、第一驱动件，所述第一驱动件的输出端与所述插板连接，所述第一驱动件配置为驱动所述插板沿水平方向移动以关闭或打开所述对接口。

14、可选地，所述电子束选区熔化装置还包括柔性密封管，所述成形缸的外壁设有连接法兰，至少部分所述成形缸设置于所述柔性密封管内，所述柔性密封管的一端与所述真空主舱密封连接，另一端与所述连接法兰密封连接。

15、可选地，所述抽真空组件包括：

16、第一真空泵，所述第一真空泵的输出端与所述真空主舱连通；

17、连通管，所述缸体底座构造为筒状结构，所述缸体底座的侧壁设有第一接口，所述连通管的一端与所述真空主舱连通，另一端与所述第一接口连通；

18、第一阀门，设置于所述连通管靠近所述真空主舱的一端，所述第一阀门配置为使所述真空主舱与成形空间连通。

19、可选地，所述缸体底座上还设有进气口，所述气体供给组件包括进气管和第二阀门，所述进气管的一端与所述进气口连通，所述进气管的另一端与惰性气源连通，所述第二阀门设置于所述进气管上。

20、可选地，所述成形缸的外壁上设有控温隔离层，所述控温隔离层包括多个互相连通的控温腔室，所述电子束选区熔化装置还包括控温组件，所述控温组件配置为在所述电子束加热组件工作过程中对所述控温腔室抽真空；或，在打印完零件后，所述控温组件配置为向所述控温腔室内通入冷却介质。

21、可选地，所述控温组件包括：

22、三通阀，所述三通阀包括第一阀口、第二阀口和第三阀口；

23、高压气源，所述高压气源通过第一连接管与所述第一阀口连通；

24、第二真空泵，所述第二真空泵通过第二连接管与所述第二阀口连通；

25、第三连接管，所述控温腔室设有第一进口和第一出口，所述第一出口设有第三阀门，所述第三连接管的一端与所述第一进口连通，另一端与所述第三阀口连通，所述三通阀配置为使所述第一阀口与所述第三阀口连通，或使所述第二阀口与所述第三阀口连通。

26、可选地，所述控温组件还包括雾化组件，所述雾化组件的输出端与所述第一阀口连通，所述雾化组件配置为将所述冷却介质进行雾化，雾化后的冷却介质能随所述高压气源进入所述控温腔室。

27、可选地，所述控温组件还包括压力检测组件，所述压力检测组件配置为检测所述控温腔室内的正压压力和/或负压压力；

28、和/或，所述控温隔离层的外部设有保温隔离层。

29、本发明的另一个目的在于提供电子束选区熔化装置的控制方法，提高了零件冷却效率，显著缩短了单炉次生产周期，提高了生产效率，并降低了生产成本。

30、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

31、电子束选区熔化装置的控制方法，采用上述的电子束选区熔化装置执行，所述电子束选区熔化装置的控制方法包括：

32、控制所述举升组件的升降端驱动所述缸体底座与所述成形缸的第二开口密封对接，并驱动所述成形缸向上移动，以使所述成形缸的第一开口与所述铺粉平台的对接口密封对接；

33、控制所述升降组件驱动所述活塞板组件向上移动，以使所述活塞板组件的上表面与所述铺粉平台平齐；

34、控制所述抽真空组件对所述真空主舱和所述成形空间进行抽真空；

35、控制所述铺粉机构在所述活塞板组件上逐层铺设金属粉末，并控制所述电子束加热组件按照预设扫描路径对所述金属粉末进行逐层熔化，以形成打印零件；

36、在所述打印零件形成后，控制所述插板阀组件关闭所述对接口，以隔离所述成形空间与所述真空主舱，并控制所述惰性气体供给组件向所述成形空间内通入惰性气体，以将所述成形空间内的热量导热至所述成形缸的缸壁上，对所述打印零件进行冷却。

37、有益效果：

38、本发明提供的电子束选区熔化装置，将成形缸、举升组件和升降组件均设置于真空主舱的外部，利用举升组件驱动成形缸与真空主舱的对接口密封对接，升降组件的升降端穿设于缸体底座与活塞板组件连接，使活塞板组件在成形缸内升降，以在打印过程中使活塞板组件逐层下降，减少了对真空主舱内部空间的占用，可以避免高温辐射及粉末对举升组件和升降组件的影响，提高举升组件和升降组件运行可靠性和使用寿命。通过设置插板阀组件，在零件打印完成后关闭对接口，使成形空间与真空主舱相互隔离，通过气体供给组件向成形空间内通入惰性气体，避免零件氧化的同时将成形空间内的热量传递至成形缸的缸壁上，可对打印完成的零件及成形空间进行独立冷却，减少惰性气体的消耗量和充气时间，有利于缩短单炉次生产周期、降低冷却过程中的能源及惰性气体消耗，降低了生产成本，提高了整体生产效率。

39、本发明提供的电子束选区熔化装置的控制方法，在打印完成后利用插板阀组件将成形空间与真空主舱隔离，并仅对成形空间进行独立冷却，提高了零件及粉末的冷却效率，显著缩短了单炉次生产周期，提高了电子束选区熔化装置的连续生产能力和生产效率。同时，由于冷却对象由整个真空主舱缩减为成形空间，能够大幅减少惰性气体的用量以及抽真空、充气和冷却过程中的能源消耗，从而降低设备运行成本和零件制造成本。