一种金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法与流程

本申请涉及金属增材制造，尤其涉及一种金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法。

背景技术：

1、电子束粉床熔融是一种金属增材制造工艺，其通常在真空成形腔内逐层铺设金属粉末，并依次对粉末层进行预热和选择性熔融。对于钛合金等活性金属粉末，粉末层经预热后会形成一定程度的烧结，以提高粉末层的稳定性，减少电子束作用时的粉末飞散。成形完成后，未熔融粉末经解聚、筛分和检测，可重新参与后续粉末层的铺设。

2、在电子束成形过程中，成形腔可能因密封状态变化而出现真空异常。特别是在当前粉末层已经完成选择性熔融、下一粉末层尚未铺设时发生异常，粉床中不同位置及不同深度的粉末受预热过程、熔融区域和冷却条件影响，温度分布并不均匀。若等待整个粉床完全冷却后再进行粉末回收，设备停机时间较长；若提前对温度较低的粉末进行连续解聚和抽吸，已经形成的解聚空间又可能成为气体流动阻力较小的通路，使成形腔内的气体向仍处于高温状态的粉末区域流动，增加活性金属粉末发生氧化的可能。

3、现有粉末回收方式通常按照整个粉床或者较大的粉末批次进行统一解聚、筛分和回用处理，较少结合异常终止前各粉末层的热历史、异常终止后的局部冷却状态以及解聚吸取过程中的气体状态，对不同区域的粉末分别确定回收时机和回用方式。因此，现有技术难以在避免高温粉末受到异常气氛影响的同时，提前回收已经具备回收条件的粉末，并对不同异常暴露程度的回收粉末进行有针对性的循环利用。

技术实现思路

1、本申请旨在解决电子束粉床熔融过程中发生真空密封异常时，等待整个粉床冷却会延长停机时间，而提前连续解聚粉末又可能使气体沿解聚空间流向高温粉末区域，导致高温粉末受到异常气氛影响，且不同暴露程度的回收粉末难以分别利用的问题。

2、根据本申请的一方面，提供一种金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，应用于具有可移动解聚吸粉头的电子束粉床熔融设备，所述方法包括：

3、s10在逐层铺设钛合金粉末、预热粉末层并进行选择性熔融的过程中，记录各粉末层的预热信息和熔融区域；

4、s20在当前粉末层完成选择性熔融且下一粉末层尚未铺设时，响应于成形腔真空密封异常，停止电子束成形，将停止电子束成形的时刻确定为异常终止时刻，并向成形腔回填惰性气体；

5、s30将粉床自由表面划分为多个回收单元，根据所述预热信息、熔融区域和自异常终止时刻起的冷却时间确定高温粉末区域；

6、s40从高温粉末区域之外选择相互不邻接的回收单元作为当前回收单元，利用所述解聚吸粉头解聚并吸取各当前回收单元内的钛合金粉末，并在形成的解聚空间与高温粉末区域之间保留连续的未解聚粉末隔离区域；

7、s50获取解聚吸粉头吸出气体的温度和氧浓度，根据所述温度和氧浓度判断解聚空间是否形成通向高温粉末区域的气体流动通路；当形成所述气体流动通路时，停止向未解聚粉末隔离区域扩展解聚并保持所述未解聚粉末隔离区域；当未形成所述气体流动通路时，继续解聚当前回收单元；

8、s60待高温粉末区域内粉末的估算温度均不高于成形腔当前氧浓度所对应的允许暴露温度后，解聚并吸取所述未解聚粉末隔离区域内的钛合金粉末；

9、s70根据各回收单元对应粉末的异常热氧暴露情况和检测结果，将所回收钛合金粉末直接用于后续粉末层铺设、与新粉配合后用于后续粉末层铺设或者退出循环。

10、与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

11、本申请在电子束成形因真空密封异常而终止后，利用异常终止前记录的预热信息和熔融区域，并结合异常终止后的冷却时间确定高温粉末区域，能够区分暂不适宜暴露的粉末与已经具备回收条件的粉末，无需等待整个粉床完全冷却后再进行回收。

12、本申请从高温粉末区域之外选择相互不邻接的回收单元进行解聚吸取，并在形成的解聚空间与高温粉末区域之间保留连续的未解聚粉末隔离区域，利用未解聚粉末对气体流动的阻滞作用，降低解聚吸取引起的气体流动对高温粉末区域的影响。

13、本申请根据解聚吸粉头吸出气体的温度和氧浓度判断解聚空间是否形成通向高温粉末区域的气体流动通路，并据此控制是否继续扩展解聚，使粉末回收过程能够随粉床内部气体流动状态进行调整；待高温粉末区域满足暴露条件后再对其周围的未解聚粉末进行回收，能够兼顾粉末回收效率与高温粉末的异常氧化控制。

14、此外，本申请根据不同回收单元内粉末的异常热氧暴露情况和检测结果确定相应的循环利用方式，能够减少异常终止过程中受影响程度不同的粉末相互混合，降低不适宜回用的粉末进入后续铺粉过程的可能性。

1.一种金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，应用于具有可移动解聚吸粉头的电子束粉床熔融设备，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，按照各粉末层在成形缸内的层高位置和面内坐标，将位于同一回收单元下方的粉末区域关联为粉末柱；

3.根据权利要求2所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，根据成形腔当前氧浓度确定钛合金粉末的允许暴露温度；

4.根据权利要求1所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，所述相互不邻接是指同一次解聚吸取的任意两个当前回收单元不具有共用边界；

5.根据权利要求4所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，根据所述预热信息确定未解聚钛合金粉末的烧结程度，并根据所述烧结程度和解聚吸粉头的抽吸压差确定未解聚粉末隔离区域的隔离宽度，使经所述未解聚粉末隔离区域流向高温粉末区域的气体流量不高于预设允许流量。

6.根据权利要求2所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，在将回收单元确定为当前回收单元前，沿该回收单元对应的粉末柱自粉床自由表面向下查找首个估算温度高于允许暴露温度的粉末层；

7.根据权利要求1所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，在开始解聚当前回收单元前，获取成形腔内的气体温度和氧浓度，分别作为温度基准和氧浓度基准；

8.根据权利要求5所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，随着自异常终止时刻起的冷却时间增加，重新确定所述高温粉末区域；

9.根据权利要求1所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，根据自异常终止时刻起各回收单元对应粉末的估算温度、成形腔内的氧浓度和解聚吸取前的等待时间，确定解聚吸取前的热氧暴露量；

10.根据权利要求9所述的金属增材制造粉末的铺设及循环利用方法，其特征在于，对分别收集的钛合金粉末进行筛分，并检测筛分后钛合金粉末的氧含量和粒度分布；