本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种电子束增材制造装置及方法。
背景技术：
电子束铺粉增材制造的技术原理是：在真空环境下，电子束扫描熔化粉末层，使得连续多个粉末层熔合在一起，以制造三维实体零部件。在增材制造过程中，由于金属粉末材料导电性差，在电子束作用下容易积累电荷，带电荷的金属粉末颗粒相互排斥，产生“吹粉”现象。“吹粉”将破坏已经铺平的粉末层，导致增材制造过程的失败。
现有的解决方法是，采用电子束对粉末床进行预热，即通过特定的扫描路径，使得粉末的温度升高，温度升高后，粉末颗粒之间产生微烧结，导电性会增加，从而进一步避免吹粉，是一种“热粉床”工艺。但是，烧结的粉末给粉末去除带来困难。特别是，当制造的零件含有复杂的内流道或内腔时，内流道或者内腔的烧结粉末难以去除。并且，每一层都需要进行预热，会降低增材制造的效率。
除了上述方法外，还有通过在电子束之外，增加一个正离子源，正离子源覆盖成形区域，正离子和入射电子产生中和，避免电荷积累。这样做的好处在于：不需要对粉末层进行预热，是一种“冷粉床”工艺，粉末不会烧结，松散的粉末很容易从内流道或内腔中流出、去除。同时，省掉了预热步骤，提高增材制造效率。但是该方法需要利用氦气产生正离子，需要消耗氦气，成本较高。
因此，亟需一种成本低且能够有效抑制“吹粉”的增材制造装置及方法，来解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电子束增材制造装置及方法，可以有效避免“吹粉”问题的发生，且成本低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电子束增材制造方法，在接地的成型缸的相对两侧设置正电极和负电极，在增材制造前，施加瞬时高压于所述正电极和所述负电极，以将所述成型缸上的粉末床电击穿，使所述粉末床沿水平方向电导通。
作为优选，在铺粉完成后且电子束对所述粉末床扫描前，施加瞬时高压于所述正电极和所述负电极。
作为优选，所述瞬时高压为5000-8000v。
本发明还提供一种电子束增材制造装置，包括接地的成型缸，所述成型缸包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设有正电极，所述第二侧设有负电极，所述正电极和所述负电极之间连接有高压施加源，所述高压施加源被配置为施加瞬时高压于所述正电极和所述负电极，以将所述成型缸上的粉末床电击穿，使所述粉末床沿水平方向电导通。
作为优选，所述正电极和所述负电极分别设置于所述成型缸的左右两侧。
作为优选，所述正电极和所述负电极分别设置于所述成型缸的前后两侧。
作为优选，所述正电极和所述负电极呈水平状态设置于所述成型缸的两侧。
作为优选，所述正电极和所述负电极的一端穿过所述成型缸且接触所述粉末床设置。
作为优选，所述电子束增材制造装置还包括成型室，所述正电极和所述负电极连接的线缆绝缘且密封地穿过所述成型室设置。
作为优选，所述正电极和所述负电极连接的线缆穿设于所述成型室的同一侧。
本发明的有益效果：在完成铺送粉以后，通过在粉末床的两侧施加一个瞬时高压，以将粉末床电击穿，电击穿后的粉末床呈现沿水平方向的电导通状态，而粉末床处于接地状态，也就使得电子束扫描后的粉末上的电荷导至大地，也就有效避免“吹粉”现象的发生。其相较于现有技术中抑制“吹粉”的方式，一方面无需对粉末床进行扫描预热微烧结，进而不会导致粉末去除困难，而且不再对粉末床进行扫描预热微烧结，还缩短了单层粉末成型的时间，提供了增材制造效率；另一方面也无需消耗氦气，成本更低。
附图说明
图1是本发明提供的电子束增材制造装置的结构示意图。
图中：
1、成型缸；2、正电极；3、负电极；4、成型室；5、料斗；6、铺粉装置；7、电子束发生装置；8、粉末床。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种电子束增材制造装置，其能够在不对粉末床8进行预热微烧结的基础上，实现了对“吹粉”现象的抑制，避免出现“吹粉”现象。而且相较于通过正离子和入射电子产生中和，避免电荷积累的方式，本发明的电子束增材制造装置消耗氦气更少，成本更低。
如图1所示，上述电子束增材制造装置包括成型缸1，该成型缸1位于具有真空环境的成型室4内，于成型室4内分别设有料斗5、铺粉装置6、电子束发生装置7，通过铺粉装置6将料斗5内的金属粉末铺设于成型缸1上，使其形成粉末床8，随后由电子发生装置发出的电子束对粉末床8进行扫描熔化，通过逐层加工，最终加工出所需的三维立体零件。
本实施例中，上述成型缸1接地设置，其接地方式可以是成型缸1连接一根地线，也可以是成型室4连接地线，此时由于成型缸1与成型室4之间处于连接状态，且两者均由金属材料制成，因此成型缸1也处于接地状态。需要指出的是，当上述成型缸1接地时，由铺粉装置6铺设于成型缸1内的粉末床8也就处于接地状态。
上述成型缸1包括相对设置的第一侧和第二侧，其中第一侧设有正电极2，第二侧设有负电极3，该正电极2和负电极3之间连接有高压施加源(图中未示出)，通过该高压施加源，能够施加瞬时高压于正电极2和负电极3，进而瞬时高压通过正电极2以及负电极3施加于成型缸1的粉末床8，由于该瞬时高压数值很大，其能够将该粉末床8电击穿(介质的介电特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的绝缘特性，介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，这种现象称介电强度的破坏，也叫作电击穿)，使粉末床8处于电导通状态。而当粉末床8被电击穿处于导电状态时，在电子束发生装置7发出的电子束对粉末床8进行扫描熔化过程中，粉末床8的粉末上的电荷则会沿着导通方向流通，并最终经成型缸1导入大地，此时粉末床8上不再积累电荷，也就不存在金属粉末因带有电荷而相互排斥，也就避免了“吹粉”现象的发生。
本实施例中，上述正电极2和负电极3分别设置于成型缸1的左右两侧，当高压施加源施加瞬时高压时，粉末床8被电击穿且沿水平方向电导通。由于电击穿后的粉末床8导电存在各向异性，其只会沿水平方向电导通，而不会沿竖直方向导通。优选地，上述正电极2和负电极3呈水平状态设置于成型缸1的两侧，进一步确保粉末床8被电击穿后是沿水平方向电导通的。
可以理解的是，上述正电极2和负电极3还可以分别设置于成型缸1的前后两侧，此时粉末床8被电击穿后依旧沿水平方向电导通的。
作为优选地技术方案，上述正电极2和负电极3的一端穿过成型缸1且接触粉末床8设置，以确保瞬时高压通过正电极2以及负电极3能施加于成型缸1的粉末床8，以将粉末床8电击穿。
本实施例中，上述瞬时高压需要的数值很大，优选为5000-8000v，其可根据粉末材料的不同而调整，例如当粉末材料为tc4(ti-6al-4v)时，其瞬时高压优选为5000v。
本实施例中，上述正电极2和负电极3连接的线缆绝缘且密封地穿过成型室4设置，以实现与高压施加源的连接。优选地，正电极2和负电极3连接的线缆穿设于成型室4的同一侧，使得与高压施加源的连接更加方便。
本实施例还提供一种电子束增材制造方法，其可通过上述电子束增材制造装置来实现，具体是在铺粉装置6铺粉完成后，且即将通过电子束发生装置7发生的电子束对粉末床8扫描前，通过高压施加源施加瞬时高压于正电极2和负电极3，此时瞬时高压通过正电极2以及负电极3施加于成型缸1的粉末床8，以将成型缸1上的粉末床8电击穿，使粉末床8沿水平方向电导通，随后电子束即可对粉末床8扫描熔化，在此过程中，粉末床8产生的电荷能经粉末床8、成型缸1导入至大地，以避免“吹粉”现象的发生。
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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。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。
技术特征：
1.一种电子束增材制造方法，其特征在于，在接地的成型缸(1)的相对两侧设置正电极(2)和负电极(3)，在增材制造前，施加瞬时高压于所述正电极(2)和所述负电极(3)，以将所述成型缸(1)上的粉末床电击穿，使所述粉末床沿水平方向电导通。
2.根据权利要求1所述的电子束增材制造方法，其特征在于，在铺粉完成后且电子束对所述粉末床扫描前，施加瞬时高压于所述正电极(2)和所述负电极(3)。
3.根据权利要求1所述的电子束增材制造方法，其特征在于，所述瞬时高压为5000-8000v。
4.一种电子束增材制造装置，其特征在于，包括接地的成型缸(1)，所述成型缸(1)包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设有正电极(2)，所述第二侧设有负电极(3)，所述正电极(2)和所述负电极(3)之间连接有高压施加源，所述高压施加源被配置为施加瞬时高压于所述正电极(2)和所述负电极(3)，以将所述成型缸(1)上的粉末床电击穿，使所述粉末床沿水平方向电导通。
5.根据权利要求4所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述正电极(2)和所述负电极(3)分别设置于所述成型缸(1)的左右两侧。
6.根据权利要求5所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述正电极(2)和所述负电极(3)分别设置于所述成型缸(1)的前后两侧。
7.根据权利要求5或6所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述正电极(2)和所述负电极(3)呈水平状态设置于所述成型缸(1)的两侧。
8.根据权利要求5所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述正电极(2)和所述负电极(3)的一端穿过所述成型缸(1)且接触所述粉末床设置。
9.根据权利要求8所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述电子束增材制造装置还包括成型室(4)，所述正电极(2)和所述负电极(3)连接的线缆绝缘且密封地穿过所述成型室(4)设置。
10.根据权利要求9所述的电子束增材制造装置，其特征在于，所述正电极(2)和所述负电极(3)连接的线缆穿设于所述成型室(4)的同一侧。
技术总结
本发明属于增材制造技术领域，公开了一种电子束增材制造装置及方法，电子束增材制造方法包括：在接地的成型缸的相对两侧设置正电极和负电极，在增材制造前，施加瞬时高压于所述正电极和所述负电极，以将所述成型缸上的粉末床电击穿，使所述粉末床沿水平方向电导通。本发明在完成铺送粉以后，通过在粉末床的两侧施加一个瞬时高压，以将粉末床电击穿，电击穿后的粉末床呈现沿水平方向的电导通状态，而粉末床处于接地状态，也就使得电子束扫描后的粉末上的电荷导至大地，也就有效避免“吹粉”现象的发生。
技术研发人员：郭超;李龙
受保护的技术使用者：天津清研智束科技有限公司
技术研发日：2021.04.28
技术公布日：2021.06.18
声明：
“电子束增材制造装置及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：天津清研智束科技有限公司
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2024年09月19日 ~ 21日 
