必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0046]如圖1所示，本發(fā)明提供一種粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制裝置，安裝在粉床式電子束增材制造裝置上，具體的，上述增材制造裝置包括有真空室I，在真空室I內(nèi)部設(shè)有鋪設(shè)粉末層的成形缸2，在成形缸2的上方設(shè)有電子束發(fā)生裝置3，用于產(chǎn)生電子束31并進(jìn)入到真空室I中，同時可在控制裝置(例如計(jì)算機(jī)等控制設(shè)備)的控制下改變電子束31的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)任意路徑的掃描。需要指出的是，上述電子束發(fā)生裝置3的工作需處于真空狀態(tài)，因此本實(shí)施例的真空室I連接于真空設(shè)備，例如通過機(jī)械栗、分子栗或者擴(kuò)散栗連接相關(guān)閥體，對真空室I進(jìn)行抽真空；
[0047]在真空室I內(nèi)設(shè)有粉箱9，用于盛放粉末材料，并可以定量地向外輸送粉末材料;在粉箱9的下方設(shè)有鋪粉平臺10，粉箱9輸送的粉末材料置于上述鋪粉平臺10上;在鋪粉平臺10的上方設(shè)有鋪粉裝置11，其可水平運(yùn)動，且其水平運(yùn)動行程涵蓋鋪粉平臺10及成形缸2的上方;通過鋪粉裝置11能夠?qū)伔燮脚_10上的粉末材料鋪設(shè)在成形缸2上并形成粉末層，隨后由電子束發(fā)生裝置3產(chǎn)生電子束31對該粉末層進(jìn)行掃描融合。
[0048]成形缸2包括成形缸筒21以及位于成形缸筒21內(nèi)的活塞22，上述粉末層置于活塞22上并與成形缸筒21的上表面平齊，當(dāng)電子束31對該粉末層融合完成后，活塞22下降一個粉末層厚度的距離，一層新的粉末被鋪在活塞22上，電子束31繼續(xù)熔合新的粉末層。如此，通過連續(xù)熔合一個以上粉末層的方式，制造出三維實(shí)體零件12。三維實(shí)體零件12被未熔化的粉末材料包裹。在制造出三維實(shí)體零件12后，可將三維實(shí)體零件12取出，未熔化的粉末材料則可被回收再次使用。
[0049]本實(shí)施例的粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制裝置包括位于真空室I外側(cè)的攝像機(jī)4，具體的，該攝像機(jī)4為熱成像攝像機(jī)，其設(shè)置在真空室I的頂壁上，利用紅外線成像，使得其拍攝的圖像包含溫度分布信息，圖像中任意一點(diǎn)的溫度值均可提取出來;也可以通過普通攝像機(jī)加上濾光片來實(shí)現(xiàn)熱成像，以測得拍攝的圖像的溫度分布信息。本實(shí)施例中，攝像機(jī)4連接于上述控制裝置。
[0050]該粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制裝置還包括位于真空室I上且沿?cái)z像機(jī)4拍攝方向設(shè)置的透明的玻璃窗口 5，具體的，玻璃窗口 5位于攝像機(jī)4的下方，攝像機(jī)4可透過玻璃窗口 5對真空室I內(nèi)部拍攝圖像，本實(shí)施例中，攝像機(jī)4透過玻璃窗口 5的拍攝視野范圍完全覆蓋成形缸筒2的上方，使得拍攝的圖像包含有成形缸2上的粉末層以及該粉末層的溫度分布信息；
[0051]在玻璃窗口5的一側(cè)(圖1中玻璃窗口 5的右側(cè))設(shè)有密封穿過真空室I且可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸6，該轉(zhuǎn)軸6固接有位于真空室I內(nèi)的擋板7，上述轉(zhuǎn)軸6與真空室I之間通過磁流體密封件8密封連接，使得真空室I外的空氣不能從轉(zhuǎn)軸6與真空室I的連接處進(jìn)入真空室I，而且該磁流體密封件8也使轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動所受的阻力非常小，遠(yuǎn)小于常規(guī)的膠圈密封，使轉(zhuǎn)軸6可以流暢地轉(zhuǎn)動;擋板7由轉(zhuǎn)軸6帶動在遮擋玻璃窗口 5的位置與錯開玻璃窗口 5的位置之間切換，當(dāng)擋板7處于遮擋玻璃窗口 5的位置時，此時玻璃窗口 5被遮擋，攝像機(jī)4不工作，金屬蒸汽被擋在擋板7外，不會對玻璃窗口 5造成蒸鍍;當(dāng)擋板7處于錯開玻璃窗口 5的位置時，此時攝像機(jī)4可進(jìn)行拍攝，來采集粉末層的圖像信息以及溫度分布信息。
[0052]上述轉(zhuǎn)軸6可通過電機(jī)驅(qū)動的四連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，同時配合磁流體密封件8，能夠使轉(zhuǎn)軸6帶動擋板7以足夠快的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)擋板7對玻璃窗口 5的遮擋以及脫離。
[0053]本實(shí)施例中，擋板7處于遮擋玻璃窗口5的位置以及處于錯開玻璃窗口 5的位置，如圖2所示，其處于遮擋玻璃窗口 5的位置時，將玻璃窗口 5遮擋，且本實(shí)施例中為完全遮擋;處于錯開玻璃窗口 5的位置時，擋板7與玻璃窗口 5之間完全沒有重疊部分。上述遮擋玻璃窗口5的位置和錯開玻璃窗口 5的位置也并非完全遮擋和錯開，只需能夠滿足攝像機(jī)4能夠拍攝到粉末層的全部即可，當(dāng)然本實(shí)施例中優(yōu)選采用完全遮擋以及完全錯開的方式。
[0054]優(yōu)選的，擋板7在遮擋玻璃窗口5的位置與錯開玻璃窗口 5的位置之間切換的角度小于90°，使得擋板7在上述兩個位置切換時，具有較短的切換時間，以避免玻璃窗口 5被蒸鍍。當(dāng)然，擋板7也可以在任意角度內(nèi)做切換，只需滿足在其錯開玻璃窗口 5時，攝像機(jī)4能夠?qū)⒎勰拥娜慷寂臄z到。
[0055]本實(shí)施例中，擋板7處于錯開玻璃窗口5的位置的時間不小于攝像機(jī)4拍攝一次圖像的時間，使得攝像機(jī)4能夠在擋板7處于錯開玻璃窗口 5的位置的短暫時間內(nèi)，能夠完成一次拍攝。具體的，攝像機(jī)4的拍攝時間間隔在2-15s?ti圍內(nèi)攝像機(jī)4完成一次拍攝的曝光時間10-40mso
[0056]以攝像機(jī)4拍攝的時間間隔為5s，攝像機(jī)4完成一次拍攝的曝光時間為1ms為例，則玻璃窗口 5暴露于金屬蒸汽的時間占總的熔合時間的10/5000 = 0.2%。在一次增材制造中用于恪化的時間一般在36小時左右，則玻璃窗口 5暴露于金屬蒸汽的時間僅約4.3分鐘，玻璃窗口 5在該時間內(nèi)能夠保持相當(dāng)好的透明度，不會影響攝像機(jī)4的拍攝以及對熱應(yīng)力的控制，也使得玻璃窗口 5的更換頻率也會大大降低。
[0057]本發(fā)明還提供一種粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制方法，如圖3所示，其包括以下步驟:
[0058]SlOO:開始粉末層熔合；
[0059]即在鋪粉裝置11將粉末材料鋪設(shè)在成形缸2上形成粉末層后，可控制電子束發(fā)生裝置3對粉末層進(jìn)行掃描，開始三維實(shí)體零件12的掃描熔合。在本實(shí)施例中，如圖4所示，在進(jìn)行三維實(shí)體零件的掃描熔合時，通常將粉末層分為熔化區(qū)100以及粉末區(qū)101，其中熔化區(qū)100內(nèi)的粉末已經(jīng)被電子束掃描、熔化，粉末區(qū)1I內(nèi)的粉末沒有被電子束熔化。在鋪粉剛剛完成時，粉末層熔化尚未開始時，不存在熔化區(qū)100;粉末層的熔化結(jié)束后，熔化區(qū)100恰好等于三維實(shí)體零件的一個截面。
[0060]SI 10:控制攝像機(jī)4對所述粉末層進(jìn)行攝像，獲取所述粉末層的粉末區(qū)的各點(diǎn)溫度值；
[0061]即通過攝像機(jī)4來拍攝粉末層的圖像以及其溫度分布信息，具體的，是通過電機(jī)控制轉(zhuǎn)軸6帶動擋板7從遮擋玻璃窗口 5的位置旋轉(zhuǎn)至錯開玻璃窗口 5的位置，并從錯開玻璃窗口 5的位置再次旋轉(zhuǎn)至遮擋玻璃窗口 5的位置，在此過程中，在擋板7處于錯開玻璃窗口 5的位置的時間段內(nèi)，控制攝像機(jī)4透過玻璃窗口5對粉末層進(jìn)行攝像，并獲得粉末層的溫度分布信息，由于熔化區(qū)100和粉末區(qū)101的表面狀態(tài)與紅外發(fā)射率不同，在拍攝的圖像上熔化區(qū)100和粉末區(qū)101會有分明的界限(圖4所示)，因此可以通過邊緣檢測算法提取出粉末區(qū)各點(diǎn)的溫度值。
[0062]S120:根據(jù)所述粉末層的粉末區(qū)的各點(diǎn)溫度值計(jì)算出所述粉末區(qū)的平均溫度值T;
[0063]即根據(jù)粉末區(qū)各點(diǎn)的溫度值計(jì)算出粉末區(qū)的平均溫度值T。
[0064]S130:將平均溫度值T與預(yù)設(shè)溫度下限值Tl以及預(yù)設(shè)溫度上限值T2比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電子束發(fā)生裝置3對所述粉末層進(jìn)行處理；
[0065]電子束在熔化粉末時，熔化區(qū)100內(nèi)與粉末區(qū)101內(nèi)的粉末之間存在溫度差，溫度差越大，熱應(yīng)力越大，越容易出現(xiàn)裂紋、變形等制造缺陷。因此，電子束在熔化截面時，從熔化開始到熔化結(jié)束，熱應(yīng)力保持不變是一個理想化的狀態(tài)，有利于得到內(nèi)部更一致的三維實(shí)體零件12，減小缺陷的產(chǎn)生。為達(dá)到控制熱應(yīng)力的目標(biāo)，本發(fā)明選擇粉末區(qū)101的平均溫度值T作為控制對象，將粉末區(qū)101的平均溫度值T控制在一定范圍，以減小溫度差。
[0066]在計(jì)算出粉末區(qū)101的平均溫度值T后，將其分別與預(yù)先設(shè)定的預(yù)設(shè)溫度下限值Tl以及預(yù)設(shè)溫度上限值T2比較，隨后根據(jù)比較結(jié)果控制電子束發(fā)生裝置3對粉末層進(jìn)行處理(預(yù)熱或熔化)。具體的，電子束發(fā)生裝置3發(fā)出的電子束進(jìn)行掃描時，分為兩種模式，即截面熔化模式以及粉末層預(yù)熱模式，其中在粉末層預(yù)熱模式下，掃描范圍涵蓋成形缸2上的大部分區(qū)域，電子束31掃描速度快，掃描范圍內(nèi)的粉末材料不會發(fā)生熔化;截面熔化模式下，掃描范圍等于待制造零件的截面，電子束31掃描速度慢，被掃描的粉末材料被熔化，最終形成三維實(shí)體零件12的一個截面。
[0067]上述比較結(jié)果以及處理過程分為以下幾種情況:
[0068]I)當(dāng)T<T1時，當(dāng)電子束發(fā)生裝置3處于粉末預(yù)熱模式時，不發(fā)生掃描模式的改變繼續(xù)進(jìn)行粉末的預(yù)熱；當(dāng)電子束發(fā)生裝置3處于截面熔化模式時，由于粉末區(qū)101的平均溫度值T小于Tl，說明粉末區(qū)101與熔化區(qū)100之間溫度差過大，此時將終止截面熔化模式，不再對熔化區(qū)100的截面進(jìn)行掃描，并切換為粉末層預(yù)熱模式，對粉末層進(jìn)行預(yù)熱，直至T大于Τ2。
[0069]2)當(dāng)Τ>Τ2時，當(dāng)電子束發(fā)生裝置3處于截面熔化模式時，不發(fā)生掃描模式的改變繼續(xù)進(jìn)行截面的熔化；當(dāng)電子束發(fā)生裝置3處于粉末預(yù)熱模式時，平均溫度值T大于預(yù)設(shè)溫度上限值Τ2，此時停止粉末層預(yù)熱模式，并切換為截面熔化模式，繼續(xù)對未熔化的截面進(jìn)行掃描。
[0070]3)當(dāng)Tl STS Τ2時，電子束發(fā)生裝置3的掃描模式保持不變。
[0071]通過上述處理過程，能夠根據(jù)溫度的比較結(jié)果，隨時切換電子