束發(fā)生裝置3的掃描模式，以使熔化區(qū)100與粉末區(qū)101之間的溫度差始終處于較合理的范圍內(nèi)，即使得熱應(yīng)力能夠很好的保持在一定范圍內(nèi)，最佳狀態(tài)時(shí)熱應(yīng)力保持不變。
[0072]本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)溫度下限值Tl和預(yù)設(shè)上溫度上限值Τ2均可以設(shè)為范圍值，具體的，以鈦合金(Ti6A14V)粉末為例，預(yù)設(shè)溫度下限值Tl的范圍500-800°C，預(yù)設(shè)上溫度上限值T2 為 700-1000°C。
[0073]S140:結(jié)束粉末層熔合。
[0074]通過步驟S130，持續(xù)的對(duì)掃描過程中熔化區(qū)100與粉末區(qū)101之間溫度差的控制，進(jìn)而對(duì)熱應(yīng)力進(jìn)行控制，直至將上述截面熔化完全，完成粉末層的熔合。
[0075]本實(shí)施例中，如圖5所示，所述控制電子束發(fā)生裝置3的發(fā)出電子束31對(duì)所述粉末層進(jìn)行預(yù)熱主要采用以下方式進(jìn)行:
[0076]S200:將所述粉末層分成η個(gè)子區(qū)域；
[0077]對(duì)粉末層預(yù)熱時(shí)，電子束31的掃描速度快，掃描范圍內(nèi)的材料不會(huì)發(fā)生熔化。本實(shí)施例中電子束31采用分區(qū)掃描的方法:即將掃描范圍分割為η(η>1)個(gè)長條形子區(qū)域，具體參照?qǐng)D6，以分成6個(gè)子區(qū)域?yàn)槔?，將上?個(gè)子區(qū)域分為110-1、110-2、110-3、110-4、110-5、110-6，在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干平行的掃描路徑1100(圖6中僅在110-6子區(qū)域內(nèi)示出)，掃描路徑11OO間距設(shè)置為0.05-0.2mm。
[0078]S210:控制電子束發(fā)生裝置3發(fā)出電子束31對(duì)第一個(gè)子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t，并沿同一方向依次對(duì)其余子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t;
[0079]即由電子束31對(duì)110-1子區(qū)域進(jìn)行掃描，且掃描時(shí)間為t，此時(shí)在時(shí)間t內(nèi)可能110-1子區(qū)域并未被完全掃描，例如假設(shè)子區(qū)域總長度為d，那么在t時(shí)間內(nèi)電子束31對(duì)子區(qū)域的掃描長度為dl，且dl<d;隨后跳轉(zhuǎn)到110-2子區(qū)域處，對(duì)110-2子區(qū)域開始掃描，同樣掃描時(shí)間為t(也就掃描了同樣長的距離)；依次類推，沿同一方向，依次對(duì)后續(xù)的110-3、110-4、110-5、110-6子區(qū)域進(jìn)行時(shí)間t的掃描。
[0080]S220:當(dāng)電子束對(duì)第η個(gè)子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t后，控制電子束發(fā)生裝置跳轉(zhuǎn)到第一個(gè)子區(qū)域未掃描部分；
[0081]當(dāng)掃描110-6子區(qū)域時(shí)間t后，控制電子束31跳轉(zhuǎn)至110-1子區(qū)域未掃描的部分，SP準(zhǔn)備下一段距離的掃描。
[0082]S230:循環(huán)上述掃描過程至所述粉末層完全掃描完畢。
[0083]即循環(huán)上述步驟S210以及S220，直至粉末層各子區(qū)域內(nèi)的所以路徑均被掃描。
[0084]通過上述分區(qū)掃描預(yù)熱，電子束31可以多遍預(yù)熱，使得粉末層的溫度持續(xù)升高。相對(duì)于嚴(yán)格按照相鄰順序掃描的方式比，本發(fā)明提出的分區(qū)掃描，使得子區(qū)域之間的溫度差別更小，溫度更均勻，不同子區(qū)域內(nèi)的熱應(yīng)力更加一致，有利于對(duì)熱應(yīng)力的控制。
[0085]下面對(duì)本實(shí)施例的粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制方法的熔合過程加以說明:
[0086]參照?qǐng)D7，以三維實(shí)體零件12的一個(gè)截面的部分截面90為例，本實(shí)施例將該部分截面90分為三個(gè)區(qū)域，S卩901、902、903三個(gè)區(qū)域，上述部分截面90的熔合過程主要包括以下步驟:
[0087]S300，電子束發(fā)生裝置3進(jìn)入粉末層預(yù)熱模式，直至粉末層的粉末區(qū)101的平均溫度值大于T2;
[0088]S310，電子束發(fā)生裝置3切換至截面掃描模式，電子束31掃描了截面90的901區(qū)域，并熔化了901區(qū)域的粉末材料。與此同時(shí)，粉末層由于得不到電子束31的能量輸入，溫度會(huì)降到Tl以下；
[0089]S320，電子束發(fā)生裝置3切換至粉末層預(yù)熱模式，直至粉末層的粉末區(qū)101的平均溫度值大于T2 ；
[0090]S330;電子束發(fā)生裝置3切換至截面掃描模式，電子束31掃描了截面90的902區(qū)域，并熔化了902區(qū)域內(nèi)的粉末材料。與此同時(shí)，粉末層由于得不到電子束31的能量輸入，溫度降到Tl以下；
[0091]S340:電子束發(fā)生裝置3切換至粉末層預(yù)熱模式，直至粉末層的粉末區(qū)101的平均溫度值大于T2 ；
[0092]S350:電子束發(fā)生裝置3切換至截面掃描模式，電子束31掃描了截面90的903區(qū)域，并熔化了 903區(qū)域內(nèi)的粉末材料，完成該部分截面90的熔合。與此同時(shí)，粉末層由于得不到電子束能量輸入，溫度下降，但溫度仍然高于Tl。
[0093]通過上述方式對(duì)截面進(jìn)行熔合，截面掃描和粉末層預(yù)熱掃描是相互交錯(cuò)的，且在整個(gè)過程中，粉末層的平均溫度保持在Tl與T2之間，使得截面熔合的過程中熱應(yīng)力被控制在一定范圍。
[0094]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種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)，所述真空室(I)內(nèi)部設(shè)有鋪設(shè)粉末層的成形缸(2)，成形缸(2)上方設(shè)有電子束發(fā)生裝置(3)，所述電子束發(fā)生裝置(3)與攝像機(jī)(4)均連接于控制裝置，所述真空室(I)上沿?cái)z像機(jī)(4)拍攝方向設(shè)有透明的玻璃窗口(5)，所述攝像機(jī)(4)透過玻璃窗口(5)對(duì)真空室(I)內(nèi)部拍攝圖像，且拍攝的圖像包含所述粉末層以及其溫度分布信息，其特征在于，所述玻璃窗口(5)的一側(cè)設(shè)有密封穿過真空室(I)且可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸(6)，所述轉(zhuǎn)軸(6)固接有位于真空室(I)內(nèi)的擋板(7)，所述擋板(7)由轉(zhuǎn)軸(6)帶動(dòng)在遮擋玻璃窗口(5)的位置與錯(cuò)開玻璃窗口(5)的位置之間切換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述真空室(I)與轉(zhuǎn)軸(6)之間通過磁流體密封件(8)密封連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，所述擋板(7)在遮擋玻璃窗口(5)的位置與錯(cuò)開玻璃窗口(5)的位置之間切換的角度小于90°。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述擋板(7)處于錯(cuò)開玻璃窗口(5)的位置的時(shí)間不小于攝像機(jī)(4)拍攝一次圖像的時(shí)間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)(4)為熱成像攝像機(jī)。6.一種粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 開始粉末層恪合； 控制攝像機(jī)(4)對(duì)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； 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; 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(duì)所述粉末層進(jìn)行處理； 結(jié)束粉末層熔合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制攝像機(jī)(4)對(duì)所述粉末層進(jìn)行攝像包括: 控制轉(zhuǎn)軸(6)帶動(dòng)擋板(7)從遮擋玻璃窗口(5)的位置旋轉(zhuǎn)至錯(cuò)開玻璃窗口(5)的位置，并從錯(cuò)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； 所述擋板(7)處于錯(cuò)開玻璃窗口(5)的位置時(shí)，控制攝像機(jī)(4)透過玻璃窗口(5)對(duì)粉末層進(jìn)行攝像。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)比較結(jié)果控制電子束發(fā)生裝置(3)對(duì)所述粉末層進(jìn)行處理包括: 當(dāng)T<T1時(shí)，控制電子束發(fā)生裝置(3)發(fā)出電子束(31)對(duì)所述粉末層進(jìn)行預(yù)熱； 當(dāng)Τ>Τ2時(shí)，控制電子束發(fā)生裝置(3)發(fā)出電子束(31)對(duì)所述粉末層進(jìn)行截面熔化。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制電子束發(fā)生裝置(3)發(fā)出電子束(31)對(duì)所述粉末層進(jìn)行預(yù)熱包括: 將所述粉末層分成η個(gè)子區(qū)域，所述η大于I; 控制電子束發(fā)生裝置(3)發(fā)出電子束(31)對(duì)第一個(gè)子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t，并沿同一方向依次對(duì)其余子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t; 當(dāng)電子束(31)對(duì)第η個(gè)子區(qū)域掃描預(yù)設(shè)時(shí)間t后，控制電子束發(fā)生裝置(3)跳轉(zhuǎn)到第一個(gè)子區(qū)域未掃描部分，循環(huán)上述掃描過程至所述粉末層完全掃描完畢。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉床式電子束增材制造中熱應(yīng)力的控制裝置，包括位于真空室上且沿?cái)z像機(jī)拍攝方向設(shè)置的透明的玻璃窗口，攝像機(jī)透過玻璃窗口對(duì)真空室內(nèi)部拍攝圖像，且拍攝的圖像包含粉末層以及其溫度分布信息；玻璃窗口的一側(cè)設(shè)有密封穿過真空室且可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸固接有位于真空室內(nèi)的擋板，擋板由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)在遮擋玻璃窗口的位置與錯(cuò)開玻璃窗口的位置之間切換。本發(fā)明還提供一種控制方法，用于對(duì)增材制造中熱應(yīng)力的控制。本發(fā)明采用攝像機(jī)透過玻璃窗口對(duì)真空室內(nèi)部拍攝圖像，且拍攝的圖像包含粉末層以及其溫度分布信息，能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)增材制造中熱應(yīng)力的控制；通過設(shè)置擋板，能夠有效地保持玻璃窗口的透明度，降低了玻璃窗口的更換頻率。
【IPC分類】B22F3/105
【公開號(hào)】CN105499567
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510934523
【發(fā)明人】郭超, 林峰, 葛文君, 張磊, 向虎
【申請(qǐng)人】天津清研智束科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日