CN109926586B - 一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置，包括中心开设有成型缸的圆形铺粉平台，成型缸的底部依次设置有成形底板和升降杆，从成型缸起沿圆形铺粉平台的径向均匀布设有2个以上连通且结构相同的铺粉器，铺粉器的两侧均设置有隔档片，隔档片围成的通道上开设有送粉缸，送粉缸的底部依次设置有活动底板和连接轴，铺粉器中的隔档片之间夹持有刮板，刮板远离成型缸的一端连接有刮板轴；本发明还公开了一种复合材料的制备方法，利用铺粉装置中不同的铺粉器对金属粉末进行铺粉，制备得复合材料。本发明的装置在高度方向上实现了不同种类金属材料之间的烧结连接，扩大了电子束成形设备的使用范围；本发明的方法提高电子束快速成形方法的成型效率。

Description

一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置及方法

技术领域

本发明属于电子束增材制造技术领域，具体涉及一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置及方法。

背景技术

金属复合材料是由两种或两种以上不同金属材料以微观或宏观的形式复合而成的多相材料，常见的有钛钢复合、铜钢复合、钛锌复合、钛镍复合、镍钢复合、铜铝复合、镍铜复合等。由于可以发挥组元材料各自的性能优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属材料不能满足的性能要求，所以具有广阔的应用前景和很好的经济效益。

电子束选区熔化技术(Electron Beam Selective Melting，EBSM)和选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering，SLS)是目前广泛应用的两种增材制造技术，其均以固体粉末材料为原料，采用计算机软硬件控制技术，可直接将三维CAD模型转化为实体。从理论上讲，任何受热粘结的粉末都可以用作增材制造的原材料，如高分子，陶瓷，金属粉末以及各种复合粉末材料。无论是采用EBSM还是SLS工艺，送粉铺粉技术都直接影响着整个***的结构尺寸，工作质量和工作效率，采用目前的送铺粉技术仅能实现单种金属材料样品或零件的制备，对于实现多种金属材料同时烧结并能够制备出金属复合材料则无能为力。目前常见的快速成型送粉铺粉装置基本都是实现单种的粉末的制备，如公开号为CN101829782A、CN102126293A、CN101885062A、CN102029389A和CN101856724A的中国专利所涉及的铺粉装置都只能实现单种金属粉末的制备。而要实现金属复合材料的制备，需要多种金属材料同时烧结，并且达到相互之间的接合，就需要重新设计铺粉装置。既需要同种金属粉末之间在烧结过程中相互连接，又要保证不同种金属粉末在铺粉过程中良好过渡，是实现该技术的难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种圆盘推进式电子束成型铺粉装置。该装置通过在圆形铺粉平台的径向方向上均匀设置数量为2个以上的连通且结构相同的铺粉器，根据复合材料的组成选取不同的金属粉末分别采用不同的铺粉器依次进行送、铺粉和电子束扫描熔化得到复合材料，从而在高度方向上实现了不同种类金属材料之间的烧结连接，扩大了电子束成形设备的使用范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，包括圆形铺粉平台，所述圆形铺粉平台的中心开设有成型缸，所述成型缸的底部依次设置有成形底板和与成形底板相连的升降杆，从成型缸起沿所述圆形铺粉平台的径向均匀布设有M个连通且结构相同的铺粉器，其中M≥2，所述铺粉器的两侧均设置有隔档片，所述铺粉器中隔档片围成的通道上开设有送粉缸，所述送粉缸的底部依次设置有活动底板和与活动底板相连的连接轴，所述铺粉器中的隔档片之间夹持有刮板，所述刮板远离成型缸的一端连接有刮板轴，所述升降杆、连接轴和刮板轴均穿过电子束成形设备成型室与直线型伺服电机相连。

本发明的圆盘推进式电子束成型铺粉装置通过在圆形铺粉平台的径向方向上均匀设置数量为2个以上的连通且结构相同的铺粉器，根据复合材料的组成选取不同的金属粉末分别采用不同的铺粉器依次进行送、铺粉至送粉缸中，再依次经扫描熔化形成单层实体片层，各单层实体片层逐渐堆积最终得到复合材料，从而在高度方向上实现了不同种类金属材料之间的烧结连接，扩大了电子束成形设备的使用范围，提高了电子束成形设备的利用率，结构简单且操作容易；同时由于所有金属粉末在铺粉过程中共用一个铺粉平台，不同金属粉末通过刮板从送粉缸中送入并填满成型缸时，由于刮板的刮平作用，不同金属粉末均会与铺粉平台保持水平，所以相邻的金属粉末层之间的过渡良好，无铺粉间隙，从而提高了铺粉质量和铺粉效率。

上述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述圆盘推进式电子束成型铺粉装置安装在电子束成形设备成型室中，所述圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸的正上方设置有电子枪。圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸与电子枪的位置相对固定，有利于电子枪发射的电子束精确聚焦在成型缸的成形底板上预热，以及对铺设在成型缸中的金属粉末上进行加热，提高了通过圆盘推进式电子束成型铺粉装置制备得到的复合材料的尺寸精度，改善了复合材料内部组织的质量。

上述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述铺粉器在圆形铺粉平台上成对出现且均匀布设。本发明的圆形铺粉平台上沿径向均匀布设有数量不小于2个连通且结构相同的铺粉器，实现了多种金属粉末的铺粉，而限定铺粉器在圆形铺粉平台上成对出现且均匀布设，可在对称布置的铺粉器的送粉缸中装入相同的金属粉末，并通过刮板推送至成型室中进行铺粉，从而节约了金属粉末量；另外，该设置也避免了不同方向上金属粉末的互相掺杂，提高了复合材料的质量。

上述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述成型缸的数量为1个，所述成型缸的开口形状为圆形或方形。优选设置1个成型缸，可将该成型缸准确固定在电子枪的下方，从而保证了电子束的聚焦效果，提高了复合材料的成形精度。成型缸的开口形状决定了复合材料零件的最大成形形状，因此可根据目标复合材料零件的形状选择具有不同开口形状的成型缸，扩大了本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的使用范围。

上述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述M个铺粉器的送粉缸分别盛放不同种类的金属粉末，所述金属粉末的种类为M个。通过上述设置实现了多种(即不小于2种)金属材料的烧结成形和相互结合，从而制备得到金属复合材料，扩大了本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的对不同种类金属粉末的处理能力，提高了铺粉装置对复合材料的使用范围；同时可根据复合材料的金属组成选择具有合适数量铺粉器的铺粉装置，提高了铺粉和复合材料的制备效率，提高了复合材料和铺粉装置的匹配度。

另外，本发明还公开了一种利用圆盘推进式电子束成型铺粉装置制备复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件建立复合材料零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层数据文件，再将该切层数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；

步骤二、将组成复合材料零件的金属粉末分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中不同的铺粉器的送粉缸中，然后对电子束成形设备成型室抽真空至其真空度不大于5×10^-4mbar；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板进行预热，然后通过调节升降杆带动成形底板下降，通过调节连接轴带动送粉缸的活动底板上升使金属粉末溢出，控制刮板轴带动刮板推动溢出的金属粉末进入成型缸中并均匀铺设在成形底板上；所述预热后成形底板的温度为300℃～1200℃；所述金属粉末的铺设厚度与步骤一中经切片处理得到的各层切片厚度相同；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板上的金属粉末进行预热扫描，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的金属粉末进行选区熔化扫描，得到单层实体片层；

步骤五、依次对其余铺粉器中的金属粉末重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成复合材料零件成形件；

步骤六、将步骤五中得到的复合材料零件成形件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除复合材料零件成形件中的未熔化粉末，得到复合材料零件。

本发明的方法采用圆盘推进式电子束成型铺粉装置对多种组成复合材料零件的金属粉末进行铺粉，然后利用电子束快速成形方法依次经预热扫描和选区熔化扫描将不同种类的金属材料粉末分层熔化烧结并逐层累积，制备得到复合材料零件，使电子束快速成形方法由原来的只能成形单种金属粉末转变为可组合成形多种金属粉末，提高电子束快速成形方法的成型效率和使用范围。

上述的方法，其特征在于，步骤一中经切片处理得到的各层切片厚度为30μm～200μm。上述各层切片厚度为电子束快速制备复合材料通常采用的金属粉末的颗粒大小范围，可根据实际采用的金属粉末种类和工艺进行相应调整，灵活方便，应用范围广。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述金属粉末为球形或近球形，所述金属粉末的粒径为30μm～200μm。采用球形或近球形的粒径为30μm～200μm的金属粉末作为铺粉材料，提高了金属粉末的流动性，有利于实现铺粉的均匀性，进一步提高了复合材料零件的组织均匀性。

上述的方法，其特征在于，步骤四中所述预热扫描的扫描线间距为0.5mm～2.0mm。采用上述扫描线间距进行预热扫描，在保证铺粉质量的前体下提高了预热效率，有利于后续经预热扫描后的金属粉末进行选区熔化扫描，得到单层实体片层。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的圆盘推进式电子束成型铺粉装置通过在圆形铺粉平台的径向方向上均匀设置数量为2个以上的连通且结构相同的铺粉器，根据复合材料的组成选取不同的金属粉末分别采用不同的铺粉器依次进行送、铺粉，再依次经电子束扫描熔化得到复合材料，从而在高度方向上实现了不同种类金属材料之间的烧结连接，扩大了电子束成形设备的使用范围，提高了电子束成形设备的利用率，结构简单且操作容易，同时提高了铺粉质量和铺粉效率。

2、本发明的圆盘推进式电子束成型铺粉装置的升降杆、连接轴和刮板轴均穿过电子束成形设备成型室与直线型伺服电机相连，并通过安装有EBMControl集成控制***软件的计算机控制***控制直线型伺服电机的伸缩来实现进给，从而对送粉缸及成型缸之间的粉量进行调节，满足了不同金属粉末对铺粉量的需求，同时节省了原料金属粉末，避免了浪费，降低了原料成本。

3、本发明的圆盘推进式电子束成型铺粉装置既可以采用不同的铺粉器实现对多种不同的金属粉末进行送、铺粉和成形，也可以采用不同的铺粉器实现对相同的金属粉末进行送、铺粉和成形，并通过调节铺粉厚度及对应的成形工艺，实现同种金属材料梯度化制备，为研究同种金属材料在不同工艺下的组织性能提供条件。

4、本发明采用圆盘推进式电子束成型铺粉装置的制备方法实现了不同种类金属材料在高度方向上的接合，并通过电子束速成型方法将不同种类金属材料粉末熔化烧结在一起，制成多种金属复合材料零件，提高电子束快速成形方法的成型效率和使用范围。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的结构示意图。

图2是本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是本发明没有前板的电子束成型室中圆盘推进式电子束成型铺粉装置的连接示意图。

附图标记说明

1—电子枪； 2—成型室； 3—圆形铺粉平台；

4—成型缸； 4-1—成形底板； 4-2—升降杆；

5—铺粉器； 5-1—隔档片； 5-2—送粉缸；

5-2-1—活动底板； 5-2-2—连接轴； 5-3—刮板；

5-4—刮板轴。

具体实施方式

本发明的圆盘推进式电子束成型铺粉装置通过实施例1进行详细描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实施例的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，包括圆形铺粉平台3，所述圆形铺粉平台3的中心开设有成型缸4，所述成型缸4的底部依次设置有成形底板4-1和与成形底板4-1相连的升降杆4-2，从成型缸4起沿所述圆形铺粉平台3的径向均匀布设有M个连通且结构相同的铺粉器5，其中M≥2，所述铺粉器5的两侧均设置有隔档片5-1，所述铺粉器5中隔档片5-1围成的通道上开设有送粉缸5-2，所述送粉缸5-2的底部依次设置有活动底板5-2-1和与活动底板5-2-1相连的连接轴5-2-2，所述铺粉器5中的隔档片5-1之间夹持有刮板5-3，所述刮板5-3远离成型缸4的一端连接有刮板轴5-4，所述升降杆4-2、连接轴5-2-2和刮板轴5-4均穿过电子束成形设备成型室2与直线型伺服电机相连。

本实施例的铺粉装置通过在圆形铺粉平台3的中心开设有成型缸4，所述成型缸4的底部依次设置有成形底板4-1和与成形底板4-1相连的升降杆4-2，在电子束成型过程中，可通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机实现对升降杆4-2下降，从而带动成形底板4-1的下降，按照设定的铺粉厚度使金属粉末铺设到成形底板4-1上进行扫描熔化，形成复合材料的单层实体片层，然后成形底板4-1继续下降进行下一次铺粉和扫描熔化成形，使不同种类金属材料之间进行烧结连接，从而在高度方向上实现了不同金属材料的单层实体片层的堆积，得到复合材料；从成型缸4起沿所述圆形铺粉平台3的径向均匀布设有M个连通且结构相同的铺粉器5，其中M≥2，可根据复合材料的组成选取不同的金属粉末分别加入到不同的铺粉器中，根据复合材料的各切层组成将对应的金属粉末通过铺粉器进行送、铺粉，从根本上实现不同金属粉末在高度方向上的烧结连接，并且还可以根据复合材料中的金属组成设置合适数量的铺粉器，扩大了本发明铺粉装置对金属复合材料的适用范围，同时也可采用不同的铺粉器对相同的金属粉末进行送、铺粉，提高了铺粉效率，并通过调节铺粉厚度及对应的成形工艺，实现同种金属材料梯度化制备，为研究同种金属材料在不同工艺下的组织性能提供条件；所述铺粉器5的两侧均设置有隔档片5-1，通过两侧的隔档片围成了金属粉末的送粉通道，方便了送粉缸中的金属粉末完全送入成形底板上，避免了不同铺粉器中不同金属粉末之间的交叉污染，又方便了多余金属粉末的清理和回收，减少了原料粉末的浪费；所述铺粉器5中隔档片5-1围成的通道上开设有送粉缸5-2，所述送粉缸5-2的底部依次设置有活动底板5-2-1和与活动底板5-2-1相连的连接轴5-2-2，在电子束成型过程中，可通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机实现对连接轴5-2-2的升降，从而带动活动底板5-2-1，按照设定的铺粉厚度将对应量的金属粉末送入铺粉器5中，实现送粉缸5-2的送粉功能；所述铺粉器5中的隔档片5-1之间夹持有刮板5-3，所述刮板5-3远离成型缸4的一端连接有刮板轴5-4，在电子束成型过程中，可通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机实现对刮板轴5-4的升降，从而带动刮板5-3将溢出送粉缸5-2的金属粉末沿着隔档片5-1围成的通道推入成型缸4中的成形底板4-1上进行铺粉，以进行后续的扫描熔化工艺；同时由于所有金属粉末在铺粉过程中共用一个铺粉平台，不同金属粉末通过刮板5-3从送粉缸5-2中送入并填满成型缸4的时候，由于刮板的刮平作用，不同金属粉末均会与铺粉平台保持水平，所以相邻的金属粉末层之间的过渡良好，无铺粉间隙，从而提高了铺粉质量和铺粉效率。

如图4所示，本实施例的圆盘推进式电子束成型铺粉装置安装在电子束成形设备成型室2中，所述圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸4的正上方设置有电子枪1。圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸与电子枪的位置相对固定，有利于电子枪发射的电子束精确聚焦在成型缸的成形底板上预热，以及对铺设在成型缸中的金属粉末上进行加热，提高了通过圆盘推进式电子束成型铺粉装置制备得到的复合材料的尺寸精度，改善了复合材料内部组织的质量。

本实施例的圆盘推进式电子束成型铺粉装置的铺粉器5在圆形铺粉平台3上成对出现且均匀布设。本发明的圆形铺粉平台上沿径向均匀布设有数量不小于2个连通且结构相同的铺粉器，实现了多种金属粉末的铺粉，而限定铺粉器在圆形铺粉平台上成对出现且均匀布设，可在对称布置的铺粉器的送粉缸中装入相同的金属粉末，并通过刮板推送至成型室中进行铺粉，从而节约了金属粉末量；另外，该设置也避免了不同方向上金属粉末的互相掺杂，提高了复合材料的质量。

本实施例的圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸4的数量为1个，所述成型缸4的开口形状为圆形或方形。优选设置1个成型缸，可将该成型缸准确固定在电子枪的下方，从而保证了电子束的聚焦效果，提高了复合材料的成形精度。成型缸的开口形状决定了复合材料零件的最大成形形状，因此可根据目标复合材料零件的形状选择具有不同开口形状的成型缸，扩大了本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的使用范围。

本实施例的圆盘推进式电子束成型铺粉装置的M个铺粉器5的送粉缸5-2分别盛放不同种类的金属粉末，所述金属粉末的种类为M个。通过上述设置实现了多种(即不小于2种)金属材料的烧结成形和相互结合，从而制备得到金属复合材料，扩大了本发明圆盘推进式电子束成型铺粉装置的对不同种类金属粉末的处理能力，提高了铺粉装置对复合材料的使用范围；同时可根据复合材料的金属组成选择具有合适数量铺粉器的铺粉装置，提高了铺粉和复合材料的制备效率，提高了复合材料和铺粉装置的匹配度。

本发明利用圆盘推进式电子束成型铺粉装置制备复合材料的方法通过实施例2～实施例4进行详细描述。

实施例2

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件CATIA建立Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件Build Assembler沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层ABF数据文件，再将该切层ABF数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件的尺寸为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；所述经切片处理得到的各层切片厚度为30μm；

步骤二、将组成Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件的Ti粉、Cu粉、Ni粉和Sn粉分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中4个不同的铺粉器5(分别对应标记为1^#、2^#、3^#和4^#)的送粉缸5-2中，然后对电子束成形设备成型室2抽真空至其真空度不大于5×10^-4mbar；所述Ti粉、Cu粉、Ni粉和Sn粉均为球形或近球形粉末，球形度均为80％～90％，粒径均为30μm～200μm；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板4-1进行预热，然后通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机调节升降杆4-2使成形底板4-1下降，通过电子束成型设备的计算机控制***调节连接轴5-2-2使1^#铺粉器5中送粉缸5-2的活动底板5-2-1上升使Ti粉溢出，通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机使刮板轴5-4带动刮板5-3推动溢出的Ti粉进入成型缸4中并均匀铺设在成形底板4-1上；所述预热后成形底板4-1的温度为730℃；所述Ti粉的铺设厚度为30μm；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板4-1上的Ti粉进行预热扫描，预热扫描电流为30mA，预热扫描速度为8000mm/s，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的Ti粉进行选区熔化扫描，扫描电流为18mA，扫描速度为200mm/s，得到单层实体片层；所述预热扫描的温度为730℃；所述预热扫描的扫描线间距为0.5mm；

步骤五、依次对其余2^#、3^#和4^#铺粉器5中的Cu粉、Ni粉和Sn粉重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件成形件；所述Cu粉、Ni粉和Sn粉对应的预热温度分别为500℃，780℃和350℃，预热扫描电流分别为15mA，32mA和10mA，预热扫描速度分别为8000mm/s，8000mm/s和8000mm/s，所述选区熔化扫描的电流分别为12mA，20mA和8mA，扫描速度分别为300mm/s，200mm/s和300mm/s；

步骤六、将步骤五中得到的Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件中的未熔化粉末，得到Ti-Cu-Ni-Sn复合材料块体零件。

实施例3

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件CATIA建立Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件Build Assembler沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层ABF数据文件，再将该切层ABF数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件的尺寸为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；所述经切片处理得到的各层切片厚度为50μm；

步骤二、将组成Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件的Ti粉、Cu粉、Fe粉和Sn粉分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中4个不同的铺粉器5(分别对应标记为1^#、2^#、3^#和4^#)的送粉缸5-2中，然后对电子束成形设备成型室2抽真空至其真空度不大于5×10^-4mbar；所述Ti粉、Cu粉、Fe粉和Sn粉均为球形或近球形粉末，球形度均为80％～90％，粒径均为30μm～200μm；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板4-1进行预热，然后通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机调节升降杆4-2使成形底板4-1下降，通过电子束成型设备的计算机控制***调节连接轴5-2-2使1^#铺粉器5中送粉缸5-2的活动底板5-2-1上升使Ti粉溢出，通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机使刮板轴5-4带动刮板5-3推动溢出的Ti粉进入成型缸4中并均匀铺设在成形底板4-1上；所述预热后成形底板4-1的温度为750℃；所述Ti粉的铺设厚度为50μm；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板4-1上的Ti粉进行预热扫描，预热扫描电流为32mA，预热扫描速度为8000mm/s，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的Ti粉进行选区熔化扫描，扫描电流为22mA，扫描速度为200mm/s，得到单层实体片层；所述预热扫描的温度为750℃；所述预热扫描的扫描线间距为1.0mm；

步骤五、依次对其余2^#、3^#和4^#铺粉器5中的Cu粉、Ni粉和Fe粉重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件成形件；所述Cu粉、Fe粉和Sn粉对应的预热温度分别为500℃，800℃和320℃，预热扫描电流分别为17mA，34mA和12mA，预热扫描速度分别为8000mm/s，8000mm/s和8000mm/s，所述选区熔化扫描的电流分别为14mA，24mA和10mA，扫描速度分别为300mm/s，200mm/s和300mm/s；

步骤六、将步骤五中得到的Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件中的未熔化粉末，得到Ti-Cu-Fe-Sn复合材料块体零件。

实施例4

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件CATIA建立Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件Build Assembler沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层ABF数据文件，再将该切层ABF数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件的尺寸为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；所述经切片处理得到的各层切片厚度为200μm；

步骤二、将组成Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件的Ti粉、Cu粉、Al粉和Sn粉分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中4个不同的铺粉器5(分别对应标记为1^#、2^#、3^#和4^#)的送粉缸5-2中，然后对电子束成形设备成型室2抽真空至其真空度不大于5×10^-4mbar；所述Ti粉、Cu粉、Al粉和Sn粉均为球形或近球形粉末，球形度均为80％～90％，粒径均为50μm～200μm；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板4-1进行预热，然后通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机调节升降杆4-2使成形底板4-1下降，通过电子束成型设备的计算机控制***调节连接轴5-2-2使1^#铺粉器5中送粉缸5-2的活动底板5-2-1上升使Ti粉溢出，通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机使刮板轴5-4带动刮板5-3推动溢出的Ti粉进入成型缸4中并均匀铺设在成形底板4-1上；所述预热后成形底板4-1的温度为750℃；所述Ti粉的铺设厚度为200μm；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板4-1上的Ti粉进行预热扫描，预热扫描电流为35mA，预热扫描速度为8000mm/s，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的Ti粉进行选区熔化扫描，扫描电流为24mA，扫描速度为200mm/s，得到单层实体片层；所述预热扫描的温度为750℃；所述预热扫描的扫描线间距为2.0mm；

步骤五、依次对其余2^#、3^#和4^#铺粉器5中的Cu粉、Al粉和Sn粉重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件成形件；所述Cu粉、Al粉和Sn粉对应的预热温度分别为500℃，800℃和320℃，预热扫描电流分别为22mA，36mA和15mA，预热扫描速度分别为8000mm/s，8000mm/s和8000mm/s，所述选区熔化扫描的电流分别为16mA，26mA和14mA，扫描速度分别为300mm/s，200mm/s和300mm/s；

步骤六、将步骤五中得到的Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件中的未熔化粉末，得到Ti-Cu-Al-Sn复合材料块体零件。

实施例5

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件CATIA建立Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件Build Assembler沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层ABF数据文件，再将该切层ABF数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件的尺寸为10mm×10mm×10mm(长×宽×高)；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；所述经切片处理得到的各层切片厚度为200μm；

步骤二、将组成Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件的Ti粉、Ta粉、Nb粉和Sn粉分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中4个不同的铺粉器5(分别对应标记为1^#、2^#、3^#和4^#)的送粉缸5-2中，然后对电子束成形设备成型室2抽真空至其真空度为5×10^-4mbar；所述Ti粉、Ta粉、Nb粉和Sn粉均为近球形粉末，球形度均为80％～90％，粒径均为50μm～200μm；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板4-1进行预热，然后通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机调节升降杆4-2使成形底板4-1下降，通过电子束成型设备的计算机控制***调节连接轴5-2-2使1^#铺粉器5中送粉缸5-2的活动底板5-2-1上升使Ti粉溢出，通过电子束成型设备的计算机控制***控制直线型伺服电机使刮板轴5-4带动刮板5-3推动溢出的Ti粉进入成型缸4中并均匀铺设在成形底板4-1上；所述预热后成形底板4-1的温度为750℃；所述Ti粉的铺设厚度为200μm；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板4-1上的Ti粉进行预热扫描，预热扫描电流为35mA，预热扫描速度为8000mm/s，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的Ti粉进行选区熔化扫描，扫描电流为24mA，扫描速度为200mm/s，得到单层实体片层；所述预热扫描的温度为750℃；所述预热扫描的扫描线间距为2.0mm；

步骤五、依次对其余2^#、3^#和4^#铺粉器5中的Ta粉、Nb粉和Sn粉重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件成形件；所述Ta粉、Nb粉和Sn粉对应的预热温度分别为1200℃，1100℃和300℃，预热扫描电流分别为42mA，38mA和14mA，预热扫描速度分别为8000mm/s，8000mm/s和8000mm/s，所述选区熔化扫描的电流分别为32mA，28mA和13mA，扫描速度分别为300mm/s，200mm/s和300mm/s；

步骤六、将步骤五中得到的Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件中的未熔化粉末，得到Ti-Ta-Nb-Sn复合材料块体零件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，包括圆形铺粉平台(3)，所述圆形铺粉平台(3)的中心开设有成型缸(4)，所述成型缸(4)的底部依次设置有成形底板(4-1)和与成形底板(4-1)相连的升降杆(4-2)，从成型缸(4)起沿所述圆形铺粉平台(3)的径向均匀布设有M个连通且结构相同的铺粉器(5)，其中M≥2，所述铺粉器(5)的两侧均设置有隔档片(5-1)，所述铺粉器(5)中隔档片(5-1)围成的通道上开设有送粉缸(5-2)，所述送粉缸(5-2)的底部依次设置有活动底板(5-2-1)和与活动底板(5-2-1)相连的连接轴(5-2-2)，所述铺粉器(5)中的隔档片(5-1)之间夹持有刮板(5-3)，所述刮板(5-3)远离成型缸(4)的一端连接有刮板轴(5-4)，所述升降杆(4-2)、连接轴(5-2-2)和刮板轴(5-4)均穿过电子束成形设备成型室(2)与直线型伺服电机相连。

2.根据权利要求1所述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述圆盘推进式电子束成型铺粉装置安装在电子束成形设备成型室(2)中，所述圆盘推进式电子束成型铺粉装置的成型缸(4)的正上方设置有电子枪(1)。

3.根据权利要求1所述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述铺粉器(5)在圆形铺粉平台(3)上成对出现且均匀布设。

4.根据权利要求1所述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述成型缸(4)的数量为1个，所述成型缸(4)的开口形状为圆形或方形。

5.根据权利要求1所述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置，其特征在于，所述M个铺粉器(5)的送粉缸(5-2)分别盛放不同种类的金属粉末，所述金属粉末的种类为M个。

6.一种利用如权利要求1～5中任一权利要求所述的圆盘推进式电子束成型铺粉装置制备复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用三维CAD建模软件建立复合材料零件的三维模型并导出存储为STL格式三维模型，然后利用分层软件沿STL格式三维模型的高度方向进行切片处理，得到切层数据文件，再将该切层数据文件导入电子束选区熔化成形设备的软件控制***中并设定对应切层的制备工艺参数；所述切层数据包括各切层截面的轮廓线信息和电子束扫描路径信息；

步骤二、将组成复合材料零件的金属粉末分别装入圆盘推进式电子束成型铺粉装置中不同的铺粉器(5)的送粉缸(5-2)中，然后对电子束成形设备成型室(2)抽真空至其真空度不大于5×10^-4mbar；

步骤三、采用电子束对圆盘推进式电子束成型铺粉装置中的成形底板(4-1)进行预热，然后通过调节升降杆(4-2)带动成形底板(4-1)下降，通过调节连接轴(5-2-2)带动送粉缸(5-2)的活动底板(5-2-1)上升使金属粉末溢出，控制刮板轴(5-4)带动刮板(5-3)推动溢出的金属粉末进入成型缸(4)中并均匀铺设在成形底板(4-1)上；所述预热后成形底板(4-1)的温度为300℃～1200℃；所述金属粉末的铺设厚度与步骤一中经切片处理得到的各层切片厚度相同；

步骤四、采用电子束对步骤三中铺设在成形底板(4-1)上的金属粉末进行预热扫描，然后根据步骤一中所述对应切层的制备工艺参数对经预热扫描后的金属粉末进行选区熔化扫描，得到单层实体片层；

步骤五、依次对其余铺粉器(5)中的金属粉末重复步骤三中的铺粉工艺、步骤四中的预热扫描工艺和选区熔化扫描工艺，直至各单层实体片层逐层堆积，形成复合材料零件成形件；

步骤六、将步骤五中得到的复合材料零件成形件在氦气保护下冷却至100℃以下后取出，利用高压气体去除复合材料零件成形件中的未熔化粉末，得到复合材料零件。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤一中经切片处理得到的各层切片厚度为30μm～200μm。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤二中所述金属粉末为球形或近球形，所述金属粉末的粒径为30μm～200μm。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤四中所述预热扫描的扫描线间距为0.5mm～2.0mm。

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