一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法

摘要

本发明提供了一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法，包括以下步骤：一、建立无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型；二、进行切层处理，得到各层切片的截面信息，各层切片分别为1#切片、2#切片…、n#切片；三、将基板和金属粉末均放入电子束快速成型机中；四、预热基板；五、制备1#实体片层；六、制备i#实体片层，i为2、3…、n；七、判断i=n时扫描过程结束；八、除去未成型粉末，得到无焊缝金属蜂窝构件。本发明工艺简单易控，操作简便可靠，生产周期短，生产效率高，可重复性强；采用本发明成型的无焊缝金属蜂窝构件的力学性能优异，蜂窝孔不易变形、坍塌，且能够根据需求任意调整蜂窝孔结构，适于大规模工业化生产。

主权项

一种无焊缝金属蜂窝构件的电子束选区熔化成型方法，该方法采用的设备包括电子束快速成型机和与电子束快速成型机相接的计算机，所述电子束快速成型机包括可升降工作台(1)、储粉箱(2)、铺粉器(3)和电子束发生器(4)，所述计算机内装有三维建模软件和切层软件，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、根据所要成型的无焊缝金属蜂窝构件的结构和尺寸，在计算机中利用三维建模软件建立无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型；所述无焊缝金属蜂窝构件为无焊缝金属蜂窝旋转件；步骤二、将步骤一中建立的无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型导入切层软件中，利用切层软件由上至下对无焊缝金属蜂窝构件的三维实体模型进行切层处理，得到无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的截面信息；所述无焊缝金属蜂窝构件的各层切片依据切层的先后顺序分别为1#切片、2#切片…、n#切片，其中n为不小于3的正整数；所述无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的厚度均为0.04mm～0.18mm；步骤三、将步骤二中得到的无焊缝金属蜂窝构件的各层切片的截面信息均导入电子束快速成型机中，然后选择基板(5)和金属粉末(6)，并将所选择的基板(5)和金属粉末(6)一起放入电子束快速成型机中，其中基板(5)放置在可升降工作台(1)上，金属粉末(6)放置在储粉箱(2)中；所选择的金属粉末(6)的材质与所要成型的无焊缝金属蜂窝构件的材质相同；所选择的基板(5)的材质为不锈钢，且基板(5)的板面面积S_基满足：1.2S_m≤S_基≤2.1S_m，其中S_m为无焊缝金属蜂窝构件的下底面面积，S_基和S_m的单位均为mm²；步骤四、在惰性气氛保护下，利用电子束发生器(4)产生电子束，然后利用所产生的电子束对步骤三中放置在可升降工作台(1)上的基板(5)进行预热处理；预热后的基板(5)的温度T_基满足：0.44T_m≤T_基≤0.67T_m，其中T_m为金属粉末(6)的熔点，T_m和T_基的单位均为℃；步骤五、利用电子束快速成型机制备1#实体片层：步骤501、利用铺粉器(3)将步骤三中放置在储粉箱(2)中的金属粉末(6)平铺于步骤四中预热后的基板(5)表面，再在惰性气氛保护下，利用电子束发生器(4)产生电子束，然后利用所产生的电子束对平铺于基板(5)表面的金属粉末(6)进行预热处理；平铺于基板(5)表面的金属粉末(6)的厚度与1#切片的厚度相等，预热处理过程中电子束的电流为10mA～20mA，预热处理的时间为8s～10s；步骤502、在惰性气氛保护下，利用电子束发生器(4)产生电子束，然后利用所产生的电子束按照1#切片的截面信息对步骤501中预热后的金属粉末(6)进行选区扫描，使选区扫描后的金属粉末(6)加热熔化为金属液，金属液自然冷却后凝固于基板(5)表面，得到与1#切片的厚度与截面信息均相同的1#实体片层；选区扫描过程中电子束的电流为15mA～50mA，选区扫描的扫描速率为1.5×10⁴mm/s～13.5×10⁴mm/s；步骤六、利用电子束快速成型机制备i#实体片层，所述i为2、3…、n，其中n为不小于3的正整数：步骤601、将放置有基板(5)和(i‑1)#实体片层的可升降工作台(1)下降且下降高度与i#切片的厚度相同；步骤602、利用铺粉器(3)将步骤三中放置在储粉箱(2)中的金属粉末(6)平铺于(i‑1)#实体片层表面，再在惰性气氛保护下，利用电子束发生器(4)产生电子束，然后利用所产生的电子束对平铺于(i‑1)#实体片层表面的金属粉末(6)进行预热处理；平铺于(i‑1)#实体片层表面的金属粉末(6)的厚度与i#切片的厚度相等，预热处理过程中电子束的电流为10mA～20mA，预热处理的时间为8s～10s；步骤603、在惰性气氛保护下，利用电子束发生器(4)产生电子束，然后利用所产生的电子束按照i#切片的截面信息对预热后的金属粉末(6)进行选区扫描，使选区扫描后的金属粉末(6)加热熔化为金属液，金属液自然冷却后凝固于(i‑1)#实体片层表面，得到与i#切片的厚度与截面信息 均相同的i#实体片层；选区扫描过程中电子束的电流为15mA～50mA，选区扫描的扫描速率为1.5×10⁴mm/s～13.5×10⁴mm/s；步骤七、对i#实体片层进行判断，当i#实体片层满足i＝n时，判断电子束选区熔化成型的逐层扫描过程结束，进入步骤八；否则，返回步骤六；步骤八、采用压缩空气吹拂或超声波振荡的方法将未经电子束选区熔化成型的金属粉末(6)除去，得到由1#实体片层、2#实体片层…以及n#实体片层逐层堆积而成的无焊缝金属蜂窝构件。