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1. WO2016141876 - ADDITIVE MANUFACTURING DEVICE UTILIZING EB-LASER COMPOSITE SCAN

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

附图

0001   0002   0003   0004   0005  

说明书

发明名称 : 利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置

技术领域

[0001]
本发明涉及一种利用电子束-激光复合扫描加热材料,使材料逐层烧结或熔化沉积,实现高性能、高效率、较高精度和材料适应面更广的三维零件的增材制造装置。

背景技术

[0002]
零件的增材制造或称快速成形、三维打印在复杂结构零件的成形和特殊材料的成形方面有很大的优势。该工艺通常采用高能电子束或者激光束作为热源,逐层烧结或熔化材料,使材料逐层堆积成形。典型的工艺有激光选区烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting,EBSM)等。
[0003]
发明内容
[0004]
本发明的申请人发现,基于激光的选区烧结/熔化技术的制品精度较高、表面粗糙度较优,但成形效率较低,制件的塑性和延展性较低;而且由于材料对激光能量的吸收率较低,成形区域的温度较低(200℃左右),导致成形过程中工件的热应力较高,容易产生变形和热应力积累,难以应用于脆性材料的增材制造。
[0005]
而基于电子束的选区熔化技术由于材料对电子束能量的吸收率较高,因此成形区域的温度可以保持较高水平(可达800℃-900℃),保证成形过程中工件的热应力处于较低水平,能够有效控制工件的变形和热应力积累,材料塑性和延展性较高,比较适用于脆性材料的增材制造,而且成形效率高,是SLM的3-4倍。但制件的表面粗糙度较低,而且还存在因粉末导电性低而出现的“炊粉”现象,严重时,会影响工艺的顺利进行。
[0006]
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]
为此,本发明的一个目的在于提出一种增材制造装置,该增材制造装置将电子束-激光束结合起来进行复合扫描的选区熔化。
[0008]
根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,包括:真空成形室;工作台装置,所述工作台装置的成形区域至少设在所述真空成形室内;粉末供给装置,所述粉末供给装置用于将粉末供给至所述成形区域;至少一个电子束发射聚集扫描装置和至少一个激光束发射聚集扫描装置,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置设置成使得所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围至少覆盖所述成形区域的一部分;以及控制器,所述控制器控制所述电子束发射聚集扫 描装置和所述激光束发射聚集扫描装置以可对所述成形区域进行粉末复合扫描成形处理。
[0009]
根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,将电子束-激光束结合起来进行复合扫描及选区熔化,以将电子束选区熔化和激光选区熔化的优点结合。
[0010]
另外,根据本发明上述实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0011]
根据本发明的一个示例,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围覆盖整个所述成形区域。
[0012]
根据本发明的一个示例,所述粉末复合扫描成形处理包括利用所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束和所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光束都可对所述粉末进行扫描,进行加热、烧结和熔化中的至少一种处理。
[0013]
根据本发明的一个示例,所述控制器控制所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束和所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光束对所述成形区域中相同或者不同区域内的粉末同时或者交替进行粉末复合扫描成形处理。
[0014]
根据本发明的一个示例,所述控制器控制所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光束在所述成形区域内形成所需的截面轮廓;以及所述控制器控制所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束扫描所述截面轮廓内的粉末并熔化沉积所述粉末,以形成所需的截面。
[0015]
根据本发明的一个示例,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置可以设置在所述真空成形室的顶部。
[0016]
根据本发明的一个示例,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置可通过相对于所述工作台装置移动位置,以扩大扫描范围。
[0017]
根据本发明的一个示例,所述工作台装置在所述真空成形室内可通过位置移动,以扩大所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围。
[0018]
根据本发明的一个示例,所述增材制造装置包括两个电子束发射聚集扫描装置和一个激光束发射聚集扫描装置,所述激光束发射聚集扫描装置设置在所述两个电子束发射聚集扫描装置之间。
[0019]
根据本发明的一个示例,所述增材制造装置包括四个电子束发射聚集扫描装置和一个激光束发射聚集扫描装置,所述电子束发射聚集扫描装置围绕所述激光束发射聚集扫描装置布置。
[0020]
根据本发明的一个示例,所述粉末包括陶瓷粉末和/或金属粉末。
[0021]
根据本发明的一个示例,所述工作台装置包括:工作平台,所述成形区域设置在所述工作平台上;活塞式成形缸装置,所述活塞式成形缸装置设置在所述工作平台之下并包括成形缸和活塞式升降装置,所述成形缸的上边缘与所述工作平台相齐平,所述活塞式升降 装置在所述成形缸内可升降。
[0022]
根据本发明的一个示例,所述粉末供给装置包括:粉末供给器,所述粉末供给器将所述粉末供给至所述工作平台的上表面上;粉末铺设器,所述粉末铺设器设置在所述工作平台上且可将所述粉末推送至所述成形缸内并铺平。
[0023]
根据本发明的一个示例,所述电子束发射聚集扫描装置包括:壳体,所述壳体设在所述真空成形室外;产生电子束的灯丝,所述灯丝设在所述壳体内;阴极,所述阴极在所述壳体内且位于所述灯丝的下面;栅极,所述栅极在所述壳体内且位于所述阴极的下面;阳极,所述阳极在所述壳体内且位于所述栅极的下面;聚焦线圈,所述聚焦线圈在所述壳体内且位于所述阳极的下面;以及偏转线圈,所述偏转线圈在所述壳体内且位于所述聚焦线圈的下面。
[0024]
根据本发明的一个示例,所述激光束发射聚集扫描装置包括产生激光束的激光光源和与所述激光光源相连的聚焦扫描组件,所述聚焦扫描组件与所述真空成形室相连。
[0025]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0026]
图1是根据本发明一个实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置的示意图;
[0027]
图2是图1所示的装置的电子束和激光束扫描区域示意图;
[0028]
图3是根据本发明另一实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置的示意图;
[0029]
图4是根据本发明又一实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置的示意图;
[0030]
图5是图4的电子束发射聚集扫描装置6的扫描范围及目标区域示意图。

具体实施方式

[0031]
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0032]
下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置。
[0033]
如图1至图5所示,根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,包括:真空成形室1,工作台装置,粉末供给装置,至少一个电子束发射聚集扫描装置6,至少一个激光束发射聚集扫描装置7以及控制器(未示出)。
[0034]
具体地说,所述工作台装置的成形区域至少设在真空成形室1内。
[0035]
根据本发明的一个实施例,所述工作台装置包括:工作平台2和活塞式成形缸装置。所述成形区域设置在工作平台2上。所述活塞式成形缸装置设置在工作平台2之下并包括成形缸31和活塞式升降装置32。成形缸31的上边缘与工作平台2相齐平,活塞式升降装置32在成形缸31内可升降。
[0036]
所述粉末供给装置用于将粉末供给至所述成形区域。根据本发明的一个实施例,该粉末可以是陶瓷粉末和金属粉末中的至少一种。但是,需要说明的是,该粉末可以根据所需要进行增材制造的零部件的需要而选用合适的材料,这也落入本发明的保护范围之内。
[0037]
根据本发明的一个实施例,所述粉末供给装置可以包括:粉末供给器4和粉末铺设器5。如图1中所示,粉末供给器4将粉末供给至工作平台2的上表面上。粉末铺设器5设置在工作平台2上且可将粉末推送至成形缸31内,并铺平。
[0038]
电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7设置成使得电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7的扫描范围至少覆盖所述成形区域的一部分。如图1中所示,电子束发射聚集扫描装置6内从上到下依次设有灯丝61、阴极62、栅极63、阳极64、聚焦线圈65、包含x方向偏转绕组和y方向偏转绕组的扫描偏转线圈66。每个电子束发射聚集扫描装置6都能够发射出一道电子束,进行单束或多束扫描,每束电子束都有足够的功率,可以对成形材料进行加热、烧结和熔化。
[0039]
根据本发明的一个实施例,如图1中所示,激光束发射聚集扫描装置7可以包括:激光光源71、具有光束聚集、扫描偏转振镜等功能的聚焦扫描组件72。每个激光束发射聚集扫描装置7都能够发射出一道激光束,进行单束或多束扫描,每束激光束有足够的功率,可以对成形材料进行加热、烧结和熔化。
[0040]
有利地,电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7的扫描范围可以覆盖整个所述成形区域。
[0041]
所述控制器控制电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7以对所述成形区域进行粉末复合扫描成形处理。根据本发明的一个实施例,所述粉末复合扫描成形处理包括利用电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束和激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束对成形区域的粉末进行扫描,进行加热、烧结和熔化中的至少一种处理。此外,此处的扫描、加热、烧结和熔化应做材料加工领域的广义理解,例如加热可以包括持续或者间断的预热、升温等。
[0042]
根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,将电子束-激光束结合起来进行复合扫描进行选区熔化,以将电子束选区熔化和激光选区熔化的优点结合。具体而言,所述电子束发射聚集扫描装置发射的扫描电子束和所述激光束发射聚集扫描装置发射的扫描激光束均可用于扫描成形区域,预热粉末和控制降温过程,使成形区域温度场 处于适当范围,控制温度梯度,降低热应力;扫描零件截面及其内外轮廓,使截面内材料逐步升温、烧结、熔化,形成清晰、连续、完整的截面及其轮廓,从而可以获得高性能和较高精度的零件。
[0043]
根据本发明的一个示例,所述控制器控制电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束和激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束对所述成形区域中相同或者不同的区域内的粉末同时或者交替进行粉末复合扫描成形处理。
[0044]
例如,所述控制器控制激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束对扫描零件截面内外轮廓,以获得清晰、完整的轮廓边界;所述控制器控制电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束扫描零件截面内部区域,完全熔化粉末,以沉积出零件截面。
[0045]
进一步地,所述控制器控制激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束对成形区域的粉末进行预热,使粉末产生一定的微烧结,以提高导电性,降低“炊粉”几率。
[0046]
这里需要说明的是,若将电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束直接施加到粉末上,由于粉末颗粒均带有电子,根据“同性相斥、异性相吸”的原理,粉末颗粒会由于带电而出现“炊粉”现象。而激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束对成形区域预热粉末,使粉末产生一定的微烧结,则会降低“炊粉”几率。
[0047]
如图1和图3所示,根据本发明的一个示例,电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7设置在真空成形室1的顶部。
[0048]
有利地,电子束发射聚集扫描装置6和激光束发射聚集扫描装置7可通过相对于所述工作台装置移动位置,以扩大扫描范围。进一步地,所述工作台装置在真空成形室1内可通过位置移动,以扩大所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围。
[0049]
如图3所示,根据本发明的一个示例,所述增材制造装置可以包括两个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7。激光束发射聚集扫描装置7设置在两个电子束发射聚集扫描装置6之间。
[0050]
如图4所示,根据本发明的一个示例,所述增材制造装置包括四个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7。电子束发射聚集扫描装置6围绕激光束发射聚集扫描装置7布置。
[0051]
根据本发明的一个示例,电子束发射聚集扫描装置6包括:壳体60,灯丝61,阴极62,栅极63,阳极64,聚焦线圈65以及偏转线圈66。壳体60设在真空成形室1外。灯丝61设在壳体60内以产生电子束。阴极62在壳体60内且位于灯丝61的下面。栅极63在壳体60内且位于阴极62的下面。阳极64在壳体60内且位于栅极63的下面。聚焦线圈65在壳体60内且位于阳极64的下面。偏转线圈66在壳体60内且位于聚焦线圈65的下面。
[0052]
根据上述利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,结合电子束选区熔化和激光选区熔化的优点,实现高性能、高效率、较高精度和材料适应面更广的选区熔化的增材制造技术。
[0053]
在真空条件下,一个或多个电子束发射聚集扫描装置6与一个或多个激光束发射聚集扫描装置7进行复合扫描,例如,图1示出了一个电子束发射聚集扫描装置6与一个激光束发射聚集扫描装置7进行复合扫描的实施例。图3示出了两个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7进行复合扫描的实施例。图4示出了四个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7进行复合扫描的实施例。需要说明的是,一个或多个电子束发射聚集扫描装置6与一个或多个激光束发射聚集扫描装置7均可覆盖整个粉末成形区域。
[0054]
电子束发射聚集扫描装置6发射的扫描电子束和激光束发射聚集扫描装置7发射的扫描激光束均可用于扫描成形区域,预热粉末和控制降温过程,使成形区域温度场处于适当范围,控制温度梯度,降低热应力,扫描零件截面及其内外轮廓,使截面内材料逐步升温、烧结、熔化,形成清晰、连续、完整的截面及其轮廓,获得高性能和较高精度的零件。
[0055]
电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束和激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束,可以同时扫描相同的区域或不同的区域,也可以交替扫描同一区域或不同区域。
[0056]
如图2所示,先利用激光束扫描预热粉末,使粉末产生一定的微烧结,提高导电性,降低“炊粉”几率;再用电子束扫描使粉末温度迅速升高到适当范围;随后用激光束扫描零件截面内外轮廓,获得清晰、完整的轮廓边界;再用电子束扫描填充零件截面内部区域,完全熔化粉末,沉积零件截面,最后再用电子束或激光束扫描,保持成形区域的温度按要求逐渐下降,避免热应力增加和热变形产生,以及控制零件的最终组织。
[0057]
对于较大的成形区域,可以在真空室顶部布置多个电子束发射聚集扫描装置6和一个或多个激光束发射聚集扫描装置7,多个电子束发射聚集扫描装置6的扫描区域组合成较大的合成扫描区域,各电子束发射聚集扫描装置6扫描区域之间不能存在缝隙,应有部分重叠或搭接,以避免出现成形区域中有无法扫描到的地方,影响制造过程。而多个激光束发射聚集扫描装置7的扫描区域组合成较大的合成扫描区域,各激光束发射聚集扫描装置7扫描区域之间不能存在缝隙,应有部分重叠或搭接,以避免出现成形区域中有无法扫描到的地方。
[0058]
如图4和图5所示,四个电子束发射聚集扫描装置6并列,它们的扫描区域共同组成一个较大的合成扫描区域;由于激光束发射聚集扫描装置7的扫描偏转角度较大,其扫描范围可以涵盖较大的区域,因此在上述四个电子束发射聚集扫描装置6中间布置一个激光束发射聚集扫描装置7,即可对上述四个电子束发射聚集扫描装置6扫描区域组成的合成 区域进行扫描,实现电子束和激光束复合扫描。
[0059]
对于更大的成形区域,至少一个电子束发射聚集扫描装置6和至少一个激光束发射聚集扫描装置7可在真空成形室1顶部可通过相对于工作平台2移动位置,以扩大扫描范围。可选地,对于更大的成形区域,成形缸31和工作平台2可在真空成形室通过位置移动,以扩大所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围。
[0060]
根据本发明实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置可进行不同材料的选取成形,也可以进行梯度变化材料的选取成形,如激光束扫描成形陶瓷粉末,电子束或者激光束扫描成形金属粉末。
[0061]
下面将对图1、3和4中公开的具体实施例进行简单说明。
[0062]
实施例1
[0063]
如图1所示,根据本发明一个实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,包括:真空成形室1,工作平台2,成形缸31,活塞式升降装置32,粉末供给器4,粉末铺设器5,电子束发射聚集扫描装置6,激光束发射聚集扫描装置7以及作为控制器的控制计算机。
[0064]
电子束发射聚集扫描装置6包括产生电子束67的灯丝61,阴极62,栅极63,阳极64,聚焦线圈65,偏转线圈66,产生电子束67用于扫描成形区域,加热、烧结和熔化粉末。
[0065]
激光束发射聚集扫描装置7包括产生激光的激光光源71和与激光光源71相连的聚焦扫描装置72,产生激光束73用于扫描成形区域,以加热、烧结和熔化粉末。
[0066]
真空成形室1为选区熔化工艺提供真空环境,中间水平设置工作平台2。
[0067]
粉末供给器4设在工作平台2上方,用于储存粉末和定量供应粉末41。
[0068]
粉末铺设器5可以在工作平台2上往复移动,将粉末推送并铺平在成形区域,并铺平。
[0069]
成形缸31设在工作平台2之下,成形缸31中有活塞式升降装置32。活塞式升降装置32与成形缸31组成的高度可变化的容纳腔内盛有粉末床9和已经成形的工件92。
[0070]
根据本发明一个实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置的工艺过程如下:当先前的一层沉积层成形完毕,新的沉积层成形开始时,活塞式升降装置32相对于工作平台2下降等于一个粉末层厚度的高度,使粉末床9的上表面与工作平台2的表面形成一个粉末层厚的高度差。在控制计算机的控制下,粉末供给器4输出一定量的成形材料粉末41,并落在工作平台2表面,随后粉末铺设器5将粉末41推送至成形缸31内并铺平在粉末床9上形成一层新粉末层。
[0071]
激光束发射聚集扫描装置7和电子束发射聚集扫描装置6对新粉末层进行复合扫描,预热成形区域内的粉末,烧结、熔化零件截面内的粉末,在工件92的上表面沉积出新沉积 层91。
[0072]
如此反复,逐次逐层在工件92上堆积新沉积层,直至获得工件92的最终形状,完成工件的增材制造过程。
[0073]
在上述过程中,激光束发射聚集扫描装置7与电子束发射聚集扫描装置6对粉末进行的复合扫描是指,电子束发射聚集扫描装置6发射的电子束67和激光束发射聚集扫描装置7发射的激光束73,同时或者交替地扫描相同的区域或不同的区域,对粉末床9进行预热、选区烧结和选区熔化。
[0074]
复合扫描的实现方式如图2所示:先利用激光束发射聚集扫描装置7扫描成形区域93以预热粉末,使粉末产生一定的微烧结,提高导电性,降低“炊粉”几率。
[0075]
再用电子束发射聚集扫描装置6扫描成形区域93,使粉末温度迅速升高。
[0076]
随后用激光束发射聚集扫描装置7扫描零件截面外轮廓94和内轮廓95,以获得清晰、完整的轮廓边界。
[0077]
再用电子束发射聚集扫描装置6扫描零件截面内部区域96,完全熔化粉末,沉积出零件截面91。
[0078]
最后再用电子束发射聚集扫描装置6或激光束发射聚集扫描装置7扫描成形区域3或零件截面轮廓94、95和内部区域96,保持成形区域的温度按要求逐渐下降,避免热应力增加和热变形产生,以及控制零件的最终组织。
[0079]
实施例2
[0080]
图3和图4示出了根据本发明另一实施例的利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,包含多个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7进行复合扫描的增材制造装置。其他组成与实施例1类似,其工艺过程也与实施例1类似,在此不在赘述。
[0081]
由于激光束发射聚集扫描装置7具有较大的扫描区域,可以覆盖所述多套电子束发射聚集扫描装置6组合成的合成扫描区域。因此一个激光束发射聚集扫描装置7一般布置在多个电子束发射聚集扫描装置6的中间。
[0082]
图3表示了两个电子束发射聚集扫描装置6与一个激光束发射聚集扫描装置7的组合情况,此时,一个激光束发射聚集扫描装置7布置在两个电子束发射聚集扫描装置6之间。
[0083]
图4表示了四个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7的组合情况,此时,四个电子束发射聚集扫描装置6围绕一个激光束发射聚集扫描装置7布置。例如,四个电子束发射聚集扫描装置6呈2×2阵列布置,每个电子束发射聚集扫描装置6的扫描区域991、992、993、994大小一致,组合成较大的合成扫描区域99(如图5所示), 各电子束发射聚集扫描装置6扫描区域之间不存在缝隙(例如,有部分重叠或搭接),以避免出现成形区域中有无法扫描到的地方。激光束发射聚集扫描装置7置于四个电子束发射聚集扫描装置6的中央,激光束发射聚集扫描装置7的扫描区域覆盖了四个电子束发射聚集扫描装置6的合成扫描区域99,实现电子束和激光束复合扫描。另外,还可以将四个电子束发射聚集扫描装置6和一个激光束发射聚集扫描装置7组成一个电子束和激光复合扫描模块,利用机械平移运动机构,以获得更大成形扫描区域,实现更大尺度的三维零件增材制造。
[0084]
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0085]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

权利要求书

[权利要求 1]
一种利用电子束-激光复合扫描的增材制造装置,其特征在于,包括: 真空成形室; 工作台装置,所述工作台装置的成形区域至少设在所述真空成形室内; 粉末供给装置,所述粉末供给装置用于将粉末供给至所述成形区域; 至少一个电子束发射聚集扫描装置和至少一个激光束发射聚集扫描装置,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置设置成使得所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围至少覆盖所述成形区域的一部分;以及 控制器,所述控制器控制所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置以对所述成形区域进行粉末复合扫描成形处理。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的增材制造装置,其特征在于,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围覆盖整个所述成形区域。
[权利要求 3]
根据权利要求1或2所述的增材制造装置,其特征在于,所述粉末复合扫描成形处理包括利用所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束和所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光对所述粉末进行扫描、加热、烧结和熔化中的至少一种处理。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的增材制造装置,其特征在于,所述控制器控制所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束和所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光束对所述成形区域中相同或者不同区域内的粉末同时或者交替进行粉末复合扫描成形处理。
[权利要求 5]
根据权利要求3所述的增材制造装置,其特征在于,所述控制器控制所述激光束发射聚集扫描装置发射的激光束在所述成形区域内形成所需的截面轮廓;以及 所述控制器控制所述电子束发射聚集扫描装置发射的电子束扫描所述截面轮廓内的粉末并熔化沉积所述粉末,以形成所需的截面。
[权利要求 6]
根据权利要求1-5中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置中的至少一个相对于所述工作台装置位置可调。
[权利要求 7]
根据权利要求1-6中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述工作台装置在所述真空成形室内可移动,以扩大所述电子束发射聚集扫描装置和所述激光束发射聚集扫描装置的扫描范围。
[权利要求 8]
根据权利要求1-7中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述增材制造装置包括两个电子束发射聚集扫描装置和一个激光束发射聚集扫描装置,所述激光束发射聚集扫描装置设置在所述两个电子束发射聚集扫描装置之间。
[权利要求 9]
根据权利要求1-7中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述增材制造装置包括四个电子束发射聚集扫描装置和一个激光束发射聚集扫描装置,所述电子束发射聚集扫描装置围绕所述激光束发射聚集扫描装置布置。
[权利要求 10]
根据权利要求1-9中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述粉末包括陶瓷粉末和/或金属粉末。
[权利要求 11]
根据权利要求1-10中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述工作台装置包括: 工作平台,所述成形区域设置在所述工作平台上; 活塞式成形缸装置,所述活塞式成形缸装置设置在所述工作平台之下并包括成形缸和活塞式升降装置,所述成形缸的上边缘与所述工作平台相齐平,所述活塞式升降装置在所述成形缸内可升降。
[权利要求 12]
根据权利要求11所述的增材制造装置,其特征在于,所述粉末供给装置包括: 粉末供给器,所述粉末供给器将所述粉末供给至所述工作平台的上表面上; 粉末铺设器,所述粉末铺设器设置在所述工作平台上且可将所述粉末推送至所述成形缸内并铺平。
[权利要求 13]
根据权利要求1-12中任一项所述的增材制造装置,其特征在于,所述电子束发射聚集扫描装置包括: 壳体,所述壳体设在所述真空成形室外; 产生电子束的灯丝,所述灯丝设在所述壳体内; 阴极,所述阴极在所述壳体内且位于所述灯丝的下面; 栅极,所述栅极在所述壳体内且位于所述阴极的下面; 阳极,所述阳极在所述壳体内且位于所述栅极的下面; 聚焦线圈,所述聚焦线圈在所述壳体内且位于所述阳极的下面;以及 偏转线圈,所述偏转线圈在所述壳体内且位于所述聚焦线圈的下面。
[权利要求 14]
根据权利要求13所述的增材制造装置,其特征在于,所述激光束发射聚集扫描装置包括产生激光束的激光光源和与所述激光光源相连的聚焦扫描组件,所述聚焦扫描组件与所述真空成形室相连。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]