电子束熔丝成形随行退火系统设计及其仿真

控制电子束偏转扫描对成形件进行局部实时退火热处理,可降低大型金属工件在电子束熔丝成形过程中产生的热应力,减少热应力累积而超过材料屈服强度产生的变形。采用工控机、波形发生卡、驱动电路及偏转扫描线圈搭建了电子束偏转扫描控制试验平台;使用LabVIEW开发了扫描控制程序,合成了X、Y两路输出波形,实现了矩形折线扫描及圆形偏置扫描。针对电子束扫描加热对成形件局部温度分布的影响,建立了随行退火扫描的有限元模型,分析了随行退火偏转扫描对100mm×100mm区域内温度场分布的影响。仿真结果表明,在束流30mA、束斑直径4mm、束斑搭接1mm的条件下,电子束以25m/s的速度扫描加热0.6323s,区域内温度差值由初始的94℃减小到11℃,有效改善了100mm×100mm区域内温度场分布均匀程度。

电子束熔丝增材随行退火系统及均匀面热源扫描

在电子束熔丝沉积增材制造过程中,采用电子束对零件成形区域进行扫描并控制热输入,可以改善零件的温度分布,实现随行退火,达到减小应力和控制变形的目的。采用工控机、波形发生卡、扫描线圈及其驱动电路,以及动态聚焦线圈及其驱动电路搭建了电子束高速扫描系统,实现了电子束高速扫描及动态聚焦等功能。基于LabVIEW开发了随行退火扫描控制系统,提出了基于像素点阵定位和动态聚集的控制方法,实现了电子束扫描的精确定位和热输入控制;研究了不同扫描路径对面热源温度均匀性的影响,并采用多点同步测温电路对扫描区域的温度进行了测量。试验结果表明,该电子束随行退火系统可以实现扫描位置和热输入的精确控制,通过扫描路径优化显著提高了面热源温度分布的均匀性。