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增材制造系统中激光烧蚀冷凝物的控制技术方案

技术编号:15443468 阅读:97 留言:0更新日期:2017-05-26 07:59
本发明专利技术提供了通过在室内提供至少一个电极来控制在增材制造期间产生的冷凝副产物的方法。所述冷凝物可在其产生时带电,或者可以将电荷赋予所述冷凝物。所述电极可具有正偏压或负偏压,以吸引或排斥所述冷凝物。所述电极可以位于所述室的壁上,或与透明窗口相关联,其中激光束通过所述透明窗口进入所述室。

To control the increasing material manufacturing system of laser ablation condensate

The present invention provides a method for controlling condensation by-products produced during an increase in manufacturing by providing at least one electrode indoors. The condensate can be charged in the charge, or can be given the condensate. The electrode can have positive bias or negative bias, in order to attract or repel the condensate. The electrode may be located on the wall of the chamber or associated with the transparent window, wherein the laser beam enters the chamber through the transparent window.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造系统中激光烧蚀冷凝物的控制相关申请的交叉引用本申请要求于2014年9月19日提交并被分配为美国专利申请No.62/052,521的标题为“ControlofLaserAblationCondensateProductswithinAdditiveManufacturingSystems”(增材制造系统中激光烧蚀冷凝物的控制)的临时专利申请的优先权,其公开内容据此以引用方式并入本文。
本专利技术涉及增材制造,更具体地讲,涉及控制冷凝物的增材制造系统。
技术介绍
增材制造使得人们能够通过增材方法(此方法中连续的材料层被放置)由模型或另一电子数据源制造三维物体。人们使用激光束将预先整平的粉末表面熔化成固体材料薄片。而后将另一层粉末施加在先前熔化的薄片顶部上,并重复该方法直到逐层地构建出三维物体。该方法称为例如粉末床熔化(PBF)、激光选择性熔化或直接激光金属烧结。该方法可应用于能够熔化在一起的金属、塑料或其他材料。可在充有惰性气体的室中进行增材制造方法,以防止发生不期望的化学反应。该惰性气体可以是例如氩气。在层熔化方法中,蒸发的材料冷凝成纳米尺寸的粉尘,其在本文中称为“冷凝物”。该冷凝物最初悬浮在室内的惰性气体中。虽然一些冷凝物会被朝向室中的过滤器引导,但是大部分冷凝物都可能积聚在室中以及室周围。沉积的冷凝物可能积聚在室壁上、激光束被引导而穿过的透明窗口上,以及正被制造的物体上。激光束可能会受到遮蔽,并且如果冷凝物沉积在透明窗口上,则增材制造方法可能会中断或削弱。例如,某物体在增材制造系统中可能需要10到200小时来构建。然而,在已形成沉积物的情况下,透明窗口仅在使用大约五个小时之后就可能变模糊。如果透明窗口变得模糊,则可能需要暂停制造并清洁系统。室壁上或室中其他位置处累积的冷凝物可能引发火灾风险,这给操作者带来了安全问题。冷凝物中的一些材料在空气中可能是高反应性的,如果已积聚了足够的冷凝物并且室被打开以便清洁或维护,则可能导致自燃。例如,可以在激光加工期间形成钛或铝冷凝物。钛粉尘或铝粉尘具有火灾危害性,且暴露在空气中时会造成爆炸危害。累积在所制造物体上的任何冷凝物都可影响该物体的质量或性质。例如,冷凝物可能降低保真性,或影响所制造物体的形状、尺寸或物理性质。冷凝物的累积甚至可能损毁正被制造的物体。因此,可能会存在一个可以执行操作的最大构建时间,而后则需要因存在冷凝物而清洁室和透明窗口。这可能使得增材制造不适于制造大型或复杂的物体。针对上述问题,一种已知方法是引导惰性气体流过室中的过滤器以捕获冷凝物。然而,难以仅靠惰性气体流来控制冷凝物的精确轨迹。一些冷凝物可能被意外地引导到正在形成的物体上方及其表面上。可手动清洁室壁和透明窗口。然而,这种做法既耗时又耗力。由于频繁的清洁或预防性维护,使得增材制造系统的生产量降低。依赖于系统中所用的材料,手动清洁可因为火灾或爆炸的风险而较为危险。所以,需要一种改进的增材制造系统和一种改进的操作增材制造系统的方法,以缓解冷凝物带来的问题。
技术实现思路
具体表现本专利技术的增材制造系统通常包括透明窗口、粉末床和多个壁。壁和透明窗口在粉末床周围形成室。该系统还包括激光源,其被布置成将激光束引导穿过透明窗口进入室并朝向粉末床,从而在室中产生冷凝物。冷凝物在形成时可具有并保持有电荷,或者可以在形成冷凝物时通过向室施加静电场这一方式而使其带电。根据本专利技术,在室中设置电极以控制带电的冷凝物。可将电极偏压以吸引或排斥带电的冷凝物。在一个实施例中,电极为设置在透明窗口上的透明电极,其被偏压以排斥带电冷凝物离开透明窗。本专利技术扩及一种增材制造的方法,该方法包括以下步骤:将激光束通过透明窗口引导到室中以熔化粉末床中的粉末,其中带电冷凝物产生自所述粉末,以及对设置在室中的电极施加电偏压以吸引或排斥带电冷凝物。附图说明为了更全面地理解本专利技术的性质和目的,应参考结合附图进行的以下详细描述,其中:图1是根据现有已知技术形成的增材制造系统的示意图;图2是根据本专利技术的实施例形成的增材制造系统的示意图;图3是根据本专利技术的另一个实施例形成的增材制造系统的示意图;图4是根据本专利技术的另一个实施例形成的增材制造系统的示意图;并且图5是根据本专利技术的又一个实施例形成的增材制造系统的示意图。具体实施方式虽然将根据某些实施例来描述所要求保护的主题,但本专利技术的范围还涵盖其他实施例,包括未提供本文所陈述的所有益处和特征的那些实施例。在不脱离本专利技术范围的情况下,可以进行各种结构改变、逻辑改变、处理步骤改变和电子改变。因此,本专利技术的范围仅通过参考所附权利要求来限定。图1是已知的增材制造系统100的示意图。增材制造系统100具有多个壁101和一个透明窗口102,该窗口可为石英玻璃或适于传输激光束的另一种透明材料。壁101和透明窗口102协同限定室113。作为非限制性实例,室113的尺寸可大约为5英尺×2英尺×2英尺。可将室113抽真空并充入惰性气体,例如氩气或另一种惰性气体。激光源103被布置成产生激光束108,并将其投射穿过透明窗口102而后朝向位于室113内的粉末床106射去。粉末床106含有粉末105。粉末床106可以是固定的,或者可以是升降系统的一部分。通过使用激光束108熔化粉末105薄层来形成物体109。激光束108可以在粉末床106的预定目标区域上扫描,以将粉末105熔化成具有期望形状的层。擦拭器107可用于在物体109的顶部熔化层上施加额外的粉末层105或额外水平的粉末,使得人们可以使用激光束108形成物体109的另外的层。当粉末105熔化形成物体109的层时,会产生冷凝物110。冷凝物110可以是纳米尺寸的颗粒,其最初悬浮在室113中。一些冷凝物110在壁101和透明窗口102上形成沉积物111(由虚线表示)。一些冷凝物110可以由风扇(未示出)朝向过滤器112引导以便受到捕获或去除,但过滤器112可能无法去除室113中的所有冷凝物110。受冷凝物110形成方法的影响,冷凝物110可以携带电荷。不限于特定机制,该电荷可以由沸腾或发火花期间来自激光束108的光子赋予。或者,可以向冷凝物110施加电荷。例如,可以对粉末床106或粉末105施加偏压。现在参见图2,该图是根据本专利技术的实施例形成的增材制造系统200的示意图。增材制造系统200大体上类似于增材制造系统100,然而系统200包括设置在室113中并且可连接到电压源204的至少一个电极202。在图2中,所示电极202被偏压以吸引带电冷凝物110。具体地讲,电极202可以被偏压以具有与冷凝物110相反的极性,由此将冷凝物110朝向电极202吸引。作为实例,冷凝物110可以带负电,并且电压源204可以向电极202提供+100V的偏压,而其他偏压电位也是可能的。电压源204可经由开关(未示出)连接到电极202,以允许根据需要而切断或施加电极偏压。如图2所示,电极202可设置在室113的多个壁101中的一个之上或之中。在图2中,电极202设置在过滤器112附近,使得绝大多数冷凝物110要么在电极202上形成沉积物,要么被引导到过滤器112中。因此,这减少了冷凝物110在透明窗口102上的累积。电极202的其他位置也是可能的,图2仅示出了一个实例。图3示出了根据替代实本文档来自技高网
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增材制造系统中激光烧蚀冷凝物的控制

【技术保护点】
一种增材制造系统,包括:透明窗口;粉末床;多个壁,其中所述多个壁和所述透明窗口限定了围绕所述粉末床的室;激光源,所述激光源将激光束引导穿过所述透明窗口进入所述室并朝向所述粉末床;和设置在所述室中的电极,其中所述电极被偏压,以因冷凝物的电荷而吸引或排斥所述冷凝物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.19 US 62/052,5211.一种增材制造系统,包括:透明窗口;粉末床;多个壁,其中所述多个壁和所述透明窗口限定了围绕所述粉末床的室;激光源,所述激光源将激光束引导穿过所述透明窗口进入所述室并朝向所述粉末床;和设置在所述室中的电极,其中所述电极被偏压,以因冷凝物的电荷而吸引或排斥所述冷凝物。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述电极设置在所述多个壁中的一个上。3.根据权利要求1所述的系统,其中所述电极设置在所述透明窗口上或所述透明窗口中。4.根据权利要求3所述的系统,其中所述电极是透明的。5.根据权利要求4所述的系统,其中所述电极包括铟锡氧化物、石墨烯或铱中的至少一种。6.根据权利要求1所述的系统,还包括过滤器,并且其中所述电极被布置并偏压成使带电的所述冷凝物朝向所述过滤器偏转。7.根据权利要求1所述的系统,还包括过滤器,并且其中所述电极被布置在所述过滤器中。8.根据权利要求1所述的系统,还包括设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员:保罗·格里尔伊恩·L·布鲁克斯
申请(专利权)人:穆格公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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