反应性金属冷凝物在增材制造中的中和制造技术

具有构建室的增材制造系统具有产生卤化物气体的卤化物容器和具有纤丝的解离室。金属冷凝物与所述卤化物气体接触以形成气态金属卤化物化合物。所述气态金属卤化物化合物被分解以在纤丝上沉积金属。在实施例中，钛与气态碘反应形成气态四碘化钛。

The neutralization reaction of condensate in the metal material manufacturing growth in

A timber manufacturing system having a construction chamber has a halide container for producing halide gas and a dissociation chamber having fibrils. Contact the gas condensate to form gaseous metal halides and metal halide compound. The gaseous metal halide compound is decomposed to deposit metal on the fibrils. In the embodiment, the titanium reacts with gaseous iodine to form a gaseous four titanium iodide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应性金属冷凝物在增材制造中的中和
本专利技术涉及增材制造(AM)，更具体地说，涉及冷凝物在AM系统中的中和。
技术介绍
AM能够通过铺设连续的材料层的增材工艺从数字模型或另一电子数据源制造三维物体。使用激光束或电子束将预先整平的粉末表面层熔合成固体材料薄片。然后将另一层粉末施加在先前熔合的薄片的顶部上，并重复该过程直到逐层构建出三维物体。这个工艺被称为例如粉末床熔合(powderbedfusion，PBF，或称为粉末床熔融)、激光选择性熔融或直接激光金属烧结。该工艺可以应用于能够熔合在一起的金属、塑料或其它材料。AM工艺可以在填充有惰性气体的室中进行，以防不希望的化学反应或熔融金属的氧化。该惰性气体可以是，例如，氩气。在例如金属的层熔合工艺中，熔池的表面过热并蒸发。蒸发的材料在惰性气氛中冷却并冷凝成纳米尺寸的粉尘，这里称为“冷凝物”。这些冷凝物颗粒的直径或最长尺寸可以为约10nm至100μm。该冷凝物最初悬浮在室内的惰性气体中。室内的冷凝物可以沉降在表面上，或作为烟雾仍然悬浮在惰性气体中。这会造成安全隐患，因为在氧气的存在下，冷凝物可能是高反应活性的，这可能导致爆炸或火灾的严重风险。图1是现有技术的AM系统100的示意图。所述AM系统100包括构建室101，其是层熔合工艺发生的地方。为了降低对人员的危险，惰性气体的对流可以引导冷凝物离开构建室101。惰性气体和悬浮的冷凝物(由实心箭头表示)可被泵送通过过滤器102以捕获固体材料。然后使用循环风扇103将含有较少冷凝物或甚至没有冷凝物(由虚线箭头表示)的惰性气体泵送到构建室101。大量的冷凝物可以在过滤器102中被捕获，但是过滤器102不能捕获所有的冷凝物，并不是所有的冷凝物都可以被引导离开构建室101。因此，尽管一些冷凝物被引向过滤器102，但是大部分冷凝物可能积聚在室101中及其周围。沉降的冷凝物可以积聚在室101的壁上，激光束被引导而穿过的透明窗口上，或正在被制造的物体上。如果冷凝物沉降在透明窗口上，则激光束可能被遮挡，并且AM工艺可能被中断或削弱。这可能导致质量差的零件的生产。例如，物体在AM系统中可能需要10到200个小时来构建。然而，由于形成的沉积物，透明窗口在仅使用约5小时后可能会被遮挡。如果透明窗口被遮挡，可能需要暂停和清扫系统。在正在制造的物体上积聚的任何冷凝物都能够影响该物体的质量或性质。例如，冷凝物可以降低保真度或影响正在制造的物体的形状、尺寸或物理性质。积聚的冷凝物甚至可以破坏正在制造的物体。因此，由于冷凝物的存在，在室101和透明窗口需要清洁之前可能存在最大的构建时间。这可能使AM不适合制造大型或几何复杂的物体。在室101的壁上积聚的冷凝物可能是火灾风险，其在手动清洁期间给操作者带来安全问题。冷凝物中的一些材料在空气中可能是高反应活性的，如果已经积聚了足够的冷凝物并且室101被打开以用于清洁或维护，则可能导致自发着火。例如，在激光加工期间可能形成钛或铝冷凝物。钛或铝粉尘是火灾危害物，当暴露在空气中时，可能会造成爆炸危害。在清洁室101时，尤其是在清扫过程中使用的真空吸尘器或其他清洁设备中，可能会发生火灾或爆炸。在清理冷凝物或处理被冷凝物污染的过滤器102时发生过严重事故。被污染的过滤器102必须在更换期间手动移除并在危险废物专用设备中处理。更换或处理过滤器102会增加自燃和严重事故的风险。已经有数次在过滤器清洁或更换过程中的伤害被报道。为了减少过滤器102的火灾风险，过滤器102的尺寸保持较小。但是，这限制了AM工艺中在过滤器102必须更换之前的最大构建时间。此外，不是所有的冷凝物都被收集在过滤器102中，并且在室101中的爆炸或火灾风险仍然存在。因此，需要一种在AM期间的冷凝物中和的系统和方法，更具体地，中和在AM工艺期间的凝结物的系统和方法，其将冷凝物转化为安全形式。
技术实现思路
金属冷凝物可以通过将其转化为金属的安全化合物或安全形式来被中和。钛是可以被转化的金属冷凝物的一个例子。在一个示例中，反应性钛纳米尺度的冷凝物被转化为惰性的宏观尺度的钛沉积物。这可以是一个封闭的过程。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是现有技术的AM系统的示意性框图；图2表示可用于根据本专利技术一种实施方式的AM系统中的化学反应工艺；图3是根据本专利技术的一种实施方式的使用卤化物气体的AM系统的示意性框图；图4是表示使用图3的AM系统的工艺的流程图；图5是根据本专利技术的另一种实施方式的使用卤化物气体的AM系统的示意性框图；图6是表示使用图5的AM系统的工艺的流程图；图7是根据本专利技术的另一种实施方式的使用卤化物气体的AM系统的示意性框图；和图8是表示使用图7的AM系统的工艺的流程图。具体实施方式虽然将根据某些实施方式来描述所要求保护的主题，但本专利技术的范围还涵盖其它实施方式，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、工艺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2表示可用于体现本专利技术的AM系统的化学反应工艺。固体卤化物在步骤120中汽化。形成的气态卤化物与金属冷凝物接触。虽然钛被具体公开为金属冷凝物，但也可以使用铝、钒或其它金属。这在步骤121中引发反应。在步骤122中形成气态金属卤化物化合物。使用纤丝(filament，或称为长丝)将金属与卤化物分离并在步骤123中使反应逆转。然后在步骤124中将气态卤化物冷却并固化。例如，固体卤化物可以是含碘的固体材料。I(s)可通过将其温度升高至例如约150℃以上而汽化。AM系统中的压力也可能会降低。固体钛冷凝物与I2(g)利用以下反应进行反应形成TiI4(g)：Ti(s)+2I2(g)→TiI4(g)可以将纤丝控制为约1400℃以使用以下反应分离TiI4(g)：TiI4(g)→Ti(s)+2I2(g)当冷却时，I2(g)将固化成I(s)。例如，I2(g)可以被冷却到150℃以下以形成I(s)。在固化过程中，AM系统中的压力可能会增加。可以基于例如冷凝物中的金属、AM工艺参数、正在制造的部件或期望的冷凝物去除水平来选择特定的卤化物或气态卤化物种类。可以使用其它卤素如F2、Br2或Cl2代替I2。也可以使用不同卤化物或一种或多种卤化物与其它气态物质的混合物。熔化固体卤化物材料、冷凝气态卤化物材料、解离气态金属卤化物化合物、加热AM系统中的部件或冷却AM系统中的部件的温度可基于所述用的卤化物、卤化物混合物或气体混合物的汽化温度和冷凝温度而变化。图3是使用卤化物气体的AM系统200的实施方式的示意图。在图3中，实心箭头表示惰性气体和悬浮的冷凝物，虚线箭头表示含有较少的冷凝物甚至不含冷凝物的惰性气体。较少的冷凝物是指由虚线箭头表示的流比由实线箭头表示的流具有更少的冷凝物。发生AM工艺的构建室201位于过滤器202和循环风扇204的上游。构建室201可以使用例如激光束或电子束。构建室201和过滤器202之间是阀V1和V4。构建室201和循环风扇204之间是阀V1和V2。循环风扇204的下游是卤化物容器205和解离室206。解离室206和过滤器202通过阀V3和风扇203连接到构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造系统，包括：构建室；激光源，配置用于引导激光束到所述构建室中从而在所述构建室中形成金属冷凝物；连接到所述构建室的卤化物容器，其中所述卤化物容器包括卤化物气体源；和连接到所述卤化物容器的解离室，其中所述解离室包括纤丝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.05 US 62/088,0191.一种增材制造系统，包括：构建室；激光源，配置用于引导激光束到所述构建室中从而在所述构建室中形成金属冷凝物；连接到所述构建室的卤化物容器，其中所述卤化物容器包括卤化物气体源；和连接到所述卤化物容器的解离室，其中所述解离室包括纤丝。2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中所述卤化物气体源被配置为从固体卤化物材料产生气态卤化物。3.根据权利要求2所述的增材制造系统，其中所述气态卤化物是I2。4.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中所述纤丝由钨制成。5.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中所述卤化物容器位于所述构建室的下游，并且所述解离室位于所述卤化物容器的下游。6.根据权利要求5所述的增材制造系统，还包括在所述构建室下游与所述卤化物容器和所述解离室并联的过滤器。7.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中所述卤化物容器包括加热系统。8.一种方法，包括：将激光束引导到增材制造系统的构建室中，从而形成金属冷凝物；将所述金属冷凝物与气态卤化物接触以形成气态金属卤化物化合物；将所述气态金属卤化物化合物输送至纤丝；在所述纤丝存在下分解所述气态金属卤化物化合物；和在所述纤丝上沉积气态金属卤化物的金属。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述金属冷凝物包括钛。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述气态卤化物包括I2。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述气态金属化合物包括TiI4。12.根据权利要求8所述的方...

【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