用于增材制造的多区域温度控制的基底制造技术

本发明专利技术涉及用于增材制造的多区域温度控制的基底。描述了各种增材制造系统和方法。在一个实例中，基底配置为从增材制造设备接收沉积材料。基底包括多个区域，该多个区域配置为被单独地控制温度以影响接收的沉积材料的至少一部分的传热特性。温度控制系统与区域连接并且配置为调节每个区域的相关联的温度。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造的多区域温度控制的基底
本申请一般地涉及增材制造，并且更具体地，涉及用于增材制造的温度控制技术。
技术介绍
各种材料可以用于增材制造(例如，3-D打印)领域以制造几何学上简单或复杂的部件。一般地，增材制造过程包括加热沉积材料，例如，聚合物或金属，并且根据各种技术将它们沉积在基底(例如，沉积表面)上使得沉积的材料凝固并且固化成几何形状。为了本公开内容的目的，几何形状可以被称为制造的部件或产品。例如，实心圆形图案可以被沉积在基底上并且相同的图案可以分层为一个叠加在另一个的顶部以形成相对简单的实心圆柱形部件。在这种简单的部件中，特别是形状对称的几何图形中，热趋向于基本上均匀地消散，并且部件冷却而没有显著的残余应力或变形。增材制造过程也可以用于制造几何学上更复杂的部件，该部件不一定是对称的并且遍及部件可能具有不同的厚度和尺寸。例如，用于义齿或飞行器发动机的部件的模具可以具有复杂的结构，该复杂的结构具有不同厚度、形状和尺寸。在这种情况下，部件的不同区域以不同速率冷却(例如，凝固并固化)。例如，较薄的区域可能更快地消散热并且因此也可能更快地冷却并固化，然而较厚的区域可能更慢地消散热并且因此也可能更慢地冷却并固化。靠近部件的外部边缘的区域可能更快地消散热，然而更接近部件中心的区域可能更慢地消散热。当相同部件的相邻区域以不同速率冷却时，由于材料的物理效应诸如收缩，部件可能展现增大的变形和增大的残余应力。
技术实现思路
根据各种实例在本文中公开了系统和方法，其在增材制造操作中提供了对热流和热梯度的改进的控制。具体地，在这种制造操作中使用的沉积基底板的单个区域的温度可以被单独地控制。这样做，可以减小制造的产品中的残余应力和变形。例如，通过控制与沉积基底板的单个区域相关联的传热速率和传热流/路径，制造的部件的期望部分可以在增材制造过程期间以基本上相同的速率更均匀地冷却以减小这种残余应力和变形。根据实例，系统可以包括配置为从增材制造设备接收沉积材料的基底，其中基底包括多个区域，多个区域配置为被单独地控制温度以影响接收的沉积材料的至少一部分的传热特性；和温度控制系统，其与该区域连接并且配置为调节该区域的每一个的相关温度以减小在增材制造过程期间由接收的沉积材料制备的产品中的残余应力和变形。根据另一个实例，用于增材制造的方法可以包括：在基底上接收沉积材料，该基底包括多个区域，多个区域配置为被单独地控制温度以影响接收的沉积材料的至少一部分的传热特性；和通过与该区域连接的温度控制系统基于传热特性调节每个区域的相关的温度以减小在增材制造过程期间由接收的沉积材料制备的产品中的残余应力和变形。本专利技术的范围由权利要求限定，其通过引用并入本部分。通过考虑一个或多个实例的以下详细描述，本领域技术人员将更全面地理解本专利技术的实例，以及实现其另外的优势。将参考首先被简要描述的所附的数张附图。附图说明图1是根据本公开内容的实例的增材制造系统的概览框图。图2是根据本公开内容的实例的与增材制造系统一起使用的计算装置的框图。图3是根据本公开内容的实例的多区域温度控制的基底的框图。图4A-4E是根据本公开内容的实例的多区域基底的各种配置的透视图。图5是根据本公开内容的实例的包括弹性构件的多区域基底的框图。图6是根据本公开内容的实例的使用多区域温度控制的基底的增材制造过程的流程图。通过参考以下的详细描述更好地理解本公开内容的实例和其优势。除非另有说明，遍及所附的附图和书面描述相同的参考数字表示相同的元件，并且因而，将不重复其描述。在附图中，为了清楚起见，元件、层和区域的相对尺寸可能被扩大。具体实施方式在下文中，将参考附图更详细地描述实例。然而，本专利技术可以以各种不同的形式实施，并且不应当被解释为仅限于在本文中说明的实例。而是，提供这些实例使得本公开内容将是彻底且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本专利技术的方面和特征。因此，可能没有描述对于本领域普通技术人员完全理解本专利技术的方面和特征不必要的过程、元件和技术。用于减小增材制造的产品中的变形和残余应力的技术是期望的。通过控制制造的部件的热流和热梯度，可以在增材制造过程期间以遍及部件基本上相同的速率更均匀地冷却部件以减小变形和残余应力。在本公开内容中，术语“传热特性”被限定为与本领域技术人员熟知的关于传热性质的参数。传热特性的实例包括，例如，热流速率和热梯度，但不必限于此。当沉积材料被沉积在增材制造基底上时，沉积材料凝固以形成正在被制造的产品或部件的至少一部分。例如，部件的第一层通过增材制造设备可以首先被沉积在增材制造系统的基底上，其中沉积的材料的第一层凝固或熔合在一起。通常用第二层和后续层重复该过程直到沉积最终层并且制成最终完整的部件。制造过程一般地包括例如，通过激光加热沉积材料，并且然后在其后开始冷却。当沉积的材料开始冷却时，本公开内容所描述的技术提供了通过控制在沉积的材料的每个区域的冷却速率控制沉积的材料的冷却速率。这可以通过区域化基底并且添加热至选择的/期望的区域以在那些区域减慢冷却速率或移除至某些区域的热以在那些区域增大冷却速率。通过选择性地控制沉积的材料的区域温度，可以控制沉积的材料的传热速率并且沉积的材料的温度可以跨越整个沉积的材料保持基本上均匀(例如，维持在预定制造公差内的温度范围)。因而，沉积的材料可以被凝固并且固化同时跨越整个沉积的材料维持基本上相同的温度，并且避免和/或减小过量的残余应力和变形。根据本公开内容的实例，通过设定和/或调节增材制造设备的基底的温度可以控制部件的传热流动和传热速率。在一些实例中，基底可以被分成多个区域使得多个区域的每个的温度可以被控制。图1是根据本公开内容的实例的增材制造系统100的框图。增材制造设备101可以包括各种类型的增材制造设备诸如，例如，立体光刻(SLA)设备、数字光处理(DLP)设备、熔融沉积成型(FDM)设备、选择性激光烧结(SLS)设备、选择性激光熔化(SLM)设备、电子束熔化(EBM)设备、或层压物体制造(LOM)设备。增材制造系统100包括用于通过增材制造设备101沉积该沉积材料的基底板(“基底103”)。在本公开内容中，术语“沉积材料”旨在指代用于用增材制造系统制造部件的材料诸如聚合物或金属(例如，金属粉末)。当沉积材料被沉积在基底上时，沉积材料可以被称为“沉积的材料”或“接收的沉积材料”。术语“部件”、“制造的部件”、“产品”、或“制造的产品”旨在指代通过增材制造过程由沉积的材料制成或制造的物体。根据本公开内容的实例，基底103被分成多个区域103A、103B、103C、103D并且每个区域103A-103D的温度可以被单独地控制以影响在对应的区域上沉积的沉积的材料104的至少一部分的传热特性。为了说明性目的，实例沉积的材料104显示了四层沉积的材料104A、104B、104C、和104D。共同地，所有层的沉积材料在本公开内容中将被称为沉积的材料104。通过实例的方式，图1中图解的实例基底103被分成四个区域103A、103B、103C、和103D。因此，可以通过调节区域103A的温度影响区域103A上沉积的材料的部分的传热特性。类似地，可以通过分别调节区域103B、103C和103D的温度影响区域103B、103C和103D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统(100)，其包括：基底(103)，其配置为从增材制造设备接收沉积材料(104)，其中所述基底(103)包括多个区域(103A，103B，103C，103D)，所述多个区域(103A，103B，103C，103D)配置为被单独地控制温度以影响接收的沉积材料(104)的至少一部分的传热特性；和温度控制系统(200)，其与所述区域(103A，103B，103C，103D)连接并且配置为调节每个所述区域(103A，103B，103C，103D)的相关联的温度以减小在增材制造过程期间由所述接收的沉积材料(104)制造的产品中的残余应力和变形。

【技术特征摘要】
2017.06.05 US 15/614,4761.一种系统(100)，其包括：基底(103)，其配置为从增材制造设备接收沉积材料(104)，其中所述基底(103)包括多个区域(103A，103B，103C，103D)，所述多个区域(103A，103B，103C，103D)配置为被单独地控制温度以影响接收的沉积材料(104)的至少一部分的传热特性；和温度控制系统(200)，其与所述区域(103A，103B，103C，103D)连接并且配置为调节每个所述区域(103A，103B，103C，103D)的相关联的温度以减小在增材制造过程期间由所述接收的沉积材料(104)制造的产品中的残余应力和变形。2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述温度控制系统(200)包括多个传热元件(303A，303B，303C，303D1，303D2)，其配置为在所述区域(103A，103B，103C，103D)和所述接收的沉积材料(104)之间传递热。3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中所述区域(103A，103B，103C，103D)是配置为彼此机械地连接以形成复合基底(103)的模块化区域(103A，103B，103C，103D)，其中所述模块化区域(103A，103B，103C，103D)彼此热分离。4.根据权利要求3所述的系统(100)，其中每个所述模块化区域(103A，103B，103C，103D)配置为在沿着X轴、Y轴或Z轴的方向是单独地可移动的以形成所述复合基底(103)。5.根据权利要求1或2所述的系统(100，500)，其中所述基底(103)进一步包括布置在每个所述区域(103A，103B，103C，103D，501)之间的弹性构件(502)，并且其中所述弹性构件(502)配置为当热被传递至所述区域(103A，103B，103C，103D)或者从所述区域(103A，103B，103C，103D)传递时适应所述区域(103A，103B，103C，103D，501)的膨胀或收缩。6.根据权利要求2或3所述的系统(100)，其中所述温度控制系统(200)进一步包括加热源(105，304，305，306)，其配置为调节从至少一个所述传热元件(303A，303B，303C，303D1，303D2)至至少一个所述区域(103A，103B，103C，103D)的传热速率。7.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中至少一个所述区域(103...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·普拉卡什，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US