用于生产增材制造部件的系统、方法和程序技术方案

用于生产增材制造部件的系统、方法和程序。增材制造装置包括定位机构，该定位机构配置成提供至少一个构建单元在至少两个维度上的独立移动。所述构建单元还可以包括气流装置，用于相对于所述构建单元沿着第一方向提供流动区域。所述构建单元还可以包括粉末输送机构和辐射束引导单元。所述辐射束单元可沿着第一辐射路径，形成至少一第一凝固线和相对于所述第一凝固线以不同于0°和180°的角形成的至少一第二凝固线。在第一凝固线的形成期间，所述构建单元可以以第一取向定位，使得所述流动区域的第一方向大致垂直于所述第一凝固线。在第二凝固线的形成期间，所述构建单元可以以第二取向定位，使得沿着第一方向的所述流动区域大致垂直于所述第二凝固线。

System, Method and Procedure for Manufacturing Additional Parts

Systems, methods and procedures for the production of added material manufacturing components. The add-on manufacturing device includes a positioning mechanism configured to provide at least one construction unit to move independently on at least two dimensions. The construction unit may also include an air flow device for providing a flow area along a first direction relative to the construction unit. The construction unit can also include a powder conveying mechanism and a radiation beam guiding unit. The radiation beam unit can form at least one first solidification line along the first radiation path and at least one second solidification line formed at an angle different from 0 degrees and 180 degrees relative to the first solidification line. During the formation of the first solidification line, the construction unit can be positioned in the first orientation so that the first direction of the flow area is approximately perpendicular to the first solidification line. During the formation of the second solidification line, the construction unit can be positioned in a second orientation so that the flow area along the first direction is approximately perpendicular to the second solidification line.

【技术实现步骤摘要】
用于生产增材制造部件的系统、方法和程序
本公开涉及一种控制增材制造装置内的气流的改进方法。
技术介绍
增材制造(AM)技术可以包括电子束自由形式制造，激光金属沉积(LMD)，激光线金属沉积(LMD-w)，气体金属电弧焊，激光工程净成形(LENS)，激光烧结(例如，SLS)，直接金属激光烧结(DMLS)，电子束熔融(EBM)，粉末馈电定向能量沉积(DED)，以及三维打印(3DP)。相比减材制造方法，AM过程大体涉及积聚一种或多种材料以制造净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTMF2792)，但AM涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。作为示例，特定类型的AM过程使用能量束、例如电子束或诸如激光束之类的电磁辐射来烧结或熔融粉末材料和/或线材，产生其中材料结合在一起的固体三维物体。选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融、和直接激光熔融是用于表示通过使用激光束来烧结或熔融细粉来制造三维(3D)物体的常见工业术语。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(聚结)粉末颗粒，而熔融需要完全熔合粉末颗粒以形成固体均质块。与激光烧结或激光熔融相关的物理过程包括向粉末材料传热并且随后烧结或熔融粉末材料。电子束熔融(EBM)利用聚焦电子束以熔融粉末。这些方法包括连续地熔融粉末层以在金属粉末中构建物体。AM技术(其示例在上文和整个公开内容中讨论)的特征可以在于使用激光或能量源在粉末中产生热以至少部分地熔融材料。因此，在短时间内在细粉末中产生高浓度的热。在部件的形成期间粉末内的高温梯度可能对完成的部件的微结构具有显著影响。快速加热和凝固可能导致高热应力并且在整个凝固材料中引起局部非平衡相。此外，由于完成的AM部件中的晶粒的取向可以通过材料中的热传导方向进行控制，因此AM装置和技术中的激光的扫描策略成为控制AM构建部件的微结构的重要方法。控制AM装置中的扫描策略对于开发无材料缺陷的部件是至关重要的，缺陷的示例可以包括缺乏熔合孔隙度和/或沸腾孔隙率。图1是示意图，示出了用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示例性常规系统110的横截面图。装置110通过使用由诸如激光器120之类的源产生的能量束136烧结或熔融粉末材料(未示出)以逐层方式(例如，为了图示目的而在尺度上夸大的层L1、L2和L3)构建物体、例如零件122。待由能量束熔化的粉末由储存器126供应，且使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地散布在构建板114上来将粉末保持在一定水平118，并且将延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料去除至废物容器128。在振镜扫描器132的控制下，能量束136烧结或熔融正在构建的物体的横截面层(例如，层L1)。构建板114下降并且另一粉末层(例如，层L2)散布在构建板和被构建的物体之上，之后通过激光器120连续熔融/烧结粉末。重复该过程，直到零件122由熔化/烧结的粉末材料完全建成。激光器120可以由计算机系统控制，该计算机系统包括处理器和存储器。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制激光器120以根据扫描图案(scanpattern)照射粉末材料。在完成部件122的制造后，可以将多个后处理工艺施加于零件122。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空来移除过量粉末。此外，常规的后处理可以包括例如通过机械加工从构建平台/衬底移除零件122。其它的后处理程序包括应力释放过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对零件122进行表面处理。上述AM过程由执行控制程序的计算机控制。例如，装置110包括执行固件，操作系统或提供装置110和操作者之间的接口的其它软件的处理器(例如，微处理器)。计算机接收待形成的物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序生成三维模型。计算机分析模型并且为模型内的每个物体提出工具路径。操作者可以限定或调整扫描图案的各种参数，例如功率，速度和间距，但通常不直接编程工具路径。本领域普通技术人员将完全领会，上述控制程序可适用于任何上述AM过程。此外，上述计算机控制可适用于任何后处理或混合过程中采用的任何减材制造或任何前或后处理技术。上述增材制造技术可以用于由不锈钢，铝，钛，Inconel625，Inconel718，Inconel188，钴铬，以及其它金属材料或任何合金形成部件。举例来说，上述合金可包括以下商标名的材料：HaynesHaynesSuperAlloyInconel625TM、625、625、625、6020、Inconel188，以及具有利于使用上文所提到的技术形成部件的材料特性的任何其它材料。在上述示例中，通常控制激光和/或能量源以基于图案在粉末层中形成一系列凝固线(下文中可互换地称为阴影线，凝固线和光栅线)。可以选择图案以减少构建时间，改善或控制凝固材料的材料性质，减少完成材料中的应力，和/或减少激光和/或检流计扫描仪和/或电子束上的磨损。各种扫描策略已在过去被考虑并且包括例如棋盘图案和/或条纹图案。控制构建的AM部件的材料内的应力的一种尝试涉及包含多个相邻的平行矢量作为凝固线的条纹区域的旋转，其垂直于形成条纹区域的边界的凝固线延伸。在AM构建过程期间对于每个层。对于AM构建的每个层，旋转由条纹限定并垂直于条纹的平行凝固线。在Dimter等人的名称为“用于制造三维物体的方法和装置(MethodandDeviceforManufacturingaThree-dimensionalObject)”美国专利8,034,279B2中公开了控制AM装置中的扫描策略的一个示例，其全部内容通过引用合并于此。图2和3表示上述旋转条纹策略。在粉末表面上扫描激光以形成一系列凝固线213A、213B。该系列凝固线形成构建层并且由垂直于形成每个条纹区域的边界的凝固线213A和213B的条纹211A、212A和211B、212B形式的凝固线界定。由凝固线211A和212A界定的条纹区域形成待构建的层的较大表面的一部分。在形成零件时，零件横截面的大部分被分成许多条纹区域(包含横向凝固线的两个凝固条纹之间的区域)。对于在AM构建过程期间形成的每个层旋转条纹取向，如图2和3中所示。第一层可以形成有一系列平行的凝固线213A，在条纹区域中，其大致垂直于凝固条纹211A形成并由其界定。在形成于第一层上的后续层中，条纹211B如图3中所示旋转。通过相对于前一层旋转的一组凝固条纹211B和212B为凝固线213A和213B创建条纹边界，垂直于条纹211B形成并由其界定的凝固线213B也相对于前一层的凝固线213A旋转。典型的粉末床AM机器需要在材料熔融和/或烧结的区域处的恒定气流。上述AM装置中的处理室通常连接到保护气体回路，保护气体可以通过所述保护气体回路供应到处理室，以便在处理室内建立保护气体气氛。保护气体回路通常还包括排出区域，通过所述排出区域可以从处理室取出含有颗粒杂质的气体，例如残留的原料粉末颗粒和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产增材制造的部件的系统，所述系统包括：定位机构，所述定位机构配置成提供至少一个构建单元在至少一个维度上的独立移动，所述构建单元包括：气流装置，用于相对于所述构建单元沿着第一方向提供流动区域；粉末输送机构；以及辐射束引导单元，其中所述辐射束引导单元沿着第一辐射路径，形成至少一个第一凝固线和相对于所述第一凝固线以不同于0°和180°的角度形成的至少一个第二凝固线，其中在所述第一凝固线的形成期间，所述构建单元以第一取向定位，使得所述流动区域的第一方向大致垂直于所述第一凝固线，并且在所述第二凝固线的形成期间，所述构建单元以第二取向定位，使得沿着所述第一方向的所述流动区域大致垂直于所述第二凝固线。

【技术特征摘要】
2017.09.13 US 15/7036001.一种用于生产增材制造的部件的系统，所述系统包括：定位机构，所述定位机构配置成提供至少一个构建单元在至少一个维度上的独立移动，所述构建单元包括：气流装置，用于相对于所述构建单元沿着第一方向提供流动区域；粉末输送机构；以及辐射束引导单元，其中所述辐射束引导单元沿着第一辐射路径，形成至少一个第一凝固线和相对于所述第一凝固线以不同于0°和180°的角度形成的至少一个第二凝固线，其中在所述第一凝固线的形成期间，所述构建单元以第一取向定位，使得所述流动区域的第一方向大致垂直于所述第一凝固线，并且在所述第二凝固线的形成期间，所述构建单元以第二取向定位，使得沿着所述第一方向的所述流动区域大致垂直于所述第二凝固线。2.根据权利要求1所述的用于生产增材制造的部件的系统，其中所述构建单元围绕大致垂直于所述第一方向的轴线可旋转地安装到所述定位机构，并且可从所述第一取向旋转到所述第二取向。3.根据权利要求2所述的用于生产增材制造的部件的系统，其中所述粉末输送机构将粉末提供到可旋转的构建平台上，其中在形成所述第一凝固线之后旋转所述构建平台。4.根据权利要求3所述的用于生产增材制造的部件的系统，其中所述第一凝固线包括多个平行的凝固线。5.根据权利要求4所述的用于生产增材制造的部件的系统，其中所述第二凝固线包括多个平行的凝固线。6.根据权利要求5所述的用于生产增材制造的部件的系统，其中所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A马丁，J马姆拉克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US