选择性激光熔融系统技术方案

一种增材制造设备包括激光束发生器、与所述激光束发生器间隔开的构建表面、以及沿所述激光束发生器与所述构建表面之间的束行进路径设置的相邻的第一光学元件和第二光学元件。所述第一光学元件可围绕束转向轴连续旋转，并且所述第二光学元件可独立于所述第一光学元件围绕所述束转向轴连续旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
本专利技术所描述的主题总体涉及增材制造领域。具体地说，所述主题涉及增材制造环境中的激光束转向控制。增材制造是指一类制造方法，其特征在于以下事实:完成零件是通过逐层构造多个薄的材料片形成。增材制造可涉及将液体或粉末材料应用到工序，然后进行烧结、固化、熔融和/或切割的某种组合以形成层。重复所述过程多达数千次，从而构造所期望的完成部件或制品。已知各种类型的增材制造。实例包括立体光刻(从固化的感光液体层来增材制造物体)、电子束熔融(使用粉末作为原料并且使用电子束选择性地将粉末熔融)、激光增材制造(使用粉末作为原料并且使用激光选择性地将粉末熔融)、以及激光物体制造(将薄的实体材料片应用在工序上并且使用激光来切割不需要的部分)。在增材制造中，常规设备利用检流计型扫描器来以X-Y线性取向熔融粉末层。这种线性路径被分解成较小的区段，称为光栅。这导致扫描路径的不连续性，并且产生小但显著的其间具有未熔融粉末的区域，所述区域操作为完成零件中的应力集中源。已经尝试了连续的参数扫描路径，但这通常需要激光的大量且高精度的多轴运动，并且在常规增材制造设备中，仍然必须利用笛卡尔坐标来控制所述路径。
技术实现思路
一种增材制造设备包括激光束发生器、与激光束发生器间隔开的构建表面、以及沿激光束发生器与构建表面之间的束行进路径设置的相邻的第一光学元件和第二光学元件。第一光学元件可围绕束转向轴旋转，并且第二光学元件可独立于第一光学元件围绕束转向轴旋转。一种操作增材制造设备的方法包括将原材料提供到沿X-Y平面设置的构建表面。在与构建位置间隔开的束起始位置处产生激光束。激光束被引导穿过第一光学元件和沿束起始位置与构建位置之间的束行进路径设置的相邻的第二光学元件。第一光学元件可围绕束转向轴旋转，并且第二光学元件可独立于第一光学元件围绕束转向轴旋转。激光束从第二光学元件被引导到构建表面。附图简述图1示意性地描绘增材制造设备。图2示出用于示例性激光粉末沉积机的束转向组件。图3A是呈第一配置的束转向组件的截面图。图3B是呈第二配置的束转向组件的截面图。图3C是呈第三配置的束转向组件的截面图。图4示出相对于束转向轴的示例性扫描路径。图5示出用于操作增材制造设备的方法的步骤。【具体实施方式】粉末床沉积设备可包括束转向组件，所述束转向组件包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件具有垂直于X-Y平面的一个表面和相对于X-Y平面倾斜的另一个表面。在某些实施例中，束转向组件可包括Risley棱镜，所述棱镜具有各自可围绕束转向轴旋转的第一楔形棱镜和第二楔形棱镜。束转向轴可垂直于工作表面或构建表面。图1是增材制造过程的示意图。过程10包括制造室12，所述制造室12包含通过增材制造生产实体自由成形物体的装置。实施例包括通过以下方法制造物体的设备:直接激光烧结(DLS)制造、直接激光熔融(DLM)制造、选择性激光烧结(SLS)制造、选择性激光熔融(SLM)制造、激光工程化净成形(LENS)制造、电子束熔融(EBM)制造、直接金属沉积(DMD)制造以及本领域中已知的其他方法。通过制造控制系统14和束转向控制器16来控制制造。控制器14、16可以是单独的或整合的，并且可彼此通信并且与装置20通信。控制系统14、16可以允许对制造室12中的增材制造过程进行全自动、半自动或手动控制。制造室12可具备生产具有结构完整性、尺寸精确性和所需的表面光洁度的无缺陷实体自由成形物体所需的环境。在某些实施例中，可能需要保护性分压或真空气氛。这可受制造控制系统14或单独的环境控制器(未示出)的控制。图1中示出设备10的非限制性的示例性实施例，其中示出选择性激光烧结(SLS)装置20容纳在制造室12中。SLS装置20包括粉末储存室22、构建平台24、能量束发生器26、反射镜28和束转向设备30。在SLS装置20的操作期间，粉末32通过活塞34被向上馈送并且通过辊或再涂覆器叶片38散布在构建表面36上。在粉末32被散布到构建表面36上之后，能量束发生器26被激活来沿束路径40引导激光束或电子束39。在此，束39沿路径40从发生器26朝向反射镜28被引导并且进入束转向设备30。如下文更详细地解释，束转向设备30包括适于接收入射束39并且使其在构建表面36上转向的至少一个可连续旋转的光学元件。束39的转向使粉末32的选择性区域烧结，从而根据存储在STL内存文件中的物体44的计算机模型来形成实体物体44的单个构建层42，并且从而将烧结的区域附着到底层平台(或前面的构建层)。辊或再涂覆器38返回到起始位置，活塞34前进以暴露另一层粉末并且构建平台24向下移动一个层厚度，并且针对每个连续的构建表面36重复所述过程直到实体自由成形物体44完成。SLS装置20仅是实体自由成形制造设备的一个实例，并且不意图使本专利技术限于本领域中已知的任何单个机器。在某些实施例中，可省略反射镜28。在某些其他实施例中，束发生器26和任选的反射镜28可结合到束转向设备30中。在图1的实例中，形成每个构建层42并且将其附着在沿X-Y平面设置的构建位置处，所述构建位置与激光束发生器26间隔开。束转向组件30的中心轴和/或束转向轴沿束行进路径40设置，以便沿路径40引导束39并且使其穿过束转向组件30。束转向组件30 (图2中所示)的可连续旋转的光学元件可被控制来在每个相继的构建表面36上以连续参数或其他非线性扫描路径使束39选择性地转向。随后的图中示出束转向组件30的实例。图2示出束转向组件30，其具有第一光学元件46和相邻于所述第一光学元件46设置的第二光学元件48。每个光学元件可围绕束转向轴50连续旋转并且保持在外壳或壳体52中。光学元件46、48的相对和绝对旋转速度被控制来形成用于选择性地熔融粉末32(图1中所示)的连续参数或其他非线性扫描路径。常规增材制造设备利用检流计型扫描器来熔融在线性或X-Y取向上的粉末层。这种线性路径被分解成较小的区段，称为光栅。这导致扫描路径的不连续性，并且产生小但显著的其间具有未熔融粉末的区域(具体地，在表面正下方)，所述区域操作为完成零件中的应力集中源。已经尝试了使用常规光栅移动的连续参数扫描路径，但这仍然需要将非线性路径分解成激光设备、透镜和/或反射镜的极小X-Y移动。这是因为常规的增材制造设备需要利用笛卡尔坐标控制转向设备，即使是在尝试使束以非线性方式转向时。此处，光学元件46、48被支撑到外壳52并且可例如通过包括相应转子54、56和定子58的专用有刷或无刷电动机来驱动。取决于具体配置，转子54、56可由任何合适类型的轴承(未示出)来支撑。在某些实施例中，光学元件46、48形成Risley棱镜。在这些实施例的某些中，第二楔形棱镜可大于第一楔形棱镜。可以这样做以确保整个束以各种偏转角穿过两个光学元件46、48。美国马萨诸塞州斯菲尔德市的Optra公司制造了用于激光制导系统、障碍回避、光学通信和激光加工的若干基于Risley棱镜的紧凑设备。此类设备已知还未在先前的增材制造设备或过程中成功适用或实施。图3A-3C各自示出基于第一光学元件46和第二光学元件48的瞬时定位的束转向角。第一光学元件46和第二光学元件48可彼此相位偏移，从而将入射束62转变成出射束或转向束64。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造设备，其包括：激光束发生器；工作表面，所述工作表面包括沿X‑Y平面设置并且与所述激光束发生器间隔开的构建位置；第一光学元件，所述第一光学元件沿所述激光束发生器与所述构建位置之间的束行进路径设置，并且所述第一光学元件能够围绕束转向轴旋转；以及第二光学元件，所述第二光学元件沿所述束行进路径相邻于所述第一光学元件设置，所述第二光学元件能够独立于所述第一光学元件围绕所述束转向轴旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S米罗内茨，A克卢查，WV小崔尔弗斯，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国;US