用于操作期间降低粉末传播风险的增材制造的方法和机器技术

本发明专利技术涉及一种使用至少一种粉末(P1)用于物体(20)的增材制造方法和增材制造机器，所述方法和机器能够限制粉末的传播风险。所述方法依次包括下述步骤：由所述粉末(P1)和可升华材料(P2)制造固体块(6)；将固体块(6)装载到所述机器(1)的装载空间(4)中；升华所述固体块(6)中存在的所述材料(P2)并回收所述粉末(P1)；和通过堆叠使用在上一步骤中回收的粉末(P1)制成的连续层，增材制造所述物体(20)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过堆叠粉末的连续层进行物体的增材制造(也被称为3D打印)的领域。本专利技术特别涉及在其操作时粉末传播的问题。
技术介绍
在通过堆叠粉末的连续层进行物体的增材制造的领域中，第一步骤通常将粉末装载到所使用的机器中的特殊用途的装载区域。在此装载操作期间操纵粉末时，粉末传播的风险很高。在卸载所制造的被未粘结粉末包围的物体的最后步骤期间也存在这样的风险。存在若干与这种粉末传播有关的缺点。首先，排放到大气中的粉末颗粒会引起材料的损失，而该材料可能昂贵。其次，这种损失能够引起不想要的组成变化。例如，在操作的粉末由性质不同的粉末的混合物组成的情况下，化学计量可能被改变。粉末传播也可能是设备维护增加的原因。工作环境中沉积的这些粉末可能携带会使设备结垢的材料。因此，具体的维修活动可能由于不受控的传播而变得必要。最后，粉末传播可能对操作人员的健康和安全带来风险。例如，被视为危险的吸入粉末或皮肤接触粉末对健康有影响，引起刺激、过敏、神经系统的疾病，甚至癌症。即使被认为是惰性的粉末，换言之，没有特异性毒性的粉末，如果它们大量存在的话，则也可能使肺超过负荷，这可能与肺纤维化有关。现有技术中已经公开了诸如集尘设施的若干解决方案，以使与粉末的传播或除尘(dusting)的问题有关的安全操纵成为可能。然而，这些解决方案能被改进，并且不一定适合于通过堆叠粉末的连续层进行的增材制造的领域。
技术实现思路
为了至少部分地克服根据现有技术的实施方式的缺点，本专利技术的第一个目的是一种使用至少一种粉末用于物体的增材制造方法，所述方法依次包括下述步骤：由所述粉末和可升华材料制造固体块；将所述固体块装载到增材制造机器的装载空间中；升华所述固体块中存在的所述材料并回收所述粉末；和通过堆叠使用在上一步骤中回收的所述粉末制成的连续层，增材制造所述物体。本专利技术具有这样的优点：粉末在可升华材料的存在下以制成固体的块的形式进行装载。含有粉末的块的固体性质防止了粉末在装载到增材制造机器中时传播，这有利地减少了材料损失、装载到此机器中的粉末的不想要的组成变化、设备安全需求，以及健康风险和安全风险。本专利技术优选具有单独或组合采取的至少一个以下附加特征。所述方法包括下述步骤：在所述物体的增材制造步骤之后，优选使用在所述升华步骤期间回收的全部或部分的所述材料，部分或完全涂覆由未粘结粉末和被该粉末包围的物体组成的组件，涂层由可升华材料制成。这种特定特征能有助于减少在卸载含有所述物体的组件时粉末传播的风险。在这方面，请注意，在不超出本专利技术的框架的情况下，另一个可升华材料源可用于涂层。为了制造该涂层，所述材料以液体状态被施用到所述组件周围，以通过毛细管作用浸渍所述粉末，所述施用通过直接施用或通过喷洒进行，或者，所述材料借助喷雾器被施用到所述组件周围，换言之，喷雾器是能够将液体汽化成小液滴的机械装置，这种装置也被称为气溶胶。在所述涂覆步骤之后，涂覆的组件被从增材制造机器中取出并且被转移到用于取出所述物体的另一个工作站，例如，该另一个工作站是手套箱，粉末的传播能易于被容纳在手套箱内。在所述升华步骤之后，执行使用冷阱回收所述升华的材料的步骤。完成这种回收，用于再利用如上所述涂覆目的用的所述材料，和/或用于制造新的固体块，该新的固体块将被装载到增材制造机器中。所述可升华材料优选是环十二烷。根据第一实施方式，由所述粉末和所述可升华材料制造所述固体块的所述步骤如下进行：混合所述粉末和材料，以获得非粉末材料；在室温下压实混合物；熔化在压实的混合物的外表面上的所述材料，以在冷却后获得具有给定厚度的固体外壁，所述固体块的外壁界定了内空腔，所述粉末和所述材料的混合物的剩余物位于所述内空腔中。根据第二实施方式，由所述粉末和所述可升华材料制造所述固体块的所述步骤如下进行：使用所述材料制造容器，所述容器包括界定内空腔的主体和闭合所述内空腔的元件；将粉末引入所述内空腔中；使用所述闭合元件闭合所述内空腔。根据第三实施方式，由所述粉末和所述可升华材料制造所述固体块的所述步骤如下进行：使液体形式的所述材料进入模具，并且再将所述粉末倒入容纳液体形式的所述材料的模具，或者反之亦然；冷却所述材料，以获得含有所述粉末的材料的固体块。根据第四实施方式，由所述粉末和所述可升华材料制造所述固体块的所述步骤如下进行：将所述粉末放入模具；使用液体形式的材料在外围浸渍所述粉末至给定厚度，以在冷却到所述给定厚度以上之后获得固体外壁，所述固体块的所述外壁界定了内空腔，所述粉末的剩余物位于所述内空腔中。此外，通过使用以下技术之一来完成所述物体的增材制造步骤：选择性激光熔化(SLM)或者电子束熔化(EBM)；选择性激光烧结(SLS)或选择性电子束烧结；在介质对高功率能量源的作用下的任何其他类型的粉末固化技术，其原理是通过激光束或电子束熔化或烧结粉末床，或者将粘合剂投注(projection)到粉末的连续层上。优选地，所述粉末选自：金属粉末，例如，钛合金、铝合金、镍合金、超合金、钢、不锈钢、难熔金属、贵金属、纯金属或合金化的金属；有机粉末，例如，聚酰胺、聚醚嵌段酰胺、聚苯乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAEK)、含铝的聚酰胺；无机粉末，例如，石英、陶瓷、硫酸钙。明显地，在不超出本专利技术的框架的情况下，这些粉末的混合物是可能的。这同样适用于可升华材料，如将在下面提到的，可升华材料也能被混合。本专利技术的另一个目的是实施上述方法的增材制造机器，所述机器包括：用于含有所述粉末和所述可升华材料的固体块的所述装载空间；升华所述固体块中存在的所述材料的装置；增材制造模块；和回收在所述材料的升华之后回收的粉末并且将它送到所述模块的装置。优选地，所述机器包括回收所述升华的材料的装置，所述装置包括所述冷阱。优选地，所述机器包括涂覆由未粘结粉末和被这种粉末包围的物体组成的组件的装置。在阅读以下详细的非限制性描述之后，本专利技术的其它优点和特征将变得显而易见。附图说明此描述将参考附图做出，在附图中：图1示出了根据本专利技术的优选实施方式的增材制造机器的示意图；图2是示意性示出使用上一图中所示的机器的物体的增材制造的方法中的不同步骤的图示；图3a至图3c表示在制造包括粉末和可升华材料的固体块的第一实施例中的不同依次步骤；图4a至图4c表示在制造包括粉末和可升华材料的固体块的第二实施例中的不同依次步骤；图5表示制造包括粉末和可升华材料的固体块的第三实施例；图6a至图6b表示在制造包括粉末和可升华材料的固体块的第四实施例中的不同依次步骤；图7示出用于升华该材料的装置的第一示例性实施方式，这些装置被使用在图1中的机器上；图8示出用于升华该材料的装置的第二示例性实施方式，这些装置被使用在图1中的机器上；图9示出安装在图1中的机器上的增材制造模型的第一示例性实施方式；图10示出安装在图1中的机器上的增材制造模型的第二示例性实施方式；以及图11示出用于涂覆包括所制造的物体和围绕它的未粘结粉末的组件的装置的示例性实施方式，这些装置被安装在图1中的机器上。具体实施方式首先参考图1，该图示出增材制造机器1(也称为3D印刷机)，该机器1符合本专利技术的优选实施方式。机器1配备有外盖2，该外盖单件制成或者使用彼此叠加的若干包层元件制成。这些包层元件2还包括用于装载粉末和用于在制本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用至少一种粉末(P1)用于物体(20)的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法依次包括下述步骤：由所述粉末(P1)和可升华材料(P2)制造固体块(6)；将所述固体块(6)装载到增材制造机器(1)的装载空间(4)中；升华所述固体块(6)中存在的所述材料(P2)并回收所述粉末(P1)；和通过堆叠使用在上一步骤中回收的所述粉末(P1)制成的连续层，增材制造所述物体(20)。

【技术特征摘要】
2015.07.28 FR 15572021.使用至少一种粉末(P1)用于物体(20)的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法依次包括下述步骤：由所述粉末(P1)和可升华材料(P2)制造固体块(6)；将所述固体块(6)装载到增材制造机器(1)的装载空间(4)中；升华所述固体块(6)中存在的所述材料(P2)并回收所述粉末(P1)；和通过堆叠使用在上一步骤中回收的所述粉末(P1)制成的连续层，增材制造所述物体(20)。2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法包括下述步骤：在所述物体的增材制造步骤之后，优选使用在所述升华步骤期间回收的全部或部分的所述材料(P2)，部分或完全涂覆由未粘结粉末(P1)和被这种粉末包围的物体(20)组成的组件(16)，涂层由可升华材料制成。3.根据权利要求2所述的增材制造方法，其特征在于，所述材料(P2)以液体状态被施用到所述组件(16)周围，以通过毛细管作用浸渍所述粉末(P1)，所述施用通过直接施用或通过喷洒进行；或者，所述材料(P2)借助喷雾器被施用到所述组件(16)周围。4.根据权利要求2或权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，在所述涂覆步骤之后，经涂覆的组件被从增材制造机器(1)中取出并且被转移到用于取出所述物体(20)的另一个工作站。5.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，在所述升华步骤之后，执行使用冷阱回收已升华的所述材料(P2)的步骤。6.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，所述可升华材料(P2)是环十二烷。7.根据前述权利要求中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，由所述粉末(P1)和所述可升华材料(P2)制造固体块(6)的所述步骤如下进行：混合所述粉末(P1)和材料(P2)，以获得非粉末材料；在室温下压实混合物；熔化在压实的混合物的外表面上的所述材料(P2)，以在冷却后获得具有给定厚度(Ep)的固体外壁(32)，所述固体块(6)的外壁(32)界定了内空腔(34)，所述粉末(P1)和所述材料(P2)的混合物的剩余物位于所述内空腔中。8.根据权利要求1～6中任一项所述的增材制造方法，其特征在于，由所述粉末(P1)和所述可升华材料(P2)制造固体块(6)的所述步骤如下进行：使用所述材料(P2)制造容器(36)，所述容器包括界定内空腔(34)的主体(36a)和闭合所述内空腔(34)的元件(36b)；将所述粉末(...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维尔·德莱，菲力浦·伯尔尼，帕斯卡·雷维拉恩德，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR