用于熔合工件的方法技术

本发明专利技术的各种实施例涉及一种用于焊接工件（660）的方法，包括下述步骤：利用高能量射束（605）在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；利用至少一个偏转透镜（640）偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；利用至少一个聚焦透镜（630）将高能量射束聚焦在所述工件上；利用至少一个散光透镜（620）将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长。本发明专利技术还涉及对散光透镜的使用以及一种用于形成三维物件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的各种实施例涉及一种用于焊接工件的方法以及一种用于形成三维物件的方法。
技术介绍
形式自由的制作或增材制造是一种用于通过被应用于工作台的粉末层的所选部分的接续熔合来形成三维物件的方法。根据该技术的方法和设备在US2009/0152771中公开。这样的设备可以包括：工作台，要在其上形成三维物件；粉末撒布器，被布置成敷设薄粉末层在工作台上以形成粉末床；射线枪，用于将能量递送到粉末，由此，粉末的熔合发生；元件，用于控制由射线枪在粉末床之上发出的射线，以通过粉末床的部分的熔合来形成三维物件的横截面；以及控制计算机，其中存储与三维物件的连续横截面有关的信息。通过由粉末撒布器接续地敷设的粉末层的连续形成的横截面的连续熔合来形成三维物件。始终存在针对在增材制造中或当将多个件焊接在一起时减少或最小化用于熔合粉末材料的时间的需求。一种用于在AM中或当焊接时提高效率和速度的方式一般是：提高能量射束的功率且同时提高所述能量射束的偏转速度。每表面单位所安置的功率从而可以被保持恒定但在要熔合或焊接的表面之上被更快地分配。然而，这仅适用直到所述能量射束的预定功率和偏转速度。如果提高功率超过预定值，则偏转速度将太快以使得来自能量射束的热量将不具有足够的时间来渗入到要熔合或焊接的材料中。在所述能量射束的功率太高且从而偏转速度太快的情况下，表面温度将变得太高以使得要熔合或焊接的材料取而代之被蒸发。本领域中存在在焊接中超出该预定功率和偏转速度而不蒸发要熔合或焊接的材料的需要。
技术实现思路
具有该
技术介绍
，则本专利技术的目的是提供一种用于具有改进效率的焊接或增材制造的方法。上述目的由根据本文包含的权利要求的特征实现。根据各种实施例，提供了一种用于焊接工件的方法。该方法包括下述步骤：利用高能量射束在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上；利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。本专利技术的优势是：随着提高散光和扫描速度、同时仍熔合粉末或将多个件焊接在一起到足够深度、同时避免由于过度温度而引起的蒸发，可以大幅或非常大幅提高射束功率。这还可能导致构建时间减少。本专利技术的另一优势是：与扫描方向垂直的熔合准确度或熔化宽度可以被保持恒定，不管所使用的射束功率和扫描速度如何。在本专利技术的示例实施例中，所述能量射束是激光束或电子束。至少该实施例的非限制性优势是：本专利技术与所使用的能量射束源无关。在本专利技术的再一示例实施例中，所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还可以作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。至少该实施例的非限制性优势是：射束斑的伸长不仅可能是依赖于射束功率的，而且可能依赖于要熔合的图案。根据本专利技术的另一方面，提供了一种在用于通过利用高能量射束而对在工作台上提供的至少一个粉末床层的部分的接续熔合来形成三维物件的增材制造中使用散光透镜的方法，这些部分对应于三维物件的接续横截面，所述散光透镜可以用于与在与偏转方向垂直的方向上相比，在与所述偏转方向平行的方向上更多地延长所述粉末床层上高能量射束的大小，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。至少该实施例的非限制性优势是：使用散光透镜的方法可以从正常使用展宽，在该正常使用中，由于能量射束源与目标表面之间透镜系统中引入的失真，射束斑形状被校正回到其原始形状。根据本专利技术，散光透镜系统（在激光束的情况下，其可以真正透镜系统，而在电子束的情况下，其可以是电气线圈系统）可以用于对射束进行成形，以便在给出相比于与扫描方向垂直的方向而言在与所述扫描方向平行的方向上更长的射束形状的情况下在与偏转方向平行的方向上伸长射束大小。所述伸长的程度至少作为所述能量射束的功率的函数而变化。在本专利技术的再一方面中，提供了一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的方法，所述方法包括下述步骤：提供用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个的至少一个高能量射束源；提供用于在所述粉末材料上偏转高能量射束的偏转源；提供用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上的聚焦透镜；利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述粉末层上，使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。本专利技术的各种实施例的非限制性优势是：可以大幅或非常大幅提高功率，功率越高，则散光越大且扫描速度越快。这还导致针对增材制造的部分的构建时间减少。本专利技术的另一优势是：与扫描方向垂直的熔合准确度或熔化宽度可以被保持恒定，不管所使用的射束功率和扫描速度如何，这意味着：根据本专利技术，当减少针对增材制造的部分的构建时间时，准确度不受影响。在本专利技术的示例实施例中，所述能量射束是激光束或电子束。至少该实施例的非限制性优势是：本专利技术与所使用的能量射束源无关。在本专利技术的再一示例实施例中，所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。至少该实施例的非限制性优势是：射束斑的伸长不仅是依赖于射束功率的，而且依赖于要熔合的图案。在本专利技术的又一示例实施例中，对于全扫描长度、全横截面和/或对于全3维物件，与扫描方向垂直的方向上所述工件上的平均斑大小小于与扫描方向平行的方向上所述工件上的平均斑大小。至少该实施例的非限制性优势是可以选择：针对构建的哪个部分，与扫描方向平行的方向上的平均斑大小长于与扫描方向垂直的方向上的平均斑大小。在本专利技术的又一示例实施例中，可以至少部分地经由一个或多个计算机处理器的执行来执行所描述的方法中的任一个。在本专利技术的又一示例实施例中，提供了一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的设备。该设备包括：至少一个高能量射束源，用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个；偏转源，用于在所述粉末材料上偏转高能量射束；聚焦透镜，用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上；至少一个散光透镜；以及至少一个控制器，被配置成控制所述至少一个散光透镜以将高能量射束成形在所述粉末层上，使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。在本专利技术的又一示例实施例中，提供了一种用于焊接工件的设备。在某些实施例中，该设备包括：高能量射束，被配置成在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；至少一个偏转透镜，被配置成偏转高能量射束以使高能量射束在所述工件上的第二位置处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于焊接工件的方法，所述方法包括下述步骤：利用高能量射束在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上；以及利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 US 61/974304;2015.03.03 US 14/6366071.一种用于焊接工件的方法，所述方法包括下述步骤：利用高能量射束在所述工件上的第一位置处进行第一焊接；利用至少一个偏转透镜偏转高能量射束以在所述工件上的第二位置处进行第二焊接；利用至少一个聚焦透镜将高能量射束聚焦在所述工件上；以及利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述工件上，使得高能量射束在所述工件上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高能量射束是电子束或激光束中的至少一个。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述偏转源是可倾斜镜或可倾斜透镜中的至少一个。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述偏转源是偏转线圈。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述工件是增材制造过程中的粉末材料层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述能量射束在与偏转方向平行的方向上同与所述偏转方向垂直的方向相比至少五（5）倍长。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述能量射束在与偏转方向平行的方向上同与所述偏转方向垂直的方向相比至少十（10）倍长。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中对于全扫描长度、全横截面和/或对于全3维物件，与扫描方向垂直的方向上所述工件上的平均斑大小小于与扫描方向平行的方向上所述工件上的平均斑大小。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中偏转、聚焦和成形高能量射束的步骤中的一个或多个是经由一个或多个计算机处理器的执行而执行的。11.一种在用于通过利用高能量射束而对在工作台上提供的至少一个粉末床层的部分的接续熔合来形成三维物件的增材制造中使用散光透镜的方法，这些部分对应于三维物件的接续横截面，所述方法包括下述步骤：使用所述散光透镜，以与在与偏转方向垂直的方向上相比，在与所述偏转方向平行的方向上更多地延长所述粉末床层上高能量射束的大小，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。12.一种用于通过接续地安置被熔合在一起以形成三维物件的粉末材料的个体层来形成该物件的方法，所述方法包括下述步骤：提供用于发射高能量射束以用于加热或熔合所述粉末材料中的至少一个的至少一个高能量射束源；提供用于在所述粉末材料上偏转高能量射束的偏转源；提供用于将所述高能量射束聚焦在所述粉末材料上的聚焦透镜；以及利用至少一个散光透镜将高能量射束成形在所述粉末层上，使得高能量射束在所述粉末层上的形状在与所述高能量射束的偏转方向平行的方向上比在与所述高能量射束的所述偏转方向垂直的方向上更长，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比作为所述能量射束在所述工件上的功率的函数而变化。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述高能量射束是电子束或激光束中的至少一个。14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述偏转源是可倾斜镜或可倾斜透镜中的至少一个。15.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述偏转源是偏转线圈。16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述平行方向和所述垂直方向上所述高能量射束的长度之比还作为所述高能量射束在所述工件上的位置的函数而变化。17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中所述能量射束在与偏转方向平行的方向上同与所述偏转方向垂直的方向相比至少五（5）倍长。18.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中所述能量射束在与偏转方向平行的方向上同与所述偏转方向垂直的方向相比至少十（10）倍长。19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中对于全扫描长度、全横截面和/或对于全3维物件，与扫描方向垂直的方向上所述工件上的平均斑大小小于与扫描方向平行的方向上所述工件上的平均斑大小。20.根据权利要求12至19中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J巴克伦，T洛克，
申请(专利权)人：阿卡姆股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE