用于通过粉末材料的选择性固化建造物件的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于通过粉末材料的层式熔融建造物件的增材制造机器。该机器包括建造室(101)，其含有建造平台(102)、用于在跨越该建造平台(102)的层中沉积粉末材料(104)的粉末施配器(108、109)、用于选择性地熔融每一层中的粉末材料(104)的高能量束，以及用于控制该粉末材料的特性的控制装置，该特性是由该粉末材料中的低于经指定用于该建造的粒度上限的建造粒子给出。本发明专利技术还涉及一种方法，其包括在该建造期间控制该粉末材料的例如粒度分布等特性，该特性是由该粉末材料中的低于经指定用于该建造的粒度上限的建造粒子给出。本发明专利技术还涉及一种实行连续建造的方法，其中在该等建造之间，将粒子添加到该粉末材料或从该粉末材料移除以实现该粉末材料的特性，该特性是由该粉末材料中的低于经指定用于该等建造的粒度上限的建造粒子给出。本发明专利技术特定来说涉及添加或移除粒子以确保足够比例的微建造粒子(例如，小于10、5或1μm粒子的粒子)存在于该粉末中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通过粉末材料的选择性固化建造物件的设备和方法。本专利技术特定应用于控制熔融粉末床所必需的能量。
技术介绍
用于产生物件的选择性固化方法包括使用例如激光束或电子束等高能量束对例如金属粉末材料等材料的逐层固化。粉末层沉积在建造室中的粉末床上并且射束扫描过对应于正构造的物件的横截面的粉末层的部分。射束熔融或烧结粉末以形成固化层。在选择性固化某一层之后，粉末床减少掉新固化层的厚度并且另一粉末层在表面上散布且视需要固化。选择性固化设备可包括再循环回路，其用于将粉末从建造室再循环到供给用于形成为粉末层的粉末的粉末施配设备。已知随着物件的建造在使用粉末再循环回路的设备中进行，建造的质量可改变。US2010/0192806揭示一种系统，其中未使用的粉末在建造结束时从激光烧结机器移除且在单独机器/装置中处理，随后在激光熔结机器中再使用以用于后续建造。该处理包含修改该粉末材料，例如移除具有粒度小于所界定粒度的粒子。然而，为了避免粉末材料的传递过程中粉末材料的例如氧化等污染，有必要维持用于传递粉末的所有装置和软管中足够质量的惰性气氛。小粉末粒子(所谓的“粒子”)对空气质量的小差异尤其敏感，因为相对大的表面积使得此些粒子反应性非常高。US5527877揭示激光可烧结粉末，其允许粉末在选择性激光烧结机器中烧结从而形成据称完全密集的烧结部分。粒子数目的至少80％为11μm到53μm，且粒子的少于5％大于180μm。JP2005-335199揭示包括粉末回收环路的设备，该粉末回收环路具有组份分析器、混合器和材料补充单元。当经回收粉末的粒度分布与原始粉末不同时，必需大小的粒子可添加到经回收粉末。优选的是，将材料与大量细粒子而非大直径粒子混合，因为细粒子倾向于经由从所收集粉末材料散布而损耗。优选的是，除材料分析之外，组份分析器还在取样期间测量精细度，测得的粒子精细度与原始粉末的粒子精细度比较以确定待添加的材料和数量。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于通过粉末材料的层式熔融建造物件的增材制造机器，该机器包括建造室，该建造室含有建造平台、用于在跨越该建造平台的层中沉积粉末材料的粉末施配器、用于选择性地熔融每一层中的粉末材料的高能量束，以及用于控制该粉末材料的特性的控制装置，该特性是由该粉末材料中的低于经指定用于该建造的粒度上限的建造粒子给出。控制粉末材料的特性可维持建造或连续建造的过程中的建造质量。特定来说，即使在确保粉末材料仅(或至少主要)含有低于粒度上限的粒子(所谓的建造粒子)之后，剩余粉末材料的其它特性也可能影响建造质量。因此，将这些特性中的一者或多者控制在所要范围内可改进建造质量。通过具有控制装置作为增材制造机器的一部分，粉末材料可在与建造室中共有的气氛中传递到控制装置/从控制装置传递以避免污染。粉末材料的特性可为湿气含量，控制装置经布置用于控制粉末材料的湿气含量。举例来说，控制装置可通过加热粉末材料来减少粉末材料中的湿气。粉末材料的特性可为建造粒子的形态，控制装置经布置用于控制粉末材料中不同形状的建造粒子的分布。举例来说，粉末材料中粒子的形态可影响堆积密度，且因此可控制该形态以便维持指定堆积密度。粒子的形态可影响粒子的反应性。举例来说，形态可影响粒子可吸收的能量的量，以及因此影响达到材料的熔融温度所必需的能量的量。因此，可控制粉末材料中不同形状建造粒子的分布以减少达到熔融温度必需的能量。控制装置可包括用于依据形状分离粒子的气体分类器(淘析)装置。粉末材料的特性可为化学组成，控制装置经布置用于控制粉末材料中的建造粒子的化学组成。建造粒子的氧化可影响建造质量。因此，减少经氧化建造粒子的数目可改进建造质量。粉末材料的特性可为建造粒子的粒度分布。控制粉末材料中的粒度分布提供对于建造质量的控制。不受任何一个理论的约束，但据信，现有技术机器中的建造质量由于粉末材料的粒度分布的改变而改变。特定来说，SLM过程期间产生的低于粒度上限的建造粒子保持在经再循环粉末中，从而随着建造的进行或在连续建造中改变粉末材料的粒度分布。较小建造粒子可比较大建造粒子更容易吸收能量。此外，在形成熔融池期间，较小粒子可首先熔融，所得熔融物在未熔融的较大粒子之间流动。因此，粒度分布的改变可改变使用高能量束形成的熔融池的特性，并且进而影响所建造的物件的质量。举例来说，由粉末材料吸收的能量的量的增加可增加固化材料的孔隙度。熔融池的大小的改变可影响可建造物件的准确性和/或最终物件的完整性。控制装置可经布置用于控制物件的建造期间粉末材料中的建造粒子的粒度分布。以此方式，可维持整个建造过程期间恒定的熔融物。另外或作为替代，控制装置可经布置用于控制连续建造之间粉末材料中的建造粒子的粒度分布。控制装置可控制粉末材料中的微建造粒子的比率，其中微建造粒子是具有小于粒度上限的四分之一，且优选小于五分之一，且更优选地小于十分之一的粒度的粒子。微建造粒子可为大小小于10微米，优选小于5微米的粒子，且任选地为纳米粒子。通常，选择性激光熔融装置中使用的粉末材料的粒度上限为大约50微米，但例如100微米等较大粒度上限可用于较高激光功率装置。据信，微建造粒子的比率的变化将对能量的吸收具有最有效效应，且因此通过控制粉末材料中微建造粒子的比率(例如维持在设定范围内)可实现所要建造性能。粉末材料中微或宏粒子的比率可为与粉末材料中粒子的总体积、重量或数目相比按体积计、按重量计或按数目计的比率。控制装置可通过添加或移除微建造粒子和/或通过添加或移除宏建造粒子来改变粒度分布，其中宏建造粒子是具有大于微建造粒子但低于粒度上限的大小的粒子。控制装置可经布置以从粉末材料仅移除一比例的特定大小的建造粒子。举例来说，控制装置可包括用于从粉末材料移除特定大小的建造粒子的建造粒子过滤器，和用于允许一比例的该特定大小的建造粒子绕过建造粒子过滤器且保持在粉末材料中的旁路。从粉末材料移除的特定大小的建造粒子的比例可例如通过更改通过旁路的建造粒子的数目而改变。特定大小可为一范围的颗粒大小，例如大小小于10微米，优选小于5微米的粒子，以及任选地纳米粒子。控制装置可包括旋风分离器或气体淘析系统，用于从粉末材料移除一比例的特定大小的建造粒子。控制装置可包括用于从源递送材料的额外粒子的递送装置，和用于将额外粒子与粉末材料掺合的混合器。举例来说，该等额本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过粉末材料的层式熔融建造物件的增材制造机器，所述机器具有建造室，所述建造室含有建造平台、用于在跨越所述建造平台的层中沉积所述粉末材料的粉末施配器、用于选择性地熔融每一层中的粉末材料的高能量束，以及用于控制由所述粉末材料中的建造粒子给出的所述粉末材料的特性的控制装置，所述建造粒子低于经指定用于所述建造的粒度上限。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.22 GB 1315036.21.一种用于通过粉末材料的层式熔融建造物件的增材制造机器，所述
机器具有建造室，所述建造室含有建造平台、用于在跨越所述建造平台的
层中沉积所述粉末材料的粉末施配器、用于选择性地熔融每一层中的粉末
材料的高能量束，以及用于控制由所述粉末材料中的建造粒子给出的所述
粉末材料的特性的控制装置，所述建造粒子低于经指定用于所述建造的粒
度上限。
2.根据权利要求1所述的增材制造机器，其中所述控制装置经布置用于
控制所述粉末材料中建造粒子的粒度分布。
3.根据权利要求2所述的增材制造机器，其中所述控制装置控制所述粉
末材料中微建造粒子的比率，其中所述微建造粒子是粒度小于所述粒度上
限的四分之一的粒子。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的增材制造机器，其中所述控制装
置控制所述粉末材料中微建造粒子的比率，其中所述微建造粒子是粒度小
于所述粒度上限的五分之一的粒子。
5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的增材制造机器，其中所述
微建造粒子是大小小于10微米的粒子。
6.根据权利要求5所述的增材制造机器，其中所述微建造粒子是大小小
于5微米的粒子。
7.根据权利要求6所述的增材制造机器，其中所述微建造粒子是纳米粒
子。
8.根据权利要求3到7中任一权利要求所述的增材制造机器，其中所述
控制装置经布置以通过添加或移除微建造粒子来改变所述粒度分布。
9.根据权利要求3到8中任一权利要求所述的增材制造机器，其中所述
控制装置经布置以通过添加或移除宏建造粒子来改变所述粒度分布，其中
宏建造粒子是大小大于所述微建造粒子但低于所述粒度上限的粒子。
10.根据权利要求2到9中任一权利要求所述的增材制造机器，其中所
述控制装置经布置以从所述粉末材料仅移除仅某一比例的特定大小的建造

\t粒子。
11.根据权利要求10所述的增材制造机器，其中从所述粉末材料移除
的特定大小的建造粒子的所述比例是可变的。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的增材制造机器，其中所述控
制装置包括用于从所述粉末材料移除所述特定大小的建造粒子的建造粒子
过滤器，和旁路，所述旁路用于允许某一比例的所述特定大小的所述建造
粒子绕过所述建造粒子过滤器且保持在所述粉末材料中。
13.根据权利要求12所述的增材制造机器，其中所述控制装置经布置
以更改通过所述旁路的建造粒子的所述比例。
14.根据权利要求10到13中任一权利要求所述的增材制造机器，其中
所述特定大小是大小小于10微米的粒子。
15.根据权利要求10到14中任一权利要求所述的增材制造机器，其中
所述控制装置包括旋风分离器或气体淘析系统，用于从所述粉末材料移除
某一比例的特定大小的建造粒子。
16.根据前述权利要求中任一权利要求所述的增材制造机器，其中所
述控制装置包括用于递送来自源的所述材料的粒子的递送装置，和用于控
制将所述粒子从所述源添加到所述粉末材料的混合器。
17.根据依附于权利要求3时的权利要求12到16中任一权利要求所述
的增材制造机器，其中所述控制装置包括用于检测可从其确定所述粉末材
料中微建造粒子或宏建造粒子的比率的所述粉末材料的特性的传感器，所
述过滤器和/或混合器响应于来自所述传感器的信号而得以控制。
18.根据权利要求1到17中任一权利要求所述的增材制造机器，其包
括用于将粉末从所述建造室再循环到所述粉末施配器的再循环回路。
19.根据权利要求18所述的增材制造机器，其中所述控制装置经布置
以控制从所述再循环回路递送到所述粉末施配器的粉末材料的所述粒度分
布。
20.根据权利要求19所述的增材制造机器，其中所述控制装置的传感
器检测所述再循环回路中的所述粉末材料的特性，且用于更改所述粒度分

\t布的装置从所述再循环回路中的所述粉末材料移除一比例的特定大小的建
造粒子或将特定大小的建造粒子添加到所述再循环回路中的所述粉末材料
以更改从所述再循环回路递送到所述粉末施配器的粉末材料的所述粒度分
布。
21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的增材制造机器，其包括
用于从所述粉末材料移除大小高于所述粒度上限...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·麦克法兰，本·伊恩·费拉尔，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB