用于加性制造的方法和前缘支承技术

本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支承前缘结构的用于加性制造(AM)的方法以及将要用于这些AM过程内的新颖的前缘支承结构。支承结构在对象和粉末床的第一侧之间定位成与对象相邻。支承结构具有在从所述第一侧到所述对象的方向上向外成锥形的形状。

Method and front end support for additive manufacturing

The present disclosure generally relates to methods for additive manufacturing (AM) using a supporting leading-edge structure during the construction of an object, and novel leading-edge supporting structures to be used in these AM processes. The support structure is positioned between the object and the first side of the powder bed to be adjacent to the object. The support structure has a tapered shape outward from the first side to the object.

【技术实现步骤摘要】
用于加性制造的方法和前缘支承
本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支承结构的用于加性制造(AM)的方法，以及将要用在这些AM过程内的新颖的支承结构。
技术介绍
与减性(subtractive)制造方法形成对照，AM过程通常涉及一个或多个材料的积聚，其用来制作净形或者近净形(NMS)对象。虽然“加性制造”是工业标准术语(ASTMF2792)，但是AM囊括在多种名称下已知的各种制造和原型制作技术，包含自由成型制作、3D印刷、快速原型制作/加工等。AM技术能够根据各种各样的材料来制作复合组件。通常，独立对象能够根据计算机辅助设计(CAD)模型来制作。一种特定类型的AM过程使用能量束、例如电子束或电磁辐射(例如激光束)来烧结或熔融粉末材料，从而创建固体三维对象，其中粉末材料的微粒结合在一起。例如工程塑料、热塑弹性体、金属和陶瓷的不同材料系统被使用。激光烧结或熔融是一种用于功能原型和工具的快速制作的著名AM过程。应用包含复杂加工件、熔模铸造的图案、注射模塑和拉模铸造的金属铸型以及砂型铸造的铸型和型芯的直接制造。用来增强设计周期期间的概念的传递和测试的原型对象的制作是AM过程的其他的常见使用。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来表示通过使用激光束烧结或熔融细粉来产生三维(3D)对象的常见工业术语。例如，美国专利号4863538和美国专利号5460758描述常规激光烧结技术。更准确来说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝聚)粉末的微粒，而熔融需要完全熔融粉末的微粒，以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔融关联的物理过程包含到粉末材料的热传递，并且然后烧结或熔融粉末材料。虽然激光烧结和熔融过程能够应用于宽范围的粉末材料，但是尚未充分理解生产路线(route)的科学和技术方面、例如烧结或熔融速率以及在层制造过程期间的处理参数对微结构演进的影响。这种制作方法伴随有热、质量和动量传递的多种模式以及使过程极为复杂的化学反应。图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示范常规系统100的截面图的示意图。设备100通过使用由源、例如激光器120所生成的能量束136烧结或熔融粉末材料(未示出)按照逐层方式来构建对象、例如部件122。将要由能量束所熔融的粉末由贮存器126来供应，并且使用重涂器臂116均匀遍布于构建板114之上，以将粉末保持在水平118处，并且将延伸于粉末水平118上方的多余粉末材料移除到废物容器128。能量束136烧结或熔融在检流计扫描仪132的控制下构建的对象的截面层。降低构建板114，并且另一个粉末层遍布于构建板和所构建的对象之上，后面是由激光器120对粉末的连续熔融/烧结。该过程重复进行，直到部件122由熔融/烧结的粉末材料完全构成。激光器120可由包含处理器和存储器的计算机系统来控制。计算机系统可确定每层的扫描图案，并且控制激光器120按照扫描图案来辐照粉末材料。在部件122的制作完成之后，各种后处理规程可应用于部件122。后处理规程包含通过例如吹风或真空处理来移除多余粉末。其他后处理规程包含应力释放过程。另外，热和化学后处理规程能够用来抛光部件122。在激光烧结/熔融过程期间，由于当构建对象时附加的粉末层的重涂，三维对象经受许多应力。本专利技术人已经发现，某些AM结构在对象的前缘处趋于经历变形。在一些情况下，变形可涉及当重涂器臂移动通过正在构建的对象时重涂器臂的移动。鉴于上述，能够领会，存在与AM技术关联的问题、缺陷或缺点，并且如果支承对象的改进方法和支承结构可用将会是合乎需要的。
技术实现思路
下面提出一个或多个方面的简化概述，以便提供对这类方面的基本理解。这个概述不是所有预期的方面的广泛概观，并且预计既不识别所有方面的关键或临界元素，也不描绘任何或所有方面的范围。其目的是要以简化形式提出一个或多个方面的一些概念，作为稍后提出的更详细描述的序言。在一个方面中，本专利技术涉及用于在粉末床中制作对象的方法，其包括以下步骤：(a)辐照粉末床中的粉末层以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂从粉末床的第一侧在粉末床之上经过来在粉末床之上提供后续粉末层；以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到对象和至少一个支承结构在粉末床中形成，其中支承结构朝粉末床的第一侧定位成与对象相邻，支承结构具有在对象的方向上向外成锥形的形状。优选地，熔合区域可以由熔融粉末的凝固或粉末的烧结产生。在另一方面中，本专利技术涉及用于在粉末床中制作对象的方法，其包括以下步骤：(a)辐照粉末床中的粉末层以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂从粉末床的第一侧在粉末床之上经过来在粉末床之上提供后续粉末层；以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到对象和至少一个支承结构在粉末床中形成，其中支承结构朝粉末床的第一侧定位成与对象的侧部相邻，并且在对象的横向部分上方，其中一个或更多个粉末层将支承结构和对象的横向部分分开。本专利技术的支承结构可与受益于它们的任何对象一起使用。然而，专利技术人已经发现，圆柱对象从本文公开的支承结构获得特别的益处。对象还可包含同心圆柱区域或期望地具有不同尺寸的第一圆柱区域和第二圆柱部分。在一个方面中，对象包括在垂直方向上向外成锥形的圆柱部分，并且支承结构包括与圆柱部分相邻的部分，该部分包含对应的锥形以在对象的横向表面和支承结构之间保持预定量的粉末。在一个方面中，支承结构和对象不彼此连接。在一个方面中，支承结构可附连于支承板。在另一方面中，支承结构作为粉末床内的自由浮动对象形成。备选地或另外地，支承结构可通过一个或更多个脱离结构附连于对象。在回顾随后的详细描述时，本专利技术的这些和其他方面将变得更全面理解。本专利技术提供一组技术方案,如下:1.一种用于在粉末床中制作对象的方法，包括以下步骤：(a)辐照粉末床中的粉末层，以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供后续粉末层；以及(c)重复步骤（a）和（b），直到在粉末床中形成所述对象和至少一个支承结构，其中所述支承结构在所述对象和所述粉末床的所述第一侧之间定位成与所述对象相邻，所述支承结构具有在从所述第一侧到所述对象的方向上向外成锥形的形状。2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述对象包括圆柱形状。3.根据技术方案2所述的方法，其中，所述熔合区域由熔融粉末的凝固产生。4.根据技术方案2所述的方法，其中，所述熔合区域包括烧结的粉末。5.根据技术方案1所述的方法，其中，间隙在所述支承结构和所述对象之间形成。6.根据技术方案5所述的方法，其中，所述间隙用粉末填充。7.根据技术方案1所述的方法，其中，所述对象和所述支承结构具有近似相同的高度。8.根据技术方案1所述的方法，其中，所述对象是空心的。9.根据技术方案1所述的方法，还包括从所述对象移除所述支承结构。10.根据技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构具有三角形截面。11.根据技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构通过至少一个脱离结构附连于所述对象。12.一种用于在粉末床中制作对象的方法，包括以下步骤：(a)辐照粉末床中的粉末层，以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供后续粉末层；以及（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在粉末床中制作对象的方法，包括以下步骤：(a) 辐照粉末床(112)中的粉末层，以形成熔合区域；(b) 通过使重涂器臂(116)从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供后续粉末层；以及(c) 重复步骤（a）和（b），直到在粉末床中形成所述对象(200)和至少一个支承结构(210)，其中所述支承结构在所述对象和所述粉末床的所述第一侧之间定位成与所述对象相邻，所述支承结构具有在从所述第一侧到所述对象的方向上向外成锥形的形状。

【技术特征摘要】
2016.02.11 US 15/0419911.一种用于在粉末床中制作对象的方法，包括以下步骤：(a)辐照粉末床(112)中的粉末层，以形成熔合区域；(b)通过使重涂器臂(116)从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供后续粉末层；以及(c)重复步骤（a）和（b），直到在粉末床中形成所述对象(200)和至少一个支承结构(210)，其中所述支承结构在所述对象和所述粉末床的所述第一侧之间定位成与所述对象相邻，所述支承结构具有在从所述第一侧到所述对象的方向上向外成锥形的形状。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括圆柱形状。3.根据权利要求1所述的方法，其中，间隙在所述支承结构和所述对象之间形成。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象和所述支承结构具有近似相同的高度。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象是空...

【专利技术属性】
技术研发人员：ZD菲尔德曼，T辛尼特，D约尔格，N邓罕，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US