用于加性制造的方法和包围支承技术

本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支承包围结构的用于加性制造(AM)的方法以及将要用在这些AM过程内的新颖的包围支承结构。支承结构采用设置在支承结构与对象之间的连续厚度的粉末来包围对象的至少一部分，粉末的连续厚度具有不超过10 mm的最大厚度。

Method and surround support for additive manufacturing

The present disclosure generally relates to methods for utilizing additive structures in the process of constructing objects, for additive manufacturing (AM), and for novel surround support structures to be used within these AM processes. At least a part of the support structure with continuous thickness is arranged between the supporting structure and the object of the powder to surround the object, the continuous thickness powder has a maximum thickness of not more than 10 mm.

【技术实现步骤摘要】
用于加性制造的方法和包围支承
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。本专利技术人已经发现，上述加性制造过程可对具有大的高度与宽度纵横比的对象(例如高对象)造成困难。例如，高对象可易于受到来自重涂器臂的损坏，因为高对象可充当对于对象的下部施加力的杠杆。相应地，即使高对象连接到构建板或者以其他方式从下面垂直支承，高对象也可因横向力而翻倒或弯曲。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，本公开提供一种用于制作对象的方法，包括：(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随后的粉末层，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，其中支承结构采用设置在支承结构与对象之间的连续厚度的粉末包围对象的至少一部分，粉末的连续厚度具有不超过10mm的最大厚度。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:1.一种用于制作对象的方法，包括：(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随后的粉末层；以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到所述对象和至少一个支承结构在所述粉末床中形成，其中所述支承结构采用设置在所述支承结构与所述对象之间的连续厚度的粉末来包围所述对象的至少一部分，粉末的所述连续厚度具有不超过10mm的最大厚度。2.如技术方案1所述的方法，其中，所述对象包括具有高度和两个端面的圆柱形状。3.如技术方案2所述的方法，其中，所述支承结构包围所述圆柱的整个高度。4.如技术方案3所述的方法，其中，所述支承结构没有包围所述端面。5.如技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构包括至少一个连接肋。6.如技术方案5所述的方法，其中，所述至少一个连接肋与所述对象整体形成。7.如技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构包括限定内腔的内表面，所述腔具有与所述对象全等的形状，所述粉末设置在所述腔内。8.如技术方案7所述的方法，其中，所述对象设置在所述腔内，而没有接触所述内表面。9.如技术方案8所述的方法，其中，从所述支承的所述内表面到所述对象的外表面的距离(A)与所述对象的宽度(B)的比率(A:B)是从大约1:1至大约1:6。10.如技术方案8所述的方法，其中，所述支承结构包括跨越所述对象与所述内表面之间的区的至少一个连接肋。11.如技术方案1所述的方法，还包括从所述对象移除所述支承结构。12.如技术方案1所述的方法，其中，所述对象具有大于2.5的纵横比。13.如技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构包括沿所述支承结构的高度递增隔开的多个连接肋。14.如技术方案1所述的方法，其中，所述支承结构包括沿所述支承结构的内圆周表面递增隔开的多个连接肋。15.如技术方案3所述的方法，其中，所述支承结构包括矩形外剖面。16.如技术方案15所述的方法，其中，所述支承结构包括圆柱形内剖面。17.如技术方案1所述的方法，其中，粉末的所述连续厚度具有0.1mm-10mm的厚度。18.如技术方案1所述的方法，其中，粉末的所述连续厚度具有0.5到5mm的厚度。19.如技术方案1所述的方法，其中，粉末的所述连续厚度具有0.5到1mm的厚度。附图说明图1是示出用于加性制造的常规设备的示例的示意图。图2图示按照本专利技术的方面、由支承结构所支承的对象的示例的透视图。图3图示按照本专利技术的方面、图2的示例对象和支承结构的俯视图。图4图示按照本专利技术的方面的另一个示例对象和示例支承结构的俯视图。图5图示按照本专利技术的方面的另一个示例对象和示例支承结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作对象的方法，包括：(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随后的粉末层；以及(c) 重复步骤(a)和(b)，直到所述对象和至少一个支承结构在所述粉末床中形成，其中所述支承结构采用设置在所述支承结构与所述对象之间的连续厚度的粉末来包围所述对象的至少一部分，粉末的所述连续厚度具有不超过10 mm的最大厚度。

【技术特征摘要】
2016.02.11 US 15/0419731.一种用于制作对象的方法，包括：(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随后的粉末层；以及(c)重复步骤(a)和(b)，直到所述对象和至少一个支承结构在所述粉末床中形成，其中所述支承结构采用设置在所述支承结构与所述对象之间的连续厚度的粉末来包围所述对象的至少一部分，粉末的所述连续厚度具有不超过10mm的最大厚度。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述对象包括具有高度和两个端面的圆柱形状。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述支承结构包围所述圆柱的整个高度。4.如权利...

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