用于加性制造的方法及共形支撑技术

本公开一般涉及用于在构建对象(200)的过程中使用共形支撑结构(210)的加性(AM)制造的方法，以及在这些AM过程内使用的新型共形支撑结构。共形支撑结构包括第一部分(214)，其从平台延伸至第一部分的向上凹的表面(212)，向上凹的表面在对象的面向下凸的表面(202)之下。向上凹的表面对应于面向下凸的表面。通过至少一部分未熔合的粉末(650)，将对象的面向下凸的表面与第一部分的向上凹的表面分离。

Method and conformal support for additive manufacturing

The disclosure is generally related to the method of additive (AM) manufacturing using the conformal support structure (210) in the process of building objects (200), and the new conformal bracing structure used in these AM processes. The conformal support structure includes the first part (214), which extends from the platform to the upward concave surface of the first part (212), and the upward concave surface is below the convex surface (202) of the object. The concave surface corresponds to a lower convex surface. The lower surface of the object is separated from the upper concave surface of the first part by at least a part of the powder (650) that is not fused.

【技术实现步骤摘要】
用于加性制造的方法及共形支撑
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，并且使用在方向134上行进的重涂器臂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(access)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。本专利技术人发现上述的增材加性制造工艺过程对于具有面向下凸的表面的对象存在困难。面向下凸的表面，当逐层构建时，可能包括具有覆盖比紧挨着的先前层的凝固部分大的区域的扫描图案(pattern)的层。当构建面向下凸的表面时，上述的激光熔融规程可能会有不期望的影响。例如，当上层被熔融时，虽然上层的一些部分由紧接着的先前层的凝固部分支撑，但其它部分仅由粉末支撑，其延伸到平台114。一种可能的影响是当上层熔融时，熔融材料与下层的凝固部分相邻地向下流动。这种熔池导致面向下凸的表面的不期望的粗糙纹理。另一方面中，对面向下凸的表面的支撑不能提供足够的运动阻力。例如，一些已知的支撑仅在最低点支撑面向下凸的表面。由于面向下凸的表面延伸超出支撑，对象可能在粉床112内容易移动。作为另一个示例，主要由粉末支撑的面向下凸的表面具有相对高的热隔离，从而导致长的热耗散。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
下面提出本专利技术的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。一方面中，本公开提供的用于使用加性制造制备对象的方法包括下列的步骤：(a)辐射在粉末床中内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，从而在粉末床之上提供随后的粉末层；及(c)重复步骤(a)和(b)直至对象和至少一个支撑结构在粉末床中形成，其中至少一个支撑结构包括第一部分，其从平台延伸至第一部分的向上凹的表面，向上凹的表面在对象的面向下凸的表面之下，向上凹的表面对应于面向下凸的表面；并且其中对象在第一部分的顶部构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末，将对象的面向下凸的表面与第一部分的向上凹的表面分离。另一方面中，本公开提供一种使用加性制造构建对象的支撑结构。该支撑结构包括对应于对象的第一面向下凸的表面的第一向上凹的表面，第一向上凹的表面位于对象的第一面向下凸的表面之下。该支撑结构还包括从向上凹的表面向下延伸到平台的主体部分。通过至少一部分未熔合的粉体，将对象的第一面向下凸的表面与可移除支撑结构的第一向上凹的表面分离。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。技术方案1：一种用于制造对象的方法，包括：(a)辐射粉末床(112)中的粉末层以便形成熔合区域；(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，从而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)直至所述对象(200)和至少一个支撑结构(210)在所述粉末床中形成，其中所述至少一个支撑结构包含第一部分，其从平台延伸至所述第一部分的向上凹的表面(212)，所述向上凹的表面在所述对象的面向下凸的表面(202)之下，所述向上凹的表面对应于所述面向下凸的表面；以及其中所述对象在所述第一部分之上构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末来将所述对象的所述面向下凸的表面与所述第一部分的所述向上凹的表面分离。技术方案2：根据技术方案1的方法，进一步包括：识别所述对象的所述面向下凸的表面；基于所述对象的所述面向下凸的表面确定所述支撑结构的所述向上凹的表面。技术方案3：根据技术方案2的方法，其中确定所述对象的所述面向下凸的表面包括确定所述面向下凸的表面的局部最小值。技术方案4：根据技术方案1的方法，其中所述支撑结构包含从所述支撑结构的主体部分(214)延伸到所述向上凹的表面的边缘的面向下凸的表面(216)。技术方案5：根据技术方案4的方法，其中未熔合的粉末在所述支撑结构的所述面向下凸的表面和所述平台之间延伸。技术方案6：根据技术方案1的方法，其中单层包含所述支撑结构(210)的一部分和所述对象(200)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造对象的方法，包括：(a)辐射粉末床(112)中的粉末层以便形成熔合区域；(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，从而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)直至所述对象(200)和至少一个支撑结构(210)在所述粉末床中形成，其中所述至少一个支撑结构包含第一部分，其从平台延伸至所述第一部分的向上凹的表面(212)，所述向上凹的表面在所述对象的面向下凸的表面(202)之下，所述向上凹的表面对应于所述面向下凸的表面；以及其中所述对象在所述第一部分之上构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末来将所述对象的所述面向下凸的表面与所述第一部分的所述向上凹的表面分离。

【技术特征摘要】
2016.02.11 US 15/0420191.一种用于制造对象的方法，包括：(a)辐射粉末床(112)中的粉末层以便形成熔合区域；(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，从而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)直至所述对象(200)和至少一个支撑结构(210)在所述粉末床中形成，其中所述至少一个支撑结构包含第一部分，其从平台延伸至所述第一部分的向上凹的表面(212)，所述向上凹的表面在所述对象的面向下凸的表面(202)之下，所述向上凹的表面对应于所述面向下凸的表面；以及其中所述对象在所述第一部分之上构建，并且通过至少一部分未熔合的粉末来将所述对象的所述面向下凸的表面与所述第一部分的所述向上凹的表面分离。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：识别所述对象的所述面向下凸的表面；基于所述对象的所述面向下凸的表面确定所述支撑结构的所述向上凹的表面。3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述对象的所述面向下凸的表面包括确定所述面向下凸的表面的局部最小值。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述支撑结...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·约尔格，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US