多光束增材制造制造技术

用于多光束增材制造的系统和方法使用多光束(例如激光)在选定区域中同时地曝光粉末材料层，直到粉末材料熔融以形成体素，体素形成三维结构的构建层。光可以从选定光源产生，并耦合到具有布置在光学头中的输出端的光纤阵列中，使得多光束被光学头引导到每个粉末层上的不同位置。多光束可以提供形成分布式曝光图案的分布式曝光，所述分布式曝光图案包括足够地隔开以分离由每个曝光形成的熔融区域的光束斑。可以使用各种技术(例如，通过移动光学头)并且根据各种扫描图案移动多光束，使得多个多光束分布式曝光形成每个构建层。

Multi beam lumber manufacturing

The system and method for multi beam material enhancement manufacturing uses multiple beams (such as laser) to expose the powder material layer at the same time in the selected area until the powder material is fused to form voxel and voxel to form a three-dimensional structure layer. Light can be generated from the selected light source and coupled to the optical fiber array with output terminals arranged in the optical head, so that multiple beams are guided by optical heads to different positions on each powder layer. Multiple beams can provide distributed exposure to form distributed exposure patterns, and the distributed exposure patterns include enough isolation to separate the beam spots from the molten regions formed by each exposure. Various technologies can be used, for example, through mobile optical head, and multiple beams can be moved according to various scanning patterns, so that multiple multi beam distributed exposures form each construction layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多光束增材制造相关申请交叉引用本申请要求于2015年6月10日提交的美国专利申请序列号62/173,541的权益，其通过引用而被完全地纳入本文。
本公开涉及增材制造，并且更具体地涉及多光束增材制造。
技术介绍
增材制造(也称为三维打印)技术已被用于制造几乎任何形状的三维结构。使用增材工艺，基于限定结构的3D模型的数据，沉积材料的连续层以形成结构。在一些方法中，通过沉积粉末材料的连续层并且使用光束(例如激光)来将每个层的选定区域中的粉末材料结合或熔融来生成形成结构的连续层。这些方法的例子包括选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)，在选择性激光烧结中激光烧结选定区域中的粉末颗粒以形成结构的每个构建层，在选择性激光熔化中，激光熔化选定区域中的粉末，使得熔化的材料硬化以形成结构的每个构建层。虽然这种激光增材制造(LAM)技术已经取得成功，但是激光向选定区域的移动通常会降低构建速率和制造速度。为了提高速度，已经使用了多光束，但是跨越粉末层扫描多光束可能导致在每个构建层的熔融材料中产生应力。例如，热能可能导致热部件应力，这可能随着构建层的形成而使三维结构变形。因此，当使用某些材料，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由多个构建层形成的三维结构的多光束增材制造的方法，所述方法包括：提供光源阵列、分别耦合到所述光源阵列的光纤阵列、以及包括光纤的输出端的光学头；在粉末床支撑系统上输送粉末材料的粉末层，所述粉末床支撑系统竖直地和逐步地移动以容纳每个所述粉末层；以及在粉末材料的每个所述粉末层中形成所述三维结构的构建层，其中形成每个所述构建层包括在每个粉末层的不同区域上执行多光束分布式曝光以选择性地熔融所述粉末材料的对应区域，其中执行每次所述多光束分布式曝光包括从所述光源阵列中的选定光源同时产生光，使得光束从耦合到所述选定光源的所述光纤的所述输出端发射并且被引导到每个粉末层的所述对应区域，以形成包括隔开的光束...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.10 US 62/173,5411.一种用于由多个构建层形成的三维结构的多光束增材制造的方法，所述方法包括：提供光源阵列、分别耦合到所述光源阵列的光纤阵列、以及包括光纤的输出端的光学头；在粉末床支撑系统上输送粉末材料的粉末层，所述粉末床支撑系统竖直地和逐步地移动以容纳每个所述粉末层；以及在粉末材料的每个所述粉末层中形成所述三维结构的构建层，其中形成每个所述构建层包括在每个粉末层的不同区域上执行多光束分布式曝光以选择性地熔融所述粉末材料的对应区域，其中执行每次所述多光束分布式曝光包括从所述光源阵列中的选定光源同时产生光，使得光束从耦合到所述选定光源的所述光纤的所述输出端发射并且被引导到每个粉末层的所述对应区域，以形成包括隔开的光束斑的分布式曝光图案，其中所述光束以足以熔化所述对应区域中的所述粉末材料的功率和持续时间被引导，使得所述对应区域中的所述粉末材料熔融以形成熔融区域，其中在每次所述多光束分布式曝光中的所述光束斑被足够地隔开以分离由每次所述多光束分布式曝光形成的所述熔融区域，其中每个所述熔融区域对应于所述三维结构的体素，并且其中每个所述粉末层中的所述粉末材料的所述熔融区域共同形成所述三维结构的各个所述构建层中的每一个。2.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光源包括激光二极管。3.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光源包括光纤激光器。4.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光纤的所述输出端在所述光学头中以一维阵列布置。5.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光纤的所述输出端在所述光学头中以二维阵列布置。6.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，在所述粉末层的不同区域上执行多光束分布式曝光包括针对每次所述多光束分布式曝光将所述光学头相对于所述粉末层移动到不同位置。7.根据权利要求6所述的用于多光束增材制造的方法，其中，当所述粉末层正在被输送时，所述光学头在所述粉末层上执行多光束分布式曝光。8.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，在每个所述粉末层上执行所述多光束分布式曝光包括跨越所述粉末层用交错扫描图案扫描所述光学头。9.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，在每个所述粉末层上执行所述多光束分布式曝光包括跨越所述粉末层用线性扫描图案扫描所述光学头。10.根据权利要求9所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光纤的所述输出端相对于线性扫描方向成角度地布置在单个行中，使得由所述输出端中的一个产生的光束斑与由所述输出端中的相邻的一个在前一次多光束分布式曝光中产生的光束斑重叠。11.根据权利要求9所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光纤的所述输出端布置成二维交错阵列，使得由所述输出端中的一个产生的光束斑与由所述输出端中的相邻的一个在前一次多光束分布式曝光中生成的光束斑重叠。12.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光学头被配置为产生光束斑，所述光束斑具有在50μm至300μm的范围内的尺寸和在150μm至600μm的范围内的间隔。13.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，执行所述多光束分布式曝光包括使用扫描光学器件扫描所述光束。14.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述粉末材料包括金属粉末。15.根据权利要求14所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述金属粉末包括具有大于30μm微米的颗粒尺寸的颗粒和具有小于5μm的颗粒尺寸的颗粒。16.根据权利要求14所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述金属粉末包括具有大于50μm的颗粒尺寸的颗粒。17.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，其中，所述光学头包括成像光学器件。18.根据权利要求17所述的用于多光束增材制造的方法，进一步包括，通过使所述光束相对于处理表面散焦来控制所述分布式曝光图案中的所述光束斑的尺寸和间隔。19.根据权利要求1所述的用于多光束增材制造的方法，进一步包括，调节光束斑尺寸和功率中的至少一个以调节位于至少一个所述构建层的不同区域处的体素的分辨率。20.一种用于由多个构建层形成的三维结构的多光束增材制造的方法，所述方法包括：将粉末材料的粉末层输送到粉末床支撑系统；在粉末材料的所述粉末层中形成所述三维结构的构建层，其中形成所述构建层包括在所述粉末层的不同区域上执行多光束分布式曝光以选择性地熔融所述粉末层中的所述粉末材料的对应区域，其中执行每次所述多光束分布式曝光包括同时向所述粉末层的所述对应区域引导光束，以形成包括隔开的光束斑的分布式曝光图案，其中所述光束以足以熔化所述对应区域中的所述粉末材料的功率和持续时间被引导...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·达拉罗萨，威廉·欧内尔，马丁·斯帕克斯，安德鲁·佩恩，
申请(专利权)人：IPG光子公司，
类型：发明
国别省市：美国,US