利用预热的增材制造制造技术

一种增材制造的方法包括：在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使所述供给材料的温度升高至第一温度，所述第一温度高于室温且低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；在所述工作台上方以层形式分配处于所述第一温度下的所述供给材料；在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，所述第三温度大于所述第一温度且低于使所述供给材料熔融的第四温度；和使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，所述第五温度等于或大于所述第四温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用预热的增材制造
本专利技术涉及增材制造，也被称为3D打印。
技术介绍
增材制造(AM)，也被称为实体自由成形制造(solidfreeformfabrication)或3D打印，是指从原料(通常为粉末、液体、悬浮液、或熔化固体)以一系列的二维层或横截面构建出三维物体的任何制造工艺。相比之下，传统机械加工技术涉及减材工艺并生产从诸如木头块、塑料块或金属块的原料切出的物体。在增材制造中可以使用各种增材工艺。各种工艺在沉积层以形成完成物体的方式上和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔化或软化材料以生产层，例如，选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting；SLM)或直接金属激光烧结(DirectMetalLaserSintering；DMLS)、选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering；SLS)、熔融沉积成型(FusedDepositionModeling；FDM)，而另外一些方法则使用不同技术(例如，立体光刻(Stereolithography；SLA))固化(cure)液体材料。烧结是熔融小粒(例如，粉末)来形成物体的工艺。烧结通常涉及加热粉末。当在烧结工艺中将粉末状的材料加热至足够温度时，粉末颗粒中的原子扩散跨过颗粒边界，从而将颗粒熔融在一起以形成固体件。相较熔化来说，烧结中使用的粉末无需达到液相。由于烧结温度不必达到材料熔点，常对诸如钨和钼的具有高熔点的材料使用烧结。烧结和熔化均可在增材制造中使用。所使用的材料决定进行的是哪种工艺。非晶固体(诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(AcrylonitrileButadieneStyrene；ABS))实际上是超冷粘性液体，并且实际上不熔化；由于熔化涉及从固态至液态的相变。因此，选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering；SLS)是用于ABS的相关工艺，而选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting；SLM)则用于结晶和半结晶材料(诸如尼龙和金属)，所述材料具有离散的熔化/冻结温度并且在SLM工艺期间经历熔化。使用激光束作为用于烧结或熔化粉末状的材料的能量源的常规系统通常在粉末状的材料的层中的选定点上引导激光束并且使所述激光束跨层选择性地光栅扫描到位。一旦已烧结或熔化第一层上的所有已选位置，新的粉末状的材料的层在已完成层的顶部上沉积，并且所述工艺逐层重复，直至生产出了期望物体。电子束也可用作引起材料中烧结或熔化的能量源。同样，电子束跨层光栅扫描以完成特定层的处理。
技术实现思路
在一方面，一种增材制造系统包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用以在工作台上方输送多个连续的供给材料层；能量源，能量源被定位在工作台之上以引导射束来熔融供给材料的最外层的至少一些；和多个灯，多个灯被安置在工作台之上并且围绕能量源来辐射地加热供给材料的最外层。实现方式可以包括以下特征的一个或多个。能量源可以包括激光器或离子源。多个灯可以固持在可旋转支撑件上。多个灯可以距穿过工作台的中心轴线等距定位。多个灯可以围绕中心轴线以相等角度间隔而定位。加热器可以在沉积供给材料层之前将供给材料加热。供给材料可以是粉末，并且加热器可以经构造以将供给材料升高至第一温度，第一温度高于室温而低于使粉末变得发粘的温度。致动系统可相对于工作台在两个垂直方向上移动射束。致动系统可以包括线性致动器经构造以在两个垂直方向中的至少一个上移动能量源的线性致动器。致动系统可以包括经构造以在两个垂直方向中的至少一个上移动工作台的线性致动器。致动系统可以经构造以在两个垂直方向中的至少一个上偏转射束。能量源可以包括激光器并且致动系统可以包括用于偏转来自激光器的激光束的镜式检流计(mirrorgalvanometer)。致动系统可以经构造以调节射束的焦点深度。致动系统可以包括用以调节焦点深度的可移动的光学部件。致动系统可以包括用于在垂直于工作台表面的方向上移动能量源的线性致动器。另一方面，一种增材制造系统包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用以在工作台上方输送多个连续的供给材料层；第一加热器，第一加热器经构造以在由分配器分配供给材料之前将供给材料加热至自由流动温度；以及能量源，用于在工作台上方熔融供给材料的最外层的至少一些。实现方式可以包括以下特征的一个或多个。分配器可以包括贮槽，贮槽邻近工作台。第一加热器可以包括定位在贮槽之上的热灯。第一加热器可以包括嵌入贮槽的支撑板中的电阻式加热器。第一加热器可以经构造以加热分配器中的供给材料而不将热量施加至在工作台上方分配的供给材料层。分配器可以包括定位在工作台的相对侧面上的两个贮槽。第二加热器可以经构造以将实质整个最外层加热至结块温度。第二加热器可以包括定位在能量源周围的多个热灯。多个热灯可以固持在可旋转支撑件上。能量源可以包括激光器或离子源。另一方面，一种增材制造的方法包括：在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使供给材料的温度升高至第一温度，第一温度高于室温且低于使供给材料变得发粘的第二温度；在工作台上方以层形式分配处于第一温度下的供给材料；在工作台上方分配供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，第三温度大于第一温度而低于使供给材料熔融的第四温度；以及使供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，第五温度等于或大于第四温度。实现方式可以包括以下特征的一个或多个。第三温度可以大于第二温度。可以利用激光器或离子源进行使供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度的步骤。可以利用定位在激光器或离子源周围的多个热灯进行将实质整个供给材料层的温度升高至第三温度的步骤。多个热灯可以围绕激光器或离子源旋转。使供给材料的温度升高至第一温度可以包括当供给材料在贮槽中时使供给材料的温度升高。当供给材料在贮槽中时使供给材料的温度升高可以包括利用嵌入贮槽的支撑板中的电阻式加热器加热供给材料。当供给材料在贮槽中时升高供给材料的温度可以包括利用定位在贮槽上方的热灯加热供给材料。供给材料可以是粉末并且第四温度可以是烧结温度。实现方式可以包括以下优点的一个或多个。围绕扫描束热源(诸如激光器)布置热灯允许加热整个供给材料层而不受到扫描束热源干扰。旋转热灯可以提高供给材料外层的温度均匀性。通过控制入射在所沉积的供给材料的顶表面上的激光束的焦点深度，烧结工艺的分辨率就会变化。另外，控制焦点深度就可控制斑点大小，并且因此控制每一单位区域所传送的能量，这可允许提高激光束的扫描速率并且因此提高产量。本专利技术的一个或多个实施方式的细节将在随附的附图和以下的描述中予以阐述。本专利技术的其它方面、特征和优点将从说明书和附图、及从权利要求书显而易见。附图说明图1是增材制造系统的示意性侧视图。图2是增材制造系统的示意性俯视图。具体实施方式增材制造工艺可以涉及在工作台或先前沉积的层上分配一层供给材料(例如，粉末)、接着熔融供给材料层的部分的方法。能量源加热供给材料并且致使供给材料固化，例如，从而致使粉末熔融。然而，由逐点烧结或熔化粉末状的材料引起的温度波动可能在所打印的物体内形成热应力。此外，跨供给材料层扫描射束需要时间。在增材制造工艺中，可以在供给材料被沉积在工作台上方之前加热供给材料。此举可以减少扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造系统，包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用于在所述工作台上方输送多个连续的供给材料层；第一加热器，所述第一加热器经构造以在由所述分配器分配所述供给材料之前，将所述供给材料加热至低于使粉末变得发粘的温度的第一温度；和能量源，用于熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.20 US 62/194,768;2015.11.23 US 62/258,9381.一种增材制造系统，包括：工作台，具有用于支撑在制造的物体的顶表面；分配器，用于在所述工作台上方输送多个连续的供给材料层；第一加热器，所述第一加热器经构造以在由所述分配器分配所述供给材料之前，将所述供给材料加热至低于使粉末变得发粘的温度的第一温度；和能量源，用于熔融在所述工作台上方的供给材料的最外层的至少一些。2.如权利要求1所述的系统，其中所述分配器包括贮槽，所述贮槽邻近所述工作台。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器包括定位在所述贮槽之上的热灯或嵌入所述贮槽的支撑板或侧壁中的电阻式加热器。4.如权利要求2所述的系统，其中所述第一加热器经构造以加热所述分配器中的所述供给材料，而不将热量施加于在所述工作台上方分配的所述供给材料层。5.如权利要求1所述的系统，包括第二加热器，所述第二加热器经构造以将实质整个最外层加热至结块温度。6.如权利要求5所述的系统，其中所述第二加热器包括定位在所述能量源周围的多个热灯或嵌入环绕所述工作台的侧壁中的电阻式加热器。7.一种增材制造的方法，包括：在工作台上方以层形式分配供给材料之前，使所述供给材料的温度升高至第一温度，所述第一温度高于室温且低于使所述供给材料变得发粘的第二温度；在所述工作台上方以层形式分配处于所述第一温度下的所述供给材料；在所述工作台上方分配所述供给材料之后，使实质整个供给材料层的温度升高至第三温度，所述第三温度低于使所述供给材料熔融的第四温度；和使所述供给材料层的部分的温度选择性地升高至第五温度，所述第五温度等于或大...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡·T·额，比哈瑞斯·斯里尼瓦桑，奈格·B·帕蒂班德拉，阿耶·M·乔希，阿莎瓦尼·库马尔，埃里克·恩格，伯纳德·弗雷，卡斯拉曼·克里沙南，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US