利用激光和气流的增材制造中的表面处理制造技术

一种用于表面改性的设备包括：支撑件，用以固持工件；等离子体源，用以在小于所述工件的局部区域中产生等离子体；和六轴机器人，用以操纵所述工件与所述等离子体源的相对定位。所述六轴机器人耦接至所述支撑件和所述等离子体源中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用激光和气流的增材制造中的表面处理
本说明书涉及增材制造，也被称为3D打印。
技术介绍
增材制造(AM)，又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制造工艺。相比之下，传统加工技术涉及减材工艺(subtractiveprocesses)并且生产从诸如木头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。各种工艺在层沉积以产生成品物体的方式和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔融或软化材料以产生层，例如，选择性激光熔融(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))固化液体材料。烧结是熔合小颗粒(例如，粉末)来产生物体的工艺。烧结通常涉及加热粉末。当在烧结工艺中将粉末状材料加热至充分的温度时，粉末粒子中的原子跨粒子边界扩散，进而将粒子熔合在一起以形成固体件。相较熔融来说，在烧结中使用的粉末不需要达到液相。由于烧结温度不必达到材料熔点，因此烧结常对诸如例如钨和钼的具有高熔点的材料使用。烧结和熔融均可以在增材制造中使用。所使用的材料决定发生哪种工艺。非晶固体(诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))实际上是过冷的粘性液体，并且实际上不熔融；由于熔融涉及从固态至液态的相变。因此，SLS可以与ABS一起使用，并且SLM可以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融/冻结温度并且在SLM工艺期间经历熔融。使用激光射束作为用于烧结或熔融粉末状的材料的能量源的常规系统通常在粉末状材料的层中的选定点上引导激光射束并且将所述激光射束选择性地光栅扫描到横跨层的位置。一旦已烧结或熔融第一层上的所有已选位置，新的粉末状材料层在已完成的层的顶部上沉积并且逐层重复所述工艺直至生产出期望的物体。电子射束还可以用作导致材料中烧结或熔融的能量源。同样，电子射束跨层光栅扫描来完成特定层的处理。
技术实现思路
期望的是由通过3D打印工艺产生的工件制造部件并进一步修改所述工件以包括额外几何特征，所述额外几何特征具有与作为所述3D打印工艺的部件产生的几何特征相比较高的分辨率。所述部件(例如)可以包括低分辨率和高分辨率特征，并且3D打印工艺和后处理操作的组合可以获得两种类型的特征。在一些情形中，所述部件可以包括可通过3D打印工艺获得的简单几何形状，以及后处理操作整合至所述工件中的复杂几何形状。在3D打印工艺之后对工件进行改性可以包括来自点电源、区域电源、或其组合的改性，所述电源将功率施加至所述工件的特殊部分以整合至所述部件的工件高分辨率特征中。点电源可以将热量添加至工件的小部分以将所述工件改性，并且区域电源可以施加电离气体或等离子体，所述电离气体或等离子体可以将功率添加至所述工件的局部部分。在一些情形中，等离子体可以进一步用于对工件表面进行化学改性。作为改性工件的工艺的部分，感测系统可以检测点电源和/或区域电源何时已获得所述特征。在一个方面，一种用于表面改性的设备包括：支撑件，用以固持工件；等离子体源，用以在小于所述工件的局部区域中产生等离子体；和六轴机器人，用以操纵所述工件与所述等离子体源的相对定位。所述六轴机器人被耦接至所述支撑件和所述等离子体源中的至少一个。实现方式可以包括以下特征的一个或多个。设备可以包括耦接至机器人和等离子体源的控制器。所述控制器可以被构造以协调机器人和等离子体源的操作以致使来自等离子体的离子仅冲击工件的暴露表面的一部分。设备可以包括真空腔室，并且支撑件、等离子体源和机器人可以在所述真空腔室中定位。另外或可选地，所述设备可以包括被定位以产生穿过局部区域的激光射束的激光器。激光射束在工件的暴露表面上的射束斑点可以小于由等离子体冲击的工件的一部分。在一些实例中，所述设备可以包括被定位以产生穿过局部区域的聚焦离子射束的聚焦离子射束系统。聚焦离子射束在工件的暴露表面上的射束斑点可以小于由等离子体冲击的工件的一部分。所述设备的等离子体源可以包括管、用以将气体注射至管中的气源、第一射频(radiofrequency；RF)电源、以及环绕所述管并耦接至所述第一RF电源的第一多个导电线圈。在一些情形中，所述设备可以包括第二射频(RF)电源。第二多个导电线圈可以耦接至第二RF电源。第二多个线圈可以定位成环绕将等离子体从管发射出的空间。在一些实现方式中，控制器可以被构造成致使机器人以使得在工件与管之间存在空间的方式来定位工件。第一和第二多个线圈可以沿着平行轴定向。在一些情形中，所述设备可以包括耦接至支撑件的第三射频(RF)电源。本文所述的系统和方法的另一方面包括一种表面改性的方法。所述方法包括在小于工件的局部区域中且靠近工件产生等离子体，使得来自等离子体的离子仅冲击工件的暴露表面的一部分。在一些情形中，来自等离子体的离子可以被溅射至暴露表面的部分上。来自等离子体的离子可以蚀刻暴露表面的部分。在一些实例中，所述方法可以包括反应性溅射至暴露表面的部分上。所述方法可以包括利用激光射束冲击暴露表面的部分同时产生等离子体。激光射束可加热暴露表面或被构造以在不从暴露表面移除材料的情况下加热暴露表面。激光射束可以烧蚀材料或被构造以烧蚀来自暴露表面的材料。所述方法可以进一步包括利用线圈约束等离子体，所述线圈定位成环绕在等离子体源与工件之间的空间。所述方法可以包括利用聚焦离子射束铣削(mill)暴露表面的部分同时产生等离子体。所述方法可以另外或可选地包括利用六轴机器人相对于等离子体源可控地定位工件。本文所述的系统和方法的另外方面包括一种制造系统。所述制造系统包括被构造以制造工件的3D打印机和用于表面改性的设备。所述设备包括：支撑件，用以固持工件；等离子体源，用以在小于所述工件的局部区域中产生等离子体；和六轴机器人，所述六轴机器人耦接至所述支撑件和所述等离子体源中的至少一个以操纵所述工件与所述等离子体源的相对定位。所述制造系统进一步包括用以将工件从增材制造系统移动至用于表面改性的设备中的支撑件的运输系统。本文所述的系统和方法的另一方面包括一种制造部件的方法。所述方法包括通过3D打印制造部件，以及通过在小于工件的局部区域中且靠近工件产生等离子体来将离子施加至所制造部件的暴露表面的已选部分。实现方式可以提供以下优点的一个或多个。工件可以容易地经改性以包括复杂的表面性质和几何形状。后处理系统可以将复杂表面性质改性以具有在预定范围内的硬度或粗糙度。例如，一种部件可被设计以包括具有3D打印工艺可能不能够获得的预定粗糙度和硬度的局部部分。所述部件可能被设计以具有在工件的局部部分中的而3D打印工艺可能不能够获得的详细几何形状，诸如蚀刻的几何形状。3D打印可进一步致使工件的局部部分变形或将残留物余留在所述局部部分上，后处理系统可以容易地清洁所述残留物。后处理系统可以移除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于表面改性的设备，包括：支撑件，用以固持工件；等离子体源，用以在小于所述工件的局部区域中产生等离子体；和机器人，所述机器人耦接至所述支撑件和所述等离子体源中的至少一个以提供对所述工件与所述等离子体源的相对定位的六轴控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,2071.一种用于表面改性的设备，包括：支撑件，用以固持工件；等离子体源，用以在小于所述工件的局部区域中产生等离子体；和机器人，所述机器人耦接至所述支撑件和所述等离子体源中的至少一个以提供对所述工件与所述等离子体源的相对定位的六轴控制。2.如权利要求1所述的设备，包括真空腔室，其中所述支撑件、所述等离子体源、和所述机器人在所述真空腔室中定位。3.如权利要求1所述的设备，包括被定位以产生穿过所述局部区域的激光射束的激光器。4.如权利要求3所述的设备，其中所述激光射束在所述工件的暴露表面上的射束斑点小于由所述等离子体冲击的所述工件的一部分。5.如权利要求1所述的设备，包括被定位以产生穿过所述局部区域的聚焦离子射束的聚焦离子射束系统。6.如权利要求5所述的设备，其中所述聚焦离子射束在所述工件的暴露表面上的射束斑点小于由所述等离子体冲击的所述工件的一部分。7.如权利要求1所述的设备，其中所述等离子体源包括管、用以将气体注射至所述管中的气源、第一射频(RF)电源、及环绕所述管并耦接至所述第一RF电源的第一多个导电线圈。8.如权利要求7所述的设备，包括第二射频(RF)电源、和耦接至所述第二RF电源的第二多个导电线圈，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：比哈瑞斯·斯里尼瓦桑，埃里克·恩格，奈格·B·帕蒂班德拉，胡·T·额，阿耶·M·乔希，阿莎瓦尼·库马尔，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