利用静电压实的增材制造制造技术

一种增材制造系统包括：工作台；分配器设备，经构造以将粉末层输送至所述工作台或先前在所述工作台上分配的层上；电压源，耦接至所述工作台并且经构造以将电压施加至所述工作台，从而产生所述粉末到所述工作台的静电吸引，所述静电吸引足以压实所述粉末；和能量源，经构造以将足够的能量施加至所述粉末，从而熔融所述粉末。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用静电压实的增材制造
本专利技术涉及增材制造，并且更特定地涉及分配粉末层的3D打印工艺。
技术介绍
增材制造(AM)，也被称为实体自由成形制造或3D打印，是指三维物体从原料(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而堆积的任何制造工艺。相比之下，传统机械加工技术包括减材工艺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形成完成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)来产生物体的工艺。烧结通常包括加热粉末。当在烧结工艺中将粉末状材料加热至足够的温度时，粉末颗粒中的原子扩散穿过颗粒边界，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。诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(AcrylonitrileButadieneStyrene；ABS)的非晶固体实际上是过冷粘性液体，并且实际上不熔化；因为熔化涉及从固相到液相的相变。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)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材料的能量源(energysource)的常规系统一般在粉末状材料的层中的选定点上引导激光束并且将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选定位置，新的粉末状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
一方面，一种增材制造系统包括：工作台；分配器设备，经构造以将粉末层输送至工作台或先前在工作台上分配的层上；电压源，耦接至工作台并且经构造以将电压施加至工作台，从而产生粉末到工作台的静电吸引，所述静电吸引足以压实粉末；和能量源，经构造以将足够的能量施加至粉末，从而熔融粉末。实现方式包括以下特征中的一个或多个。电压可以是DC电压，例如，在-4000伏与+4000伏之间。系统可以包括真空腔室，并且工作台和分配器定位于真空腔室中。能量源可以包括射频(RadioFrequency；RF)电源，所述RF电源耦接至电极结构以在真空腔室内施加足够的能量来在真空腔室内产生等离子体。能量源可以包括激光器。电极结构可以包括在工作台中的导电板、和对电极(counter-electrode)。对电极可以包括位于真空腔室中的第二导电板，并且第二导电板可大体上平行于工作台定向。电压源可经构造以将电压施加至导电板。控制器可以耦接至电压源和RF电源，并且控制器可经构造以引起电压施加电压，而RF电源则施加足够的能量，从而产生等离子体。能量源可以是激光器。电压源可经构造以在工作台与真空腔室的壁之间施加电压。工作台可以包括导电板和设在导电板上方的介电层。工作台可以竖直移动。另一方面，一种增材制造的方法包括：将粉末层分配至工作台或先前在工作台上分配的层上；通过静电吸引在工作台上压实粉末，从而提供压实的粉末层；和熔融压实的粉末。实现方式包括以下特征中的一个或多个。压实粉末可以包括将电压施加至工作台。电压可以是DC电压，例如，在-4000伏与+4000伏之间的电压。熔融粉末可以包括在真空腔室中支撑压实的粉末层并且在腔室中压实的粉末层之上产生等离子体。产生等离子体可以包括在工作台与阴极之间施加RF。阴极可以包括真空腔室的壁和/或在真空腔室中的导电板。熔融粉末可以包括将激光束施加至粉末。工作台可以在分配连续的粉末层间竖直降低。粉末可以包括介电颗粒。粉末颗粒可以具有金属芯和盖住芯的介电涂层。介电涂层可以是自然氧化层。实现方式可以包括以下优点中的一个或多个。可以提高增材制造工艺质量，例如，可以实现所制造的物体的更高密度。可(例如)通过调整处理腔室中的等离子体来控制静电压实力。本专利技术的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。本专利技术的其它方面、特征和优点将从描述和附图、和从权利要求书变得显而易见。附图说明图1是增材制造系统的示意性侧视图。图2A是带有等离子体的静电吸盘的示意性侧视图。图2B是不带有等离子体的静电吸盘的示意性侧视图。图2C是双极吸盘的示意性侧视图。图3是带有两种进料的增材制造系统的示意性侧视图。各个附图中的相同参考符号指示相同元件。具体实施方式增材制造工艺可以包括在工作台或先前沉积的层上分配进料(例如，粉末)层，随后是熔融进料层的部分的方法。能量源加热进料并且引起进料熔融在一起而形成固体件。有时期望在增材制造工艺期间，在熔融之前压实新进料层。此举可有助于提高增材制造的工艺质量，例如，增加粉末密度并且因此增加所制造的物体的密度。一种压实新进料层的方式是通过在进料上施加静电力。图1示出了示例性增材制造系统100的示意图。系统100包括外壳102并由外壳围绕。外壳102可以(例如)允许在外壳内部的腔室103中维持真空环境，例如，约1Torr或更低的压力。或者，腔室103的内部可以是大体上纯的气体，例如，已过滤以移除颗粒物的气体，或者腔室可通风至大气(beventedtotheatmosphere)。气体可从气源(未示出)通过气体入口136进入腔室103。来自腔室的气体可通过真空通气口138移除。真空环境或被过滤的气体可在制造零件期间减少缺陷。此外，真空环境可有助于等离子体产生。增材制造系统100包括用于在工作台105上方输送粉末层(例如，在工作台上或到工作台上的下层上)的粉末输送系统。粉末输送系统可以包括可定位在工作台105之上的材料分配器组件104。工作台105的竖直位置可由活塞107控制。在一些实现方式中，分配器104包括多个开口，进料可通过开口来分配。每个开口可以具有可单独控制的闸门，使得可单独地控制进料通过每个开口的输送。在一些实现方式中，多个开口跨工作台的宽度延伸，例如，在垂直于分配器104的行进方向106的方向上延伸。在此情况下，在操作中，分配器104可以在方向106上的单次扫掠中跨工作台105扫描。或者，分配器104可在两个方向上移动以跨工作台105扫描，例如，跨工作台105的光栅扫描。在一些实现方式中，可以存在在工作台上方分配不同材料的多个分配器。控制器130控制连接至分配器组件104的驱动系统(未示出)，例如，线性致动器。驱动系统经构造以使得在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增材制造系统，包括：工作台；分配器设备，经构造以将粉末层输送至所述工作台或先前在所述工作台上分配的层上；电压源，耦接至所述工作台并且经构造以将电压施加至所述工作台，从而产生所述粉末至所述工作台的静电吸引，所述静电吸引足以压实所述粉末；和能量源，经构造以将足够能量施加至所述粉末，从而熔融所述粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,3881.一种增材制造系统，包括：工作台；分配器设备，经构造以将粉末层输送至所述工作台或先前在所述工作台上分配的层上；电压源，耦接至所述工作台并且经构造以将电压施加至所述工作台，从而产生所述粉末至所述工作台的静电吸引，所述静电吸引足以压实所述粉末；和能量源，经构造以将足够能量施加至所述粉末，从而熔融所述粉末。2.如权利要求1所述的系统，其中所述电压包括DC电压。3.如权利要求2所述的系统，其中所述DC电压在-4000伏与+4000伏之间。4.如权利要求1所述的系统，包括真空腔室，其中所述工作台和分配器定位于所述真空腔室中。5.如权利要求4所述的系统，其中所述能量源包括射频(RF)电源，所述RF电源耦接至电极结构以在所述真空腔室内施加足够能量来在所述真空腔室内产生等离子体。6.如权利要求5所述的系统，其中所述电极结构...

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