用于增材制造的多材料和打印参数制造技术

提供了用于增材制造系统中的多材料和变化的打印参数的系统和方法。在一个示例中，沉积包括第一粉末材料和与第一粉末材料不同的第二材料的层，使得第一粉末材料的至少第一部分处于没有第二材料的第一区域中。生成能量束并且施加该能量束以在多个位置处熔合所述层。在另一示例中，基于参数的第一子集沉积粉末材料层。基于所述参数的第二子集生成能量束，并且基于所述参数的第三子集施加该能量束以在多个位置处熔合所述层。所述参数中的至少一个被设置为在片打印操作期间具有不同的值。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造的多材料和打印参数相关申请的交叉引用此申请要求于2017年4月28日提交的且题为“MULTI-MATERIALSANDPRINTPARAMETERSFORADDITIVEMANUFACTURING”的美国临时专利申请号15/582,485的权益，通过引用将其全部内容明确地并入本文。
本公开总体涉及增材制造系统，并且更具体地涉及增材制造系统中的多材料和打印参数。
技术介绍
增材制造(additivemanufacturing，“AM”)系统(也被描述为3-D打印系统)可以生产具有几何学上复杂形状的结构(被称为构造件)，包括用常规制造过程难以或不可能创建的一些形状。AM系统(诸如粉末床熔合(powder-bedfusion，PBF)系统)逐层地创建构造件。通过沉积粉末层并将该粉末的部分暴露于能量束而形成每个层或‘片(slice)’。施加能量束来熔化与层中的构造件的横截面相一致的粉末层的区域。熔化的粉末冷却并熔合以形成构造件的片。该过程可以被重复以形成构造件的下一片，以此类推。每个层被沉积在先前层的顶部上。所得到的结构是从头开始逐片组装的构造件。PBF系统基于各种系统参数(诸如束能量、扫描速率、沉积的粉末层厚度等)打印构造件的片。可以在打印运转之间(即，在构造件被完整打印之后)进行对各种参数的调整。例如，较高的束功率可以被用于打印下一构造件。
技术实现思路
将在下文中更全面地描述用于AM系统中的多材料和打印参数的装置和方法的若干方面。在各种方面，用于粉末床熔合的装置可以包括沉积器、生成能量束的能量束源和施加能量束以在多个位置处熔合层的偏转器，所述沉积器沉积包括粉末材料和不同于所述粉末材料的第二材料的层，使得粉末材料的至少部分处于没有第二材料的区域中。在各种方面，一种用于粉末床融合的装置可以包括：沉积器，其基于参数的第一子集沉积包括粉末材料的层；能量束源，其基于所述参数的第二子集生成能量束；偏转器，其基于所述参数的第三子集施加能量束以在多个位置处熔合所述层；以及控制器，其将参数中的至少一个设置为在时间段期间的第一时间具有第一值，并且在该时间段期间具有不同于第一值的第二值，该时间段在粉末层的沉积起始时开始，并且在这些位置处的层的熔合终止时结束。应该指出的是，子集可以包括单个参数。在各种方面，一种用于粉末床熔合的方法可以包括：沉积包括粉末材料和不同于该粉末材料的第二材料的层，使得该粉末材料的至少部分处于没有第二材料的区域中；生成能量束；以及施加能量束以在多个位置处熔合所述层。在各种方面，一种用于粉末床熔合的方法可以包括：基于多个参数的第一子集来沉积包括粉末材料的层；基于所述参数的第二子集生成能量束；基于所述参数的第三子集施加能量束以在多个位置处熔合所述层；以及将所述参数中的至少一个设置为在时间段期间的第一时间具有第一值，并且在该时间段期间具有不同于第一值的第二值，该时间段在粉末层的沉积起始时开始，并且在这些位置处的层的熔合终止时结束。其他方面根据下面的详细描述对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中，通过图示仅示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将意识到的那样，本文的概念能够具有其他的和不同的实施例，并且几个细节能够具有各种其他方面的修改，所有这些不脱离本公开。因此，本质上认为附图和详细描述是说明性的而不是限制性的。附图说明在附图中，现在将通过示例而不是通过限制来在详细描述中呈现各个方面，其中：图1A-图1D示出了不同的操作阶段期间的示例性PBF系统。图2示出了包括多材料和打印参数变化的示例性PBF装置。图3示出了包括具有闭环控制的打印参数和多材料的另一示例性PBF装置。图4A-图4C示出了其中可以在沉积粉末材料之前沉积第二材料的示例性实施例。图5A-图5C示出了其中可以沉积多种材料以在单个层中重叠的PBF装置和方法的示例性实施例。图6A-图6C示出了其中可以在层中沉积混合材料区域的PBF装置和方法的示例性实施例。图7A-图7B示出了其中可以在沉积的粉末材料层上沉积第二材料的PBF装置和方法的示例性实施例。图8A-图8C示出了其中集成的沉积系统可以交替地沉积粉末材料和第二材料的PBF装置和方法的示例性实施例。图9A-图9B示出了第二材料可以被沉积在去除了粉末的区域中的PBF装置和方法的示例性实施例。图10是PBF系统中的多材料沉积的示例性方法的流程图。图11A-图11C示出了其中沉积的粉末材料的顶表面的高度可以被改变的PBF装置和方法的示例性实施例。图12示出了示例性能量施加器的细节。图13A-图13C示出了可以造成下沉变形的束扫描操作。图14示出了由熔合多个、连续的粉末层中的悬垂(overhang)区域中的粉末材料所创建的下沉变形。图15A-图15C示出了其中可以以不同的扫描速率来扫描能量束的PBF装置和方法的示例性实施例。图16示出了示例性扫描速率参数。图17A-图17C示出了其中可以以不同的束功率施加能量的PBF装置和方法的示例性实施例。图18示出了示例性应用束功率参数。图19是在PBF装置中具有可变的打印参数值的片打印操作的示例性方法的流程图。图20是在PBF装置中具有可变的扫描速率参数值的片打印操作的示例性方法的流程图。图21是在PBF装置中具有可变的应用束功率参数值的片打印操作的示例性方法的流程图。具体实施方式下面结合附图阐述的详细描述旨在提供对本文所公开的概念的各种示例性实施例的描述，并且不旨在表示其中可以实践本公开的仅有的实施例。本公开中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或图示”，并且不应该一定被解释为比本公开中呈现的其他示例性实施例更优选或更有利。出于向本领域技术人员提供充分传达概念范围的彻底且完整的公开内容的目的，详细描述包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在一些情况下，众所周知的结构和组件可以以框图形式示出，或者完全省略，以避免模糊在整个本公开中所呈现的各种概念。此公开涉及AM系统(诸如粉末床熔合(PBF)系统)中的多材料和打印参数。在当前PBF系统中，可以在打印运转之间进行对各种参数的调整。换言之，在构造件被完整打印之后，可以进行对各种参数的调整。此外，当前PBF系统沉积具有均一材料组分的粉末层。例如，该粉末层可以包括单颗粒尺寸的金属粉末，或者该粉末层可以包括具有不同颗粒尺寸的金属粉末的均一混合物等。换言之，在层中所沉积的材料从一个区域到另一区域并不改变。在此公开中描述的各种示例性实施例中，PBF系统的参数(或多个参数)可以在片打印操作期间在不同时间具有不同的值。例如，能量束的扫描速率可以在跨粉末层的一个区域上较快并且在跨粉末层的另一区域上较慢。在另一示例中，束功率可以在粉末层扫描期间被改变。在又一示例中，可以沉积粉末层，使得该层包括粉末材料和不同于该粉末材料的第二材料，其中粉末材料的至少部分处于没有第二材料的区域中。在片打印操作期间可以具有不同值的PBF系统的参数的一些示例包括粉末层表面高度(例如，层中沉积的材料的顶表面的高度)和影线间隔(hatchspacing，例如，由能量束创建的扫描线之间的间隔)。改变参数的其他方式和沉积多材料层的其他方式根据本公开将变得显而易见。使用多材料层和/或改变打印参数可以提供若干优点，诸如调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于粉末床熔合的装置，包括：沉积器，其沉积包括粉末材料和与所述粉末材料不同的第二材料的层，使得所述粉末材料中的至少部分处于没有所述第二材料的区域中；能量束源，其生成能量束；以及偏转器，其施加所述能量束以在多个位置处熔合所述层。

【技术特征摘要】
2017.04.28 US 15/582,4851.一种用于粉末床熔合的装置，包括：沉积器，其沉积包括粉末材料和与所述粉末材料不同的第二材料的层，使得所述粉末材料中的至少部分处于没有所述第二材料的区域中；能量束源，其生成能量束；以及偏转器，其施加所述能量束以在多个位置处熔合所述层。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二材料包括第二粉末材料。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述沉积器还被配置为在所述位置中的一个位置处沉积所述粉末材料的第二部分和所述第二粉末材料的部分，并且所述偏转器被配置为施加所述能量束以在所述位置中的所述一个位置处将所述粉末材料和所述第二粉末材料熔合在一起。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述粉末材料包括第一金属，并且所述第二粉末材料包括第二金属。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述粉末材料包括具有第一尺寸分布的粉末，并且所述第二粉末材料包括具有与所述第一尺寸分布不同的第二尺寸分布的粉末。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积器还被配置为沉积所述第二材料，使得所述第二材料中的至少部分处于没有粉末材料的第二区域中。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述沉积器还被配置为在所述第二区域中沉积所述粉末材料，并且所述沉积器包括粉末去除器，在所述第二区域中沉积所述第二材料的部分之前，所述粉末去除器将所述粉末材料从所述第二区域中去除。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述粉末去除器包括从所述第二区域抽吸所述粉末材料的真空。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积器包括沉积所述第二材料的振动器。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积器包括沉积所述第二材料的吹送机。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述沉积器包括沉积所述第二材料的可移动臂。12.一种用于粉末床熔合的装置，包括：沉积器，其基于参数的第一子集来沉积包括粉末材料的层；能量束源，其基于所述参数的第二子集生成能量束；偏转器，其基于所述参数的第三子集施加所述能量束以在多个位置处熔合所述层；以及控制器，其将所述参数中的至少一个设置为在时间段期间的第一时间具有第一值，并且在所述时间段期间具有与所述第一值不同的第二值，所述时间段在粉末的所述层的沉积起始时开始并且在所述位置处的所述层的熔合终止时结束。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述参数包括扫描速率参数，并且所述控制器设置所述扫描速率参数的第一值和第二值，使得所述偏转器在所述位置中的第一位置处以第一扫描速率扫描所述能量束，并且在所述位置中的第二位置处以与所述第一扫描速率不同的第二扫描速率扫描所述能量束。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述偏转器还被配置为施加所述能量束以在包括所述位置中的第一位置和第二位置的区域中熔合所述粉末材料，所述区域具有外边缘，所述位置中的所述第一位置比所述位置中的所述第二位置更靠近所述外边缘，并且其中，所述第一扫描速率慢于所述第二扫描速率。15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述沉积器还被配置为沉积与所述粉末材料不同的第二材料，使得所述粉末材料中的至少部分处于没有所述第二材料的区域中。16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述参数包括应用束功率参数，并且所述控制器设置所述应用束功率参数的第一值和第二值，使得所述能量束源在所述时间段期间的第一时间以第一功率生成所述能量束，并且在所述时间段期间的第二时间以第二功率生成所述能量束，所述第一功率与所述第二功率不同。17.根据权利要求16所述装置，其中，所述沉积器还被配置为沉积与所述粉末材料不同的第二材料，使得所述粉末材料中的至少部分处于没有所述第二材料的区域中。18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述偏转器还被配置为在所述位置中的第一位置处以第一扫描速率扫描所述能量束，并且在所述位置中的第二位置处以与所述第一扫描速率不同的第二扫描速率扫描所述能量束。19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述沉积器还被配置为沉积与所述粉末材...

【专利技术属性】
技术研发人员：布罗克·威廉·坦恩豪特恩，约翰·拉塞尔·巴克内尔，亚哈·纳吉·艾尔·那加，凯文·罗伯特·辛格，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US