高通量增材制造系统技术方案

一种增材制造系统，具有粉末输送系统，其用于向构建室提供粉末材料。激光器对构建室中的粉末材料进行选择性烧结。构建室呈环形构造，粉末输送系统和激光器设置在其中心部分内。

【技术实现步骤摘要】
高通量增材制造系统
本专利技术涉及增材制造，更具体地涉及一种用于增材制造过程的高通量系统。
技术介绍
本部分所述内容仅提供与本专利技术相关的背景信息，并不构成现有技术。增材制造也称为3-D印刷，是指通过自动化控制在三维工作包封内添加/连接有序层材料来创建三维物体的过程。物体可以制造成各种不同的形状和几何尺寸，可以包括牺牲材料或支撑材料，从而获得之前无法实现的设计形状。已知的各种不同增材制造工艺的主要不同之处在于材料层沉积以及所使用的材料。具体地，增材制造工艺可以包括例如熔融沉积快速成型、激光烧结、电子束熔炼和喷墨3D打印，使用诸如热塑性长丝、金属粉末、石膏或树脂。选择性激光烧结(SLS)涉及使用高功率激光对塑料、金属、陶瓷或玻璃粉末的小颗粒进行熔融，形成所需的三维形状。更具体地，在SLS机器中，沉积装置将细的粉末层送至构建区域。接着，激光光栅在对应于所生成文件(例如，CAD或扫描数据)的横截面的位置处的材料层上方进行扫描，以便在构建区域内的粉末床表面上选择性地熔融粉末材料。在扫描或选择性烧结横截面后，将粉末床下降一个层的厚度，并在构建区域上沉积新的材料层。然后重复这个过程，直至获得成品工件。应该理解的是，这是一个费时的过程，在很大程度上受到待生成的工件的尺寸和复杂度的影响。
技术实现思路
在第一种设置中，增材制造系统具有粉末输送系统，用于将粉末材料送至构建室。激光器对构建室中的粉末材料进行选择性烧结。构建室呈环形构造，粉末输送系统和激光器设置在其中心部分内。而且，环形构建室在粉末输送系统和激光器下方旋转。粉末输送系统还包括用于分配粉末材料的材料分配器和用于除去构建室中的多余材料的刮刀。此外，构建室具有固定高度，粉末输送系统和激光器可垂直移动。或者，粉末输送系统和激光器具有固定高度，构建室可垂直移动。激光器也可以以光栅图案移动，以便将粉末材料层烧结到刚形成的前面粉末材料层上，粉末材料层的组成可以与刚形成的前面粉末材料层不同。而且，构建室、激光器、材料分配器和刮刀中的至少一个可独立移动。构建室还可以被分成多个可独立移动的部分，激光器的选择性烧结使得在构建室的多个部分中的至少一个部分中形成至少一个工件，其中每个工件具有不一样的构造。在另一种设置中，增材制造系统具有粉末输送系统，用于向环形构建室提供预定量的粉末材料。激光器对构建室中的粉末材料进行选择性烧结。粉末输送系统和激光器设置在环形构建室的中心部分内。环形构建室和激光器中的至少一个可相对于环形构建室和激光器中的另一个垂直移动。而且，环形构建室可在粉末输送系统和激光器下方旋转。粉末输送系统还包括用于分配粉末材料的材料分配器和用于除去构建室中的多余材料的刮刀。此外，激光器可以以光栅图案移动，以便将粉末材料层烧结到刚形成的前面粉末材料层上，粉末材料层的组成可以与刚形成的前面粉末材料层不同。构建室还可以被分成多个可独立移动的部分，激光器的选择性烧结使得在环形构建室的多个部分中的至少一个部分中形成至少一个工件，其中每个工件具有不一样的构造。在又另一种设置中，增材制造系统具有粉末输送系统，用于向环形构建室提供预定量的粉末材料。激光器对构建室中的粉末材料进行选择性烧结。粉末输送系统和激光器设置在环形构建室的中心部分内。环形构建室可以被分成多个可独立移动的部分。而且，激光器的选择性烧结使得在环形构建室的多个部分中的至少一个部分中形成至少一个工件。根据本文所提供的说明，其他应用领域将变得显而易见。应该理解的是，说明和具体实施例仅用于说明的目的，并非限制本专利技术的保护范围。附图说明本文所提供的附图仅用于说明的目的，并非以任何方式限制本专利技术的保护范围。图1是根据本专利技术的可旋转构建室的示意性俯视图；图2是根据本专利技术的包括可分离升降系统的构建室的示意性透视图；图3是根据本专利技术的高度固定的构建室的示意性透视图；图4是图3的高度固定的构建室的示意性横截面图，示出了可垂直移动的材料分配头；图5是图3的高度固定的构建室的示意性横截面图，示出了可垂直移动的材料刮板；图6是图3的高度固定的构建室的示意性横截面图，示出了可垂直移动的激光器；图7是根据本专利技术的可垂直移动的构建室的示意性透视图；图8是图7的可垂直移动的构建室的示意性横截面图，示出了固定材料分配头；图9是图7的可垂直移动的构建室的示意性横截面图，示出了固定材料刮板；以及图10是图7的可垂直移动的构建室的示意性横截面图，示出了固定激光器。具体实施方式本文描述了本专利技术的具体实施方式。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅是示例性的，其他实施例可以采取各种不同的其他形式。附图并不一定是成比例的；某些特征可能被夸大或最小化，以便示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种不同方式实施本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示和所述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的其他实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，对于特定应用或实施，可能想到符合本专利技术教导的各种特征的组合和改进。而且，应该理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部分和特征。此外，诸如“顶部”、“侧面”和“背部”之类的描述仅用于解释的目的，并非要求特定的方向，除非另有说明。现在参照图1，示出了示例性高通量增材制造系统10，其具有环形旋转粉末床构建室12。增材制造系统10能够通过使高功率激光区域扫描系统进行连续操作而大量生产工件14，以下将参照各种不同实施例更详细地描述。具体地，增材制造系统10包括环形旋转粉末床构建室12，在构建室12内居中设置的高功率激光器16，用于在构建室12内沉积粉末材料层的材料分配头18，以及用于除去由材料分配头18沉积的多余材料的刮刀20。构建室12的环形旋转设计可以通过消除粉末再涂覆过程中由于激光中断而造成的任何延迟而使激光系统具有高通量性能。在示例性增材制造系统10中，环形构建室12可以设在固定高度处，可以垂直移动，或者可以设有可移动部分，以下将进一步描述。同样，激光器16、材料分配头18和刮刀20可以相对于室12垂直移动，或者可以相对于室12垂直移动后固定。然而，在所有实施例中，材料分配头18将粉末材料(例如，金属、聚合物、陶瓷)沉积到构建室12的上表面22上，以便构建固体三维(3D)物体。当室12旋转时，在进入构建室12内的烧结区域24之前，刮刀板20除去构建室12的上表面22上的多余材料。烧结区域24对应于构建室12内的某个区域，该区域中高功率区域扫描激光器和/或单点激光器(统称为激光器16)可以光栅扫描材料层，以便以对应于成品工件14增量层的设置对材料进行烧结。材料分配头18通常逐层沉积材料，逐渐添加用于构建3D物体表征(即，工件14)的物体细节，同时激光器16将每层材料烧结到前面材料层上，以便形成成品工件14。值得注意的是，构建室12是旋转粉末环，其中每次构建室12充分旋转一圈向工件14上添加另一层粉末(例如，约0.025-0.050mm)。由此，构建室12的旋转将对应于所提供的最高工件14所需的材料层的数量。还应该理解的是，可以在构建室12中同时制造替代工件设计(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，包括：粉末输送系统，其用于向构建室提供预定量的粉末材料；激光器，其用于对结构室中的粉末材料进行选择性烧结；其中，所述构建室呈环形构造，所述粉末输送系统和所述激光器设置在其中心部分。

【技术特征摘要】
2017.04.26 US 15/4978321.一种增材制造系统，包括：粉末输送系统，其用于向构建室提供预定量的粉末材料；激光器，其用于对结构室中的粉末材料进行选择性烧结；其中，所述构建室呈环形构造，所述粉末输送系统和所述激光器设置在其中心部分。2.如权利要求1所述的增材制造系统，其中所述环形构建室在所述粉末输送系统和所述激光器下方旋转。3.如权利要求2所述的增材制造系统，其中所述粉末输送系统包括用于分配所述粉末材料的材料分配器和用于除去所述构建室中的多余材料的刮刀。4.如权利要求2所述的增材制造系统，其中所述构建室具有固定高度，所述粉末输送系统和所述激光器垂直可移动。5.如权利要求2所述的增材制造系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·斯派瑟，J·J·诺尔蒂，T·A·佩里，B·E·卡尔森，A·K·萨契戴夫，H·蔡，M·A·史密斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US