粉末装填方法和设备技术

本公开涉及用于增材制造(AM)方法和系统的粉末装填。常规粉末装填方法是手动和非标准化的，且其会导致操作者疲劳且可能导致产品不一致性。根据本公开的粉末装填改进标准且缩短了周转时间，降低AM的成本。

【技术实现步骤摘要】
粉末装填方法和设备
本公开涉及在基于粉末的增材制造(AM)方法和系统中使用的粉末装填(powderpacking)方法及设备。
技术介绍
与减材制造(subtractivemanufacturing)方法相比，AM或增材印刷过程通常涉及堆积一种或多种材料以形成网状或近似网状(NNS)物件。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTMF2792)，但AM涵盖多种名称下已知的各种制造和原型开发技术，包括任意形状制造、3D印刷、迅速原型开发/加工等。AM技术能够由广泛多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物件可通过计算机辅助设计(CAD)模型制成。特定类型的AM过程使用例如激光束等电磁辐射来烧结或熔融粉末金属材料，从而形成固体三维物件。例如直接金属激光熔融(DMLM)和选择性激光熔融(SLM)等基于粉末的方法已经用于为多种工业生产物件。选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融和直接激光熔融是常见的工业术语，用以指代通过使用激光束烧结或熔融精细粉末而产生三维(3D)物件。举例来说，第4,863,538号美国专利和第5,460,758号美国专利描述了常规激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在粉末材料的熔融点以下的温度下熔化(聚结)粉末粒子，而熔融需要完全熔融粉末粒子以形成固体均质质量(solidhomogeneousmass)。与激光烧结或激光熔融相关联的物理过程包括将热传递给粉末材料，以及随后烧结或熔融粉末材料。尽管激光烧结和熔融过程可应用于广泛范围的粉末材料，但生产流程的科学和技术方面，例如烧结或熔融速率以及处理参数对层制造过程期间的微观结构演变的影响尚未得到很好地理解。这种制造方法伴随着多个热传递、质量和动量传递的模式，以及使过程极其复杂的化学反应。图1示出了用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示范性常规系统100的横截面图的示意图。设备100通过使用由例如激光120等源产生的能量束136烧结或熔融粉末材料(未图示)以逐层方式构建物件，例如零件122。待由能量束熔融的粉末由粉末贮存器126供应。粉末贮存器有时还被称作粉末剂量室。粉末使用在方向134中行进的涂覆机臂116而均匀散布在构建板114上以将粉末维持在水平面118，且将在粉末水平面118上方延伸的过多粉末材料移除到废料容器128。能量束136在检流计式扫描器(galvoscanner)132的控制下烧结或熔融正构建的物件的横截面层。构建板114被降低且另一粉末层散布在构建板和被构建的物件上方，随后通过激光120对粉末连续熔融/烧结。重复所述过程直到由熔融/烧结的粉末材料完全构建零件122。先前将粉末装填到粉末贮存器或剂量室中的尝试一直聚焦于调平腔室内的散装粉末锥体。图2-3示出了德国专利申请案DE102012008664A1中描述的两个系统。在图2中，盖板215的横截面适于剂量室203的内部横截面，这允许将其放置到剂量室203中。通过这种方式，其可按压剂量室内部的散装锥体，同时避免当盖板压平散装锥体时过多粉末被推出到剂量室的边缘区外。可将振动引入到盖板215中。为了使构建材料的表面平滑，有可能在盖板215上提供振动元件。一旦由于振动盖板215已移除散装锥体的最上部分，盖板215就进一步插入到剂量室203中直到再次接触散装锥体。这允许散装锥体逐步地分级。图3示出了替代方案，其中多个气体供应元件318布置在盖板315的下侧上。气体供应元件318具有矛形状(lanceshape)使得其可沉浸在由构建材料形成的散装锥体317中。通过将气体引入到气体供应元件318中，散装锥体317向上卷扬且借此被掩埋。为了压力补偿，用滤纸密封的开口可位于盖板315中，所述开口以不漏粉末的方式密封剂量室303。因此，仅引入到剂量室303中的气体可离开剂量室303，构造材料305不能。气体供应元件318以圆形方式特别有利地布置；其还可由多个同心圆组成。这些圆的中心是出口锥体316的中心，气体供应元件318的所述一个或多个圆以分别在盖板315的开口下方的方式布置，构建材料305经由所述开口降落到剂量室303中。此类方法连同已知手动粉末装填方法(例如，利用泥刀)可能在粉末贮存器内产生非均一装填密度。此外，这些技术通常缓慢且可能导致操作者疲劳和批次间的差异。相应地，需要改进的系统和方法来快速且一致地将粉末装填到粉末贮存器中。均一装填密度还可使操作者能够较好地规划需要多少粉末；可变性可能导致过程中断和浪费。
技术实现思路
下文呈现本公开的一个或多个方面的简化概述，以便提供对此些方面的基本理解。此概述并非所有所预期方面的广泛综述，既不在确定所有方面的关键或决定性要素，也不是划定任何或所有方面的范围。其目的是以简化形式来呈现一个或多个方面的一些概念，以作为稍后呈现的更详细描述的序言。在一些方面中，本公开涉及一种制备在增材制造中使用的粉末金属的方法(amethodforpreparingapowderedmetaltobeusedinadditivemanufacturing)，包括步骤a)到c)。步骤a)包括将第一粉末量的粉末添加到粉末贮存器。步骤b)包括将装填工具插入到粉末贮存器中以压紧粉末，其中装填工具包括套筒和振动源。步骤c)包括振动装填工具以压紧粉末贮存器中的粉末且形成经压紧粉末层。在一些方面中，所述方法进一步包括将第二粉末量的粉末添加在所述经压紧粉末层上方。在一些方面中，粉末贮存器包括底板，且装填工具包括压力传感器。在一些方面中，振动装填工具以压紧粉末包括振动装填工具，且同时以某一速度升高底板，直到达到预定压力限制。在一些方面中，所述方法进一步包括在将第一粉末量的粉末添加到粉末贮存器中之前降低底板。在一些方面中，装填工具是顶板，其包括从顶板向下延伸的至少一个机械构件。在一些方面中，所述方法进一步包括升高顶板和将顶板旋转90°。在一些方面中，所述方法进一步包括将顶板降低到粉末贮存器中。在一些方面中，所述方法进一步包括重复以下步骤：振动至少所述至少一个机械构件且同时以某一速度升高底板，直到达到预定压力限制；升高顶板；将顶板旋转90°；以及将顶板降低到粉末贮存器中，直到顶板已相对于其原始位置旋转总共360°。在一些方面中，所述方法进一步包括，在步骤a)之前，将粉末进料到漏斗中且允许粉末从漏斗流动穿过一个或多个管件到粉末贮存器中持续一段时间。在一些方面中，所述方法进一步包括，在允许粉末从漏斗流动穿过所述一个或多个管件到粉末贮存器中之前，降低底板。在一些方面中，所述方法进一步包括，在允许粉末从漏斗流动穿过所述一个或多个管件到粉末贮存器中之前，顶板位置锁定在粉末贮存器的顶部上方。在一些方面中，所述方法进一步包括，在允许粉末从漏斗流动穿过一个或多个管件到粉末贮存器中之前进行以下步骤：升高底板直到压力传感器感测到粉末装填限制或从顶板向下延伸的所述至少一个机械构件接触底板。在一些方面中，装填工具纵向插入到粉末贮存器中。在一些方面中，本公开涉及一种用于装填粉末金属的设备，包括：振动源；以及至少一个以可变频率和可变强度振动为特征的机械构件；其中所述构件是经配置以包封振动源的至少一部分的套筒；且其中夹具啮合所述套筒的一部分。在一些方面中，振动源为电力驱动。在一些方面中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备在增材制造中使用的粉末金属的方法，包括：a)将第一粉末量的粉末添加到粉末贮存器；b)将装填工具插入到所述粉末贮存器中以压紧所述粉末，其中所述装填工具包括套筒和振动源；以及c)振动所述装填工具以压紧所述粉末贮存器中的所述粉末且形成经压紧粉末层。

【技术特征摘要】
2017.05.18 US 15/5991691.一种制备在增材制造中使用的粉末金属的方法，包括：a)将第一粉末量的粉末添加到粉末贮存器；b)将装填工具插入到所述粉末贮存器中以压紧所述粉末，其中所述装填工具包括套筒和振动源；以及c)振动所述装填工具以压紧所述粉末贮存器中的所述粉末且形成经压紧粉末层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括在所述经压紧粉末层上方添加第二粉末量的粉末。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粉末贮存器包括底板，且其中所述装填工具包括压力传感器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：振动所述装填工具以压紧所述粉末包括振动所述装填工具，且同时以某一速度升高所述底板，直到达到预定压力限制。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：进一步包括，在将所述第一粉末量的粉末添加到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：ML斯罗德贝克，C霍尔，L班克斯，T墨菲，D普勒茨，Z费尔德曼，CC查普曼，E鲍蒂斯塔，MR雷丁，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US