制造物件的方法和用于基于金属的增材制造的设备技术

本公开大体上涉及制造物件的方法和用于基于金属的增材制造的设备。此类方法和设备可用于将微观结构和/或物理标签嵌入到所制造物件中，且此类嵌入的化学标签可被发现用于防伪操作和通过多种材料对物件的制造中。

Methods for manufacturing objects and equipment for metal-based augmentation manufacturing

The present disclosure relates in general to methods for manufacturing objects and equipment for metal-based fabrication of additives. Such methods and devices can be used to embed microstructures and/or physical labels into the manufactured objects, and such embedded chemical labels can be found for anti-counterfeiting operations and the manufacture of objects through a variety of materials.

【技术实现步骤摘要】
制造物件的方法和用于基于金属的增材制造的设备
本公开大体上涉及用于在增材制造(AM)过程期间的激光冲击硬化的方法和设备。
技术介绍
与减材制造(subtractivemanufacturing)方法相比，增材制造(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涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM过程使用例如激光束等电磁辐射来熔融或烧结粉末状材料，从而形成固体三维物件。图1中展示用于使用粉末构建材料的AM的设备的实例。设备140通过使用由源150产生的能量束170烧结或熔融粉末材料(未展示)以逐层方式构建物件或物件的部分，例如物件152，所述源可例如为用于产生激光束的激光器或在电流流动通过时发射电子的长丝。通过能量束熔融的粉末由储存器156供给并且使用在方向164上行进的重涂臂146将这样的粉末均匀地散布在粉末床142上方，以将粉末保持在水平148处并且将在粉末水平148之上延伸的过量粉末材料移除到废物容器158。能量束170在例如激光振镜扫描器162的辐射发射导向装置的控制下烧结或熔融经构建物件的横截面层。振镜扫描器162可包括例如多个可移动镜面或扫描透镜。扫描能量束的速度是关键的可控制过程参数，从而影响递送到特定斑点的能量的数量。典型的能量束扫描速度约为每秒10到1000毫米。构建平台144下降并且另一层粉末散布在粉末床和被构建的物件之上，之后通过激光器150连续熔融/烧结粉末。举例来说，粉末层的厚度通常为10到100微米。重复所述过程，直到物件152由熔融/烧结粉末材料完全建成为止。能量束170可以由计算机系统控制，所述计算机系统包括处理器和存储器(未展示)。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制能量束170以根据扫描模式辐照粉末材料。在完成物件152的制造后，可以将多个后处理程序施加于物件152。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空来移除过量粉末。其它后处理程序包括应力消除热处理过程。此外，热、化学和机械后处理程序能够用于对物件152进行表面处理。大多数商用AM机器允许仅由单个部件材料构建部件。举例来说，图1中所说明的系统的粉末床142和粉末储存器156使得仅单个粉末材料原料用于制造部件。随着AM技术的快速成熟，更准确的打印机和建模工具可以成本降低的方式变得可获得。因此，物件的便宜复制品可涌入市场，且此类复制品相较于原始纯牌产品可具有较差质量。然而，在对完整物件的单个目视检查之后，客户和制造商可能都不能够区分原物与复制品。因此，需要在AM过程期间能够通过不同标签以微观结构方式或以物理方式标记表面上或下方的各部分，以有助于客户和制造商两者区别原始纯牌产品与廉价的较差复制品。
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，且既不希望指明所有方面的关键或决定性要素，也不希望划定任何或所有方面的范围。其目的在于以简化形式展示一个或多个方面的一些概念，以引出下文呈现的更详细描述。一方面，本公开涉及用于制造物件的方法，包括(a)通过能量源辐照构建材料的给定层的至少一部分以形成至少一个固化区域；(b)提供构建材料的后续层；(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物件为止；以及(d)辐照所述固化区域的至少一个部分以在所述固化材料的最小烧蚀或熔融的情况下改性所述固化材料的密度和/或微观结构的至少一个步骤。在一些方面中，步骤(d)包括将约束介质放置在待辐照的固化区域的至少一个部分上方的至少一个步骤。在一些方面中，步骤(d)包括通过约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的至少一个步骤。在一些方面中，所述方法进一步包括在通过所述约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的所述至少一个步骤之后移除所述约束介质。在一些方面中，所述构建材料为粉末状金属。在一些方面中，通过同一激光源进行步骤(a)中的辐照和步骤(d)中的辐照。在一些方面中，通过不同能量源进行步骤(a)中的辐照和步骤(d)中的辐照。在一些方面中，通过电子束源进行步骤(a)中的辐照。在一些方面中，辐照所述固化区域的所述至少一个部分的所述至少一个步骤改性所述固化区域的所述至少一个部分以形成经改性固化区域，其中所述经改性固化区域以以下方式中的一个或多个不同于所述固化区域：所述经改性固化区域相较于所述固化区域对x射线更为不透明；所述经改性固化区域相较于所述固化区域对放射性更为不透明；所述经改性固化区域相较于所述固化区域具有不同密度；所述经改性固化区域相较于所述固化区域具有不同微观结构；所述经改性固化区域与所述固化区域具有不同内应力；以及所述经改性固化区域相较于所述固化区域具有不同吸收能量，如通过计算机断层(CT)扫描所测量。在一些方面中，所述经改性固化区域的所述微观结构包括所述固化区域的晶体结构、粒度和颗粒定向中的一个或多个的差异。在一些方面中，所述经改性固化区域在易受疲劳、裂化或其它机械故障模式中的一个或多个影响的物件的区域中。在一些方面中，所述约束介质选自玻璃、聚合物、石英、多层材料和液体填充封壳。另一方面，本公开涉及用于基于金属的增材制造的设备，包括：激光源；粉末分配器；约束介质分配器；以及定位单元，用以在至少两个维度上移动所述约束介质分配器。在一些方面中，所述设备进一步包括振镜扫描器。在一些方面中，所述设备进一步包括约束介质存储容器。在一些方面中，所述粉末为金属粉末。在一些方面中，所述约束介质分配器附接到重涂臂。在一些方面中，所述约束介质分配器适于将约束材料分配到一层固化构建材料上。在一些方面中，所述约束介质选自玻璃、聚合物、石英、多层材料和液体填充封壳。在一些方面中，所述设备进一步包括电子束源。在一些方面中，所述设备进一步包括重涂臂，其中所述约束介质分配器并不附接到所述重涂臂。本申请大体上还涉及以下技术方案：技术方案1涉及一种制造物件的方法，包括：(a)通过能量源辐照构建材料的给定层的至少一部分以形成至少一个固化区域；(b)提供构建材料的后续层；(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物件为止；以及(d)辐照所述固化区域的至少一个部分以在所述固化材料的最少烧蚀或熔融的情况下改性所述固化材料的密度和/或微观结构的至少一个步骤。技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中，步骤(d)包括将约束材料放置在待辐照的所述固化区域的所述至少一个部分上方的至少一个步骤。技术方案3涉及根据技术方案1所述的方法，其中，步骤(d)包括通过约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的至少一个步骤。技术方案4涉及根据技术方案3所述的方法，其中，进一步包括在通过所述约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的所述至少一个步骤之后移除所述约束介质。技术方案5涉及根据技术方案1所述的方法，其中，所述构建材料为粉末状金属。技术方案6涉及根据技术方案1所述的方法，其中，通过同一激光源进行步骤(a)中的所述辐照和步骤(d)中的所述辐照。技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造物件的方法，包括：(a)通过能量源辐照构建材料的给定层的至少一部分以形成至少一个固化区域；(b)提供构建材料的后续层；(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物件为止；以及(d)辐照所述固化区域的至少一个部分以在所述固化材料的最少烧蚀或熔融的情况下改性所述固化材料的密度和/或微观结构的至少一个步骤。

【技术特征摘要】
2017.06.23 US 15/6319201.一种制造物件的方法，包括：(a)通过能量源辐照构建材料的给定层的至少一部分以形成至少一个固化区域；(b)提供构建材料的后续层；(c)重复步骤(a)和(b)直到形成所述物件为止；以及(d)辐照所述固化区域的至少一个部分以在所述固化材料的最少烧蚀或熔融的情况下改性所述固化材料的密度和/或微观结构的至少一个步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(d)包括将约束材料放置在待辐照的所述固化区域的所述至少一个部分上方的至少一个步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(d)包括通过约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的至少一个步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：进一步包括在通过所述约束介质辐照所述固化区域的所述至少一个部分的所述至少一个步骤之后移除所述约束介质。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述构建材料为粉末状金属。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过同一激光源进行步骤(a)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：SA戈德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US