用于增材制造的使用虚幻支承件的方法技术

本公开大体上涉及在构建物体的过程中使用虚幻支承结构的用于增材制造(AM)的方法，以及在这些AM过程内将使用的新颖的虚幻支承结构。虚幻支承结构包括利用具有不足以使粉末熔合的功率的能量束来扫描的粉末部分。虚幻支承件控制增材制造过程的时间，且允许物体的部分在物体的邻近部分被扫描之前冷却到期望的温度。

Method of Using Illusive Support for Additional Materials Manufacturing

The present disclosure relates in general to a method for augmented material manufacturing (AM) using illusory support structures in the construction of objects and novel illusory support structures to be used in these AM processes. The illusory support structure consists of a powder portion scanned by an energy beam with insufficient power to melt the powder. The illusory support controls the time of the add-on manufacturing process and allows the parts of the object to cool to the desired temperature before the adjacent parts of the object are scanned.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的使用虚幻支承件的方法
本公开大体上涉及在构建物体的过程中使用支承结构的用于增材制造(AM)的方法，以及在这些AM过程内将使用的新颖的支承结构。
技术介绍
与减材制造方法相比，AM过程大体上涉及累积一种或多种材料以制造净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”为工业标准术语(ASTMF2792)，但AM包含在多种名称下已知的多种制造和原型制作技术，包括自由成形制作、3D打印、快速原型制作/模具等。AM技术能够用广泛种类的材料来制作复杂的构件。大体上，可根据计算机辅助设计(CAD)模型来制作独立式物体。特定类型的AM过程使用能量束(例如，电子束或电磁辐射(诸如激光束))来使粉末材料烧结或熔化，从而形成实体的三维物体，其中粉末材料的颗粒粘结在一起。使用不同的材料系统，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷。激光烧结或熔化是用于快速制作功能性原型和工具的值得注意的AM过程。应用包括直接制造复杂的工件、用于熔模铸造的式样、用于注射模塑和压模铸造的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。制作原型物体以在设计周期期间增进概念的传达和测试是AM过程的其它常见的用法。选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常见的工业术语，其用于指代通过使用激光束以使精细粉末烧结或熔化，来生产三维(3D)物体。例如，美国专利No.4863538和美国专利No.5460758描述了常规的激光烧结技术。更准确地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下使粉末颗粒熔合(凝聚)，而熔化需要使粉末颗粒充分熔化以形成实体的均质体。与激光烧结或激光熔化相关联的物理过程包括将热传递到粉末材料，且然后使粉末材料烧结或熔化。尽管激光烧结和熔化过程可应用于广泛范围的粉末材料，但生产路线的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率，以及在层制造过程期间加工参数对微结构演变的影响)尚未得到较好的理解。该制作方法伴随有多个模式的热、质量和动量传递以及化学反应，它们使过程非常复杂。图1为显示用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统100的横截面视图的示意图。设备100通过使用由诸如激光器120的源生成的能量束136以使粉末材料(未显示)烧结或熔化，来以逐层的方式构建物体，例如零件122。将由能量束来使其熔化的粉末由贮存器126供应，且使用再涂覆机臂116来使粉末均匀地遍布在构建板114上，再涂覆机臂116沿方向134行进，以使粉末保持在水平面118处，且将延伸超出粉末水平面118的多余的粉末材料移除到废物容器128。在振镜(galvo)扫描器132的控制下，能量束136使正在构建的物体的横截面层烧结或熔化。降低构建板114，且使另一层粉末遍布在构建板和正在构建的物体上，接着通过激光器120来使粉末连续地熔化/烧结。重复该过程，直到零件122完整地由熔化的/烧结的粉末材料累积而成。激光器120可由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可确定针对各层的扫描式样，且控制激光器120以根据扫描式样来照射粉末材料。在完成零件122的制作之后，多种后处理程序可应用于零件122。后处理程序包括通过例如吹扫或抽真空来移除多余的粉末。其它后处理程序包括应力消除过程。此外，可使用热、机械和化学后处理程序来完成零件122。设备100由执行控制程序的计算机控制。例如，设备100包括处理器(例如微处理器)，其执行固件、操作系统或提供设备100与操作者之间的接口的其它软件。计算机接收(作为输入)待形成的物体的三维模型。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序来生成三维模型。计算机分析模型，且针对各物体而提出在模型内的工具路径。操作者可限定或调节扫描式样的多种参数，诸如功率、速度和间隔，但大体上不直接对工具路径进行编程。可能的是，在激光烧结/熔化期间，三维物体的紧密地靠近的部分可变形或熔合在一起。例如，定位在物体的两个部分之间的粉末可由于从物体的部分辐射的热而意外地烧结。鉴于以上情况，可理解的是，存在与AM技术相关联的问题、不足或缺点，并且如果可得到支承物体的改进方法以及支承结构，那么这将是值得期望的。
技术实现思路
以下内容呈现了一个或多个方面的简要的总结，以便提供对这样的方面的基本理解。该总结不是对所有构想的方面的宽泛概述，且旨在既不标识所有方面的关键或重要的元素，也不叙述任何或所有方面的范围。该总结的目的是以简要的形式来呈现一个或多个方面的一些概念，作为后面呈现的更详细的描述的序言。在一方面，本公开提供了一种制作物体的方法。该方法包括(a)利用能量束来沿第一系列扫描线照射粉末床中的粉末层的第一部分，以形成熔合区域；(b)使用不足以使粉末熔合的减小的能量束功率来沿第二系列扫描线扫描粉末层的第二部分；(c)通过使再涂覆机臂在粉末床上方从粉末床的第一侧部传到粉末床的第二侧部，而在粉末床上方提供后续的粉末层；以及(d)重复步骤(a)、(b)和(c)，直到熔合区域在粉末床中形成物体。基于第一部分的热耗散速率来选择第二系列扫描线。在另一方面，本公开提供了一种基于三维计算机模型、使用包括粉末床、能量束和再涂覆机臂的制造设备来制作物体的方法，三维计算机模型包括物体和邻近于物体的实体支承件。该方法包括利用使用足以使粉末床中的粉末层熔化的第一功率的能量束来扫描对应于物体的第一组扫描线。该方法还包括利用使用不足以使粉末床中的粉末层熔合的第二功率的能量束来扫描对应于粉末床中的实体支承件的第二组扫描线。在审阅以下详细的描述之后，将更充分地理解本专利技术的这些和其它方面。附图说明图1为显示用于增材制造的常规设备的示例的示意图。图2示出了根据本公开的方面的在制作示例性物体期间的粉末床的平面图。图3示出了根据本公开的方面的粉末床的另一个平面图，其显示了示例性扫描式样。图4示出了根据本公开的方面的另一示例性物体和虚幻(ghost)支承件的正视图。具体实施方式下文中结合附图而阐述的详细描述旨在作为多种构造的描述，而不旨在仅表示可在其中实践本文描述的概念的构造。出于提供对多种概念的全面理解的目的，详细的描述包括具体的细节。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体的细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，众所周知的构件以框图的形式来显示，以免使这样的概念不清楚。在诸如DMLM和DMLS的多种增材制造过程期间，来自物体的先前扫描部分的热可影响物体的附近部分的扫描。例如，热可导致粉末的意外的熔化或烧结，这可造成物体有意外地熔合的部分或得到在别的方面变形的物体。本公开提供了用于在制作期间调整物体的温度和相关性质的虚幻支承件。例如，可向模型添加虚幻支承件，以在连续层之间提供时间延迟，在该时间延迟期间，热可从物体的先前扫描部分耗散。虚幻支承件可包括被扫描的而不成为物体的部分的任何粉末部分。例如，可在激光器120的功率设定为不足以使粉末熔合的水平的情况下扫描虚幻支承件。作为另一个示例，可将虚幻支承件制作为与物体分开的实体支承件。本文公开的用于使用虚幻支承件来制作物体的方法可由设备100(图1)、操作设备100的人或控制设备100的计算机处理器来执行。图2示出了在制作包括部分210、220和230的示例性物体200期间的粉末床112的平面图。如示出的那样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制作物体的方法，其包括：(a)利用能量束来沿第一系列扫描线照射粉末床中的粉末层的第一部分，以形成熔合区域；(b)使用不足以使粉末熔合的减小的能量束功率来沿第二系列扫描线扫描所述粉末层的第二部分；(c)通过使再涂覆机臂在所述粉末床上方从所述粉末床的第一侧部传到所述粉末床的第二侧部，而在所述粉末床上方提供后续的粉末层；以及(d)重复步骤(a)、(b)和(c)，直到所述熔合区域在所述粉末床中形成所述物体，其中基于所述第一部分的热耗散速率来选择所述第二系列扫描线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.26 US 15/2201701.一种用于制作物体的方法，其包括：(a)利用能量束来沿第一系列扫描线照射粉末床中的粉末层的第一部分，以形成熔合区域；(b)使用不足以使粉末熔合的减小的能量束功率来沿第二系列扫描线扫描所述粉末层的第二部分；(c)通过使再涂覆机臂在所述粉末床上方从所述粉末床的第一侧部传到所述粉末床的第二侧部，而在所述粉末床上方提供后续的粉末层；以及(d)重复步骤(a)、(b)和(c)，直到所述熔合区域在所述粉末床中形成所述物体，其中基于所述第一部分的热耗散速率来选择所述第二系列扫描线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括基于所述第一部分的热模型来确定所述第一部分的热耗散速率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，沿第二系列扫描线来扫描所述粉末层的所述第二部分的时间段允许所述第一部分根据所述热模型达到期望的温度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一部分的所述热模型基于所述粉末床中的所述粉末层的所述第一部分和一个或多个在前层中的所述熔合区域。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使用高温计或热成像相机来测量所述第一部分的温度。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沿第二系列扫描线来扫描所述粉末层的所述第二部分包括扫描所述第二部分，直到所述第一部分的测量温度达到期望的温度。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述第二系列扫描线以保持各层中的总扫描面积与所述粉末床的总面积之间的基本上恒定的比。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在扫描所述第二部分之后，...

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