用于增材制造的金属粉末原料、及其生产系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于生产用于增材制造的金属粉末原料的系统和方法。在一个实施例中，方法包括从增材制造系统的第一粉末供应器进行第一原料的第一聚集，从增材制造系统的第二粉末供应器进行第二原料的第二聚集，其中所述第一原料和所述第二原料中的至少一种在其中包括金属颗粒，将所述第一原料和第二原料组合，从而生产金属粉末掺混料，并且将金属粉末掺混料提供到增材制造系统的构建空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的金属粉末原料、及其生产系统和方法
技术介绍
增材制造被定义为“从3D模型数据连接材料以制备物体的过程，通常是逐层的，与减材制造方法相反”。名称为“StandardTerminologyforAdditivelyManufacturingTechnologies”的ASTMF2792-12a。粉末可用于一些增材制造技术，例如粘结剂喷射、粉末床熔融或定向能量沉积中，以生产增材制造的零件。金属粉末有时用于生产基于金属的增材制造的零件。附图说明图1a是使用粘合剂头部的粉末床增材制造系统的一个实施例的示意图。图1b是使用激光器的粉末床增材制造系统的另一个实施例的示意图。图1c是使用多个粉末进料供应器和激光器的粉末床增材制造系统的另一个实施例的示意图。图2是使用多个粉末进料供应器以生产定制金属粉末掺混料的粉末床增材制造系统的另一个实施例的示意图。图3a-3f是增材制造产品的示意性横截面视图，所述增材制造产品具有第一区域(400)和不同于第一区域的第二区域(500)，其中所述第一区域经由第一金属粉末产生，并且第二区域经由不同于第一金属粉末的第二金属粉末产生。图4是具有大致均匀的微观结构的增材制造产品(1000)的示意性横截面视图。图5a-5d是增材制造产品的示意性横截面视图，所述增材制造产品由单一金属粉末生产，并且具有金属或金属合金的第一区域(1700)和不同相的第二区域(1800)，其中图5b-5d相对于图5a中所示的原始增材制造产品是变形的。具体实施方式广泛地说，本公开内容涉及用于增材制造中的定制的金属粉末原料、及其生产系统和方法。在一个方面，金属粉末原料可包括至少第一体积的第一颗粒类型(“第一颗粒”)和第二体积的第二颗粒类型(“第二颗粒”)。定制的金属粉末原料可包括另外类型和体积的颗粒(第三体积、第四体积等)。第一颗粒和第二颗粒中的至少一种包含其中具有至少一种金属的金属颗粒。在一个实施例中，第一颗粒和第二颗粒两者均包含金属颗粒，并且颗粒的金属相对于每个体积的颗粒可为相同或不同的。如下文节段B中进一步详细描述的，定制的金属粉末原料可在适当的增材制造器械中原位生产。A.金属粉末原料如本文使用的，“金属粉末”意指包含多种金属颗粒，任选地具有一些非金属颗粒的材料，如下文所述。金属粉末的金属颗粒可具有预先选择的物理性质和/或预先选择的组成，从而促进定制的增材制造产品的生产。金属粉末可用于金属粉末床中，以经由增材制造生产定制产品。类似地，金属粉末的任何非金属颗粒可具有预先选择的物理性质和/或预先选择的组成，从而促进通过增材制造的定制的增材制造产品的生产。非金属粉末可用于金属粉末床中，以经由增材制造生产定制产品。如本文使用的，“金属颗粒”意指包含至少一种金属的颗粒。金属颗粒可为单金属颗粒、多金属颗粒和金属-非金属(M-NM)颗粒，如下文所述。作为一个例子，金属颗粒可经由气体雾化而产生。如本文使用的，“颗粒”意指具有适用于粉末床的粉末中的尺寸(例如，5微米至100微米的尺寸)的微小物质碎片。颗粒可例如经由气体雾化而产生。为了本专利申请的目的，“金属”是下述元素之一：铝(Al)、硅(Si)、锂(Li)、碱土金属的任何有用元素、过渡金属的任何有用元素、后过渡金属的任何有用元素、以及稀土元素的任何有用元素。如本文使用的，碱土金属的有用元素是铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)。如本文使用的，过渡金属的有用元素是下表1中所示的任何金属。表1-过渡金属如本文使用的，后过渡金属的有用元素是下表2中所示的任何金属。表2-后过渡金属如本文使用的，稀土元素的有用元素是钪、钇和十五种镧系元素中的任一种。镧系元素是原子序数57到71、从镧到镥的十五种金属化学元素。如本文使用的，非金属颗粒是基本上不含金属的颗粒。如本文使用的，“基本上不含金属”意指颗粒不包括除了作为杂质之外的任何金属。非金属颗粒尤其包括例如氮化硼(BN)和碳化硼(BC)颗粒、碳基聚合物颗粒(例如，短链烃或长链烃(分支或未分支的))、碳纳米管颗粒和石墨烯颗粒。非金属材料也可为非微粒形式，以帮助增材制造产品的生产或定型。在一个实施例中，至少一些金属颗粒基本上由单一金属组成(“单金属颗粒”)。单金属颗粒可基本上由可用于生产产品的任一种金属，例如上文定义的任一种金属组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由铝组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由铜组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由锰组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由硅组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由镁组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由锌组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由铁组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由钛组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由锆组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由铬组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由镍组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由锡组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由银组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由钒组成。在一个实施例中，单金属颗粒基本上由稀土元素组成。在另一个实施例中，至少一些金属颗粒包括多种金属(“多金属颗粒”)。例如，多金属颗粒可包含上述金属定义中所列的任何金属中的两种或更多种。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由铝合金组成。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由钛合金组成。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由镍合金组成。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由钴合金组成。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由铬合金组成。在一个实施例中，多金属颗粒基本上由钢组成。在一个实施例中，金属粉末中的至少一些金属颗粒是金属-非金属(M-NM)颗粒。金属-非金属(M-NM)颗粒包括至少一种金属与至少一种非金属。非金属元素的例子包括氧、碳、氮和硼。M-NM颗粒的例子包括金属氧化物颗粒(例如Al2O3)、金属碳化物颗粒(例如TiC)、金属氮化物颗粒(例如Si3N4)、金属硼化物(例如TiB2)及其组合。定制金属粉末原料的金属颗粒和/或非金属颗粒可具有定制的物理性质。例如，可预先选择颗粒尺寸、粉末的粒度分布和/或颗粒的形状。在一个实施例中，定制至少一些颗粒的一种或多种物理性质，以便控制密度(例如，堆积密度和/或振实密度)、金属粉末的流动性、和/或金属粉末床的空隙体积百分比(例如，金属粉末床的孔隙率百分比)中的至少一种。例如，通过调节颗粒的粒度分布，可限制粉末床中的空隙，从而降低粉末床的空隙体积百分比。依次地，可生产具有实际密度接近于理论密度的增材制造产品。在这方面，金属粉末可包含具有不同尺寸分布的粉末掺混料。例如，金属粉末可包含具有第一粒度分布的第一颗粒和具有第二粒度分布的第二颗粒的掺混料，其中所述第一粒度分布和第二粒度分布是不同的。金属粉末还可包含具有第三粒度分布的第三颗粒、具有第四粒度分布的第四颗粒等等。因此，可经由具有不同粒度分布的不同金属粉末的掺混来尤其定制尺寸分布特征，例如中值粒度、平均粒度和粒度的标准差。在一个实施例中，最终的增材制造产品实现了在产品理论密度的98％内的密度。在另一个实施例中，最终的增材制造产品实现了在产品理论密度的98.5％内的密度。在另外一个实施例中，最终的增材制造产品实现了在产品理论密度的99.0％内的密度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：从增材制造系统的第一粉末供应器进行第一原料的第一聚集；从所述增材制造系统的第二粉末供应器进行第二原料的第二聚集；其中所述第一原料和所述第二原料中的至少一种在其中包括金属颗粒；合并所述第一原料和第二原料，从而生产金属粉末掺混料；将所述金属粉末掺混料提供到所述增材制造系统的构建空间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 US 62/385,8611.一种方法，其包括：从增材制造系统的第一粉末供应器进行第一原料的第一聚集；从所述增材制造系统的第二粉末供应器进行第二原料的第二聚集；其中所述第一原料和所述第二原料中的至少一种在其中包括金属颗粒；合并所述第一原料和第二原料，从而生产金属粉末掺混料；将所述金属粉末掺混料提供到所述增材制造系统的构建空间。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚集包括经由辊机械推移所述第一原料，并且其中所述第二聚集包括经由所述辊机械推移所述第二原料。3.根据权利要求2所述的方法，其包括：经由所述辊将所述第一原料推向所述第二原料。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述提供步骤包括：将所述掺混原料从所述第二粉末供应器的下游推移到构建空间。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚集步骤包括：调节所述第一粉末供应器的平台高度，从而给所述第一聚集步骤提供第一体积的所述第一原料。6.根据权利要求5所述的方法，其包括：在所述第一聚集步骤之后，移动所述平台的高度，从而提供第三原料，其中所述第三原料是第二体积的所述第一原料。7.根据权利要求6所述的方法，其包括：从所述第一粉末供应器进行所述第三原料的第三聚集；从所述第二粉末供应器进行第二原料的第四聚集；以及合并所述第三原料和所述第二原料。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二聚集步骤和所述第四聚集步骤聚集等体积的所述第二原料。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其包括：使用所述金属粉末掺混料，在所述增材制造系统的构建空间中生产定制的3-D金属产品。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述3-D金属产品是铝基3-D产品、钛基3-D产品、钴基3-D产品、镍基3-D产品和铁基3-D产品之一。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述3-D金属产品是铝合金3-D产品、钛合金3-D产品、钴合金3-D产品、镍合金3-D产品和钢3-D产品之一。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述3-D金属产品是金属基质复合材料3-D产品。13.根据权利要求9所述的方法，其中所述3-D金属产品是其中具有M-O颗粒的氧化物弥散强化3-D金属合金产品，其中M是金属且O是氧。14.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·基尔默，D·W·赫德，
申请(专利权)人：奥科宁克有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US