金属粒子的融合制造技术

根据示例，设备可以包括处理器和存储指令的存储器。该指令可使处理器控制至少一个能量源，将特定低能级的能量施加到金属粒子层上，其中金属粒子具有微米级尺寸，并且其中特定低能级的施加可烧结金属粒子并可使相邻的几个金属粒子之间形成物理连接。该指令还可以使处理器控制至少一个能量源，将特定高能级的能量施加到金属粒子层上，其中特定高能级能量的施加可以熔化并融合所烧结的金属粒子。

Fusion of Metal Particles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属粒子的融合
技术介绍
在三维(3D)打印中，增材打印工艺通常用于从数字模型制作三维实体部件。3D打印通常用于快速产品原型制作、模具生成、母模生成和短期制造。一些3D打印技术被认为是增材工艺，因为它们涉及将连续的材料层施加到现有表面(模板或前一层)。这与传统的加工工艺不同，后者通常依赖于材料的去除来制造最终部件。3D打印通常需要对构建材料进行固化或融合，对于某些材料可以使用热辅助挤压、熔化或烧结来完成，对于其他材料可以通过对聚合物类构建材料固化来进行。附图说明本公开的特征以示例的方式说明，并且不限于下图，其中相同的附图标记表示相同的要素，其中：图1显示了示例设备的框图；图2显示了多个金属粒子在不同阶段的简化图，在这些阶段，多个能级的能量通过图1所示的示例设备施加在金属粒子上；图3显示了另一个示例设备的框图；图4显示了熔化和融合金属粒子的示例方法的流程图；并且图5A-5C分别显示了针对金属粒子获取的图像，通过实施本文公开的示例特征，在金属粒子上施加了特定低能级和特定高能级的不同级别的能量。具体实施方式金属粒子的光子融合是基于用短光脉冲均匀照射大面积金属粒子的理念，短光脉冲足够有效地使金属粒子顶层的选定区域液化。也就是说，光脉冲的持续时间足够短，以防止大量能量转移到底层金属粒子或周围环境区域，从而使大部分能量用于加热和液化金属粒子的顶层。脉冲终止后，液化的金属粒子可以凝固，形成高质量的金属层。在该过程之后，可以铺展另一层金属粒子并重复施加短光脉冲。由于液化的金属的表面能相对高，因此这一过程可能导致某些金属粒子在液化时瞬间“成球”，并随后以“成球的”形式凝固。也就是说，在液化时，较小的金属粒子由于其相对高的表面能而可能会结合成较大的颗粒或球体。因此，由液化的金属粒子形成的金属膜可能具有不连续的表面，并且金属膜表面上可能形成金属粒子球。举例来说，铝的熔化温度(Tm)下AlSi12(Al)的表面张力为1180mN/m，在铜的Tm下铜的表面张力为1420mN/m，在Ni的Tm下哈氏合金(Hastelloy)(Ni)的表面张力为1890mN/m，并且在不锈钢的Tm下不锈钢(SS316)的表面张力为1930mN/m。相比之下，尼龙12和其他聚合物在其各自的熔化温度下的表面张力在5mn/m与20mn/m之间的范围内，并因此在液化时可能不会形成球体或球。本文公开了可用于实施制造工艺的设备和方法，与其他制造工艺相比，该制造工艺可以使融合的金属性能改进。特别地，本文所公开的设备和方法实现了多步骤制造工艺，该工艺包括将多个能级的能量施加到金属粒子上。例如，可将特定低能级的能量施加于金属粒子，其中特定低能级烧结金属粒子并使相邻的几个金属粒子之间形成物理连接。换句话说，特定低能级可以是足以使金属粒子在不熔化的情况下烧结的能级。其间具有物理连接的金属粒子组件的表面能可以相对低于烧结前金属粒子的表面能。例如，每单位面积的组件的表面能可低于烧结前金属粒子每单位面积的表面能。当施加特定低能级的能量后，可将特定高能级的能量施加到金属粒子层上。特定高能级可以是足以使烧结的金属粒子熔化并随后融合在一起的能级。在一方面，由于金属粒子的表面能在金属粒子熔化之前已经降低，因此在处于液化状态时和凝固之前，金属粒子不太可能经历“成球”(例如，形成更大的球体)。因此，通过实施本文所公开的多步骤制造工艺，可以通过实施光子融合将金属粒子融合在一起成为连续或几乎连续的金属膜。多步骤制造工艺可包括以附加能级和/或以相同能级多次施加能量。施加能量的次数、持续时间和能级可能因不同类型的金属、金属粒子的粒径和/或分布而不同。因此，在各种示例中，可将多步骤制备工艺调整至不同金属粒子的特性。在继续之前，应注意，如本文所用，术语“包括(includes)”和“包括(including)”是指但不限于“包括(includes)”或“包括(including)”和“至少包括(includesatleast)”或“至少包括(includingatleast)”。术语“基于”是指“基于”和“至少部分基于”。参考图1，显示了示例设备100的框图。设备100可以是计算设备，例如个人电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等。在这些示例中，设备100可与3D制造装置分离，并且可通过直接或网络连接将指令传达给3D制造装置。在其他示例中，设备100可以是3D制造装置的部件。在这些示例中，设备100可以是3D制造装置的控制系统的部件，并且可以例如通过总线向3D制造装置的制造组件传达指令。举例来说，处理器102可将指令传达至或以其他方式控制制造组件(该组件可以是3D制造装置的组件)，以由金属粒子层制造3D物体。处理器102可以是半导体类微处理器、中央处理器(CPU)、专用集成电路(ASIC)和/或其他硬件装置。设备100还可以包括存储器110，该存储器110可以在其上存储处理器102可以执行的机器可读指令112和114(也可以称为计算机可读指令)上。存储器110可以是包含或存储可执行指令的任何电子、磁性、光学或其他物理存储装置。因此，存储器110可以是，例如，随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、存储装置、光盘等。存储器110，也可以称为计算机可读存储介质，可以是非暂时性机器可读存储介质，其中术语“非暂时性”不包括暂时性传播信号。处理器102可以获取、解码和执行指令112，以控制至少一个能量源将特定低能级的能量施加到金属粒子层上。根据一个示例，金属粒子(在本文中也称为金属微粒)可以是可用于在增材制造工艺中形成三维(3D)部件的颗粒。因此，金属粒子可由可用于增材制造工艺的任何适当的金属材料形成，例如银、铜、铝、镍、不锈钢、钛及其组合等。金属粒子也可以具有微米级的尺寸。例如，金属粒子的尺寸(例如宽度、直径等)通常在约5μm与约100μm之间。在其他示例中，金属粒子的尺寸通常在约30μm与约60μm之间。例如，金属粒子通常具有球形，这是金属粒子的表面能和/或用于制造金属粒子的工艺造成的。术语“通常”可定义为包括大多数金属粒子具有指定尺寸和球形。在其他示例中，术语“通常”可定义为大百分比，例如，大约80％或更多的金属粒子具有指定的尺寸和球形。参考图2，显示了多个金属粒子202在不同阶段的简化图200，在这些阶段，多个能级的能量通过图1所示的示例设备施加在金属粒子202上。金属粒子202最初被描述为具有如上文所讨论的一般球形。施加特定低能级的能量由箭头204表示。如图所示，特定低能级的能量的施加可导致金属粒子202变成烧结的。此外，金属粒子202的烧结可使相邻的几个金属粒子202之间形成物理连接或桥。图2的放大部分显示了一对金属粒子206、208，其中由于接收了特定低能级的能量而形成物理连接210。一般来说，通过烧结金属粒子202并在金属粒子202之间形成物理连接210，金属粒子202的表面能可大幅度降低。根据一个示例，特定低能级可以是如下能级，在该能级下，诸如光、热、辐射、其组合等的能量可以施加到金属粒子202上，以使金属粒子202开始烧结或烧结到在一些或全部的金属粒子202之间形成物理连接210的点。由于不同类型的金属和不同尺寸的金属粒子可能需要不同的能级才能达到该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：处理器；和存储器，在所述存储器上存储的指令用来使所述处理器：控制至少一个能量源，将特定低能级的能量施加到金属粒子的层上，其中所述金属粒子具有微米级尺寸，并且其中所述特定低能级的施加烧结所述金属粒子，并使相邻的几个所述金属粒子之间形成物理连接；和控制所述至少一个能量源，将特定高能级的能量施加到金属粒子的所述层上，其中所述特定高能级能量的施加熔化并融合所烧结的金属粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：处理器；和存储器，在所述存储器上存储的指令用来使所述处理器：控制至少一个能量源，将特定低能级的能量施加到金属粒子的层上，其中所述金属粒子具有微米级尺寸，并且其中所述特定低能级的施加烧结所述金属粒子，并使相邻的几个所述金属粒子之间形成物理连接；和控制所述至少一个能量源，将特定高能级的能量施加到金属粒子的所述层上，其中所述特定高能级能量的施加熔化并融合所烧结的金属粒子。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器控制所述至少一个能量源在指定时间段内施加所述特定低能级的能量的脉冲。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器控制所述至少一个能量源在指定时间段内施加所述特定高能级的能量的脉冲。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器进一步控制所述至少一个能量源，在控制所述至少一个能量源施加所述特定低能级的能量与控制所述至少一个能量源施加所述特定高能级的能量之间的指定时间段内，施加特定附加能级的能量的脉冲，其中所述特定附加能级的施加进一步熔化所述烧结的金属粒子，并且所述特定低能级和所述特定附加能级的能量的施加降低所述金属粒子的表面能，并且其中所述特定高能级的所述能量的施加使连续的或几乎连续的金属膜形成。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述金属粒子包括特别类型的金属，并且其中所述特定低能级和所述特定高能级包括：根据所述特别类型的金属调整后分别引起所述金属粒子的预定级别的烧结和熔化的能级。6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：所述至少一个能量源；使所述金属粒子铺展到金属粒子的所述层中的重涂器；和流体输送装置，用来将试剂输送到金属粒子的所述层的选定区域上，其中所述试剂用于增强其上输送有所述试剂的所述金属粒子的能量吸收或降低其上输送有所述试剂的所述金属粒子的能量吸收。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个能量源包括第一能量源和第二能量源，并且其中所述控制器用来控制所述第一能量源施加所述特定低能级的能量并控制所述第二能量源施加所述特定高能级的能量。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述金属粒子通常具有直径在约5μm与约100μm之间的球体形状。9.一种方法，包括：将特定低能级的能量施加到金属粒子的层上，其中所述金属粒子具有微米级尺寸，并且其中所述特定低能级的施加烧结所述金属粒子并使相邻的几个所述金属粒子之间形成物理连接；以及将特定高能级的能量施加到金属粒子的所述层上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克日什托夫·瑙考，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US