用具有旋转多边形的能量输送系统的增材制造技术方案

一种增材制造设备包括：平台；分配器，用以在平台的顶表面上分配复数个进料层；和能量输送系统。能量输送系统包括：光源，用以发射光束；和反射构件，具有复数个反射小面。反射构件定位在光束的路径中，以接收光束并将光束朝向平台的顶表面重定向，以将能量输送到进料层的最上层，以熔融进料。反射构件是可旋转的，使得相继的小面沿着最上层上的路径顺序地扫掠光束。

Additive manufacturing with energy transfer system with rotating polygon

An additive manufacturing device includes a platform, a distributor for distributing a plurality of feeding layers on the top surface of the platform, and an energy conveying system. The energy delivery system includes a light source for transmitting a light beam, and a reflecting member having a plurality of reflecting facets. The reflecting member is positioned in the path of the light beam to receive the light beam and redirect the light beam towards the top surface of the platform, so as to transfer the energy to the top layer of the feeding layer to melt the feed. The reflecting member is rotatable so that successive facets sweep the beam in sequence along the path on the top most layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用具有旋转多边形的能量输送系统的增材制造
本申请文件涉及用于增材制造(也称为3D打印)的能量输送系统。
技术介绍
增材制造(AM)(也称为实体自由成形制造或3D打印)是指将原料(如，粉末、液体、悬浮液(suspension)或熔化固体)接连地分配为二维层中而构建三维物体的制造工艺。相比之下，传统的机械加工技术涉及从坯料(如，木块、塑料块或金属块)切出物体的减材工艺。在增材制造中可以使用各种增材工艺。一些方法熔化或软化材料以产生层，如选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)，而其他方法则使用不同的技术来固化(cure)液体材料，如，立体光刻(SLA)。这些工艺在形成层以产生完成的物体的方式上和适合在工艺中使用的材料上可以有所不同。常规的系统使用能量源来烧结或熔化粉末状材料。一旦第一层上的所有选定位置被烧结或熔化并然后再次固化，在已完成的层的顶部上沉积新的粉末状材料层，并且逐层重复所述工艺，直到产生期望的物体。
技术实现思路
在一个方面中，一种增材制造设备包括：平台；分配器，用以在平台的顶表面上分配复数个进料层；和能量输送系统。能量输送系统包括：光源，用以发射光束；和反射构件，具有复数个反射小面。反射构件定位在光束的路径中，以接收光束并将光束朝向平台的顶表面重定向，以将能量输送到进料层的最上层，以熔融进料。反射构件是可旋转的，使得相继的小面沿着最上层上的路径顺序地扫掠光束。在另一方面中，一种增材制造的方法包括以下步骤：在平台的顶表面上分配复数个进料层；旋转具有复数个反射小面的多边形镜；将来自光源的光束引导到多边形镜；和从镜反射光束，以将能量输送到进料层的最上层，以熔融进料。多边形镜的旋转造成复数个小面的相继的小面沿着最上层上的路径顺序地扫掠光束。方面的实施方案可包括以下特征的一个或多个。光源可以是被配置为朝着反射构件发射光束的激光器。反射小面可具有大体上相等的长度。反射构件可包括在4至30个之间的小面。反射构件可为限定规则的凸多边形(regularconvexpolygon)的多边形镜。最上层上的路径可以是最上层上的线。所述线可跨平台上的进料输送区的整个宽度延伸。致动器可以可操作地连接到反射构件。致动器可被配置成(如，以在10rpm至500rpm之间的恒定速度)连续地旋转反射构件，以沿着路径扫掠光束。反射构件可安装在支撑件上。支撑件可在相对于路径处于非零角度的水平方向上移动，使得支撑件的移动沿着水平方向将路径定位在最上层上的接连的(successive)位置处。所述水平方向可垂直于路径。分配器可安装在支撑件上，以便可与反射构件一起移动，并且相对于反射构件在固定位置中，以在平台的顶表面上分配复数个进料层。分配器可配置成沿着大体上平行于路径的线而输送进料。传送器可相对于能量输送系统而移动平台，使得光束沿着相对于路径处于非零角度的水平方向沿着分布图(profile)而输送，使得平台的移动沿着水平方向将路径定位在最上层上的接连的位置处。所述水平方向可垂直于路径。控制器可被配置成将数据储存在非暂时性计算机可读介质中，所述数据限定图案，并且控制器可被配置为选择性地操作光源，以在反射构件连续旋转的同时，按照由数据限定的图案向最上层输送能量。反射构件可安装在支撑件上。支撑件和平台可以是相对于能量输送系统可移动的，并且图案可包括一组平行组的线，每个线与水平轴线成非零角度。该组平行线可垂直于水平轴线。控制器可被配置为根据图案而操作光源以将能量输送到最上层的第一区段，并且接着操作光源以将能量输送到最上层的第二区段，第二区段具有与第一区段不同的边缘。控制器可被配置为根据图案而操作光源以沿着第一线输送能量，并且操作光源以沿着第二线输送能量，第二线与第一线成非零角度。控制器可被配置为在反射构件旋转的同时使光源加以脉冲，使得能量沿着第一水平方向被输送到一组不连续的体素(voxel)。在另一方面中，一种增材制造设备包括：平台；分配器，用以在平台的顶表面上分配复数个进料层；和能量输送组件。能量输送组件包括：光源，用以发射一个或多个光束；第一反射构件，具有复数个反射小面；和至少一个第二反射构件。第一反射构件定位在光束中的至少一个光束的路径中，以接收至少一个光束并将光束朝向平台的顶表面重定向，以将能量输送到进料层的最上层，以熔融进料。第一反射构件是可旋转的，使得相继的小面沿着最上层上的路径顺序地扫掠光束。至少一个第二反射构件包括至少一个第二反射表面，至少一个第二反射表面定位在光束中的至少一个光束的路径中，以接收至少一个光束。至少一个第二反射构件是可移动的，使得至少一个第二反射表面是可重新定位的，以接收至少一个光束中的至少一个，并沿着最上层上的二维路径将至少一个光束中的至少一个重定向。这些方面的实施方案可包括以下特征的一个或多个。一个或多个光源可以是一个或多个激光器，被配置成朝向反射构件发射光束。光源可包括产生第一光束的第一光源和产生第二光束的第二光源。第一反射构件可定位在第一光束的路径中，而第二反射构件可定位在第二光束的路径中。相继的小面可顺序地使光束沿着最上层上的线性路径扫掠。第一反射构件可为限定规则的凸多边形的多边形镜。第二反射构件可为镜式检流计。镜式检流计可包括：第一可调节反射表面，以沿第一方向平移光束；和第二反射表面，以沿着垂直于第一方向的第二方向平移光束。第二反射构件可包括：第一反射表面，可移动以将光束沿第一水平方向重定向；和第二反射表面，可移动以将光束沿与第一水平方向成非零角度的第二水平方向重定向。控制器可被配置成将数据储存在非暂时性计算机可读介质中，所述数据限定要熔融的最上层的区域。控制器可被配置成使第一反射构件朝向区域的内部输送能量，并使第二反射构件沿着所述区域的周边输送能量。能量输送组件可包括第一能量输送系统，所述第一能量输送系统包括第一反射构件和第一光源；和第二能量输送系统，所述第二能量输送系统包括第二反射构件和第二光源。在另一方面中，一种增材制造设备包括：平台；分配器，用以在平台的顶表面上分配复数个进料层；第一能量输送系统；和第二能量输送系统。第一能量输送系统包括：第一光源，用以发射第一光束；和第一反射构件，具有复数个反射小面。第一反射构件定位在第一光束的路径中，以将第一光束朝向平台的顶表面的第一部分重定向，以将能量输送到进料层的最上层的第一区域，以在第一区域中熔融进料。第一反射构件是可旋转的，使得相继的小面顺序地沿着最上层上的线性第一路径扫掠第一光束。第二能量输送系统包括：第二光源，用以发射第二光束；和第二反射构件，具有复数个反射小面。第二反射构件定位在第二光束的路径中，以将第二光束朝向平台的顶表面的第二部分重定向，以将能量输送到进料层的最上层的第二区域，以在第二区域中熔融进料。第二反射构件是可旋转的，使得相继的小面顺序地沿着最上层上的线性第二第一路径扫掠第二光束。这些方面的实施方案可包括以下特征的一个或多个。第一能量系统和第二能量系统可安装在支撑件上，支撑件相对于平台沿着第一方向是可移动的。第一方向可相对于线性第一路径和线性第二路径处于非零角度。第一线性路径和第二线性路径可为平行的。第一方向可与线性第一路径和线性第二路径成直角。第一路径和第二路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造设备，包含：平台；分配器，用以在所述平台的顶表面上分配复数个进料层；和能量输送系统，包含：光源，用以发射光束；和反射构件，具有复数个反射小面，所述反射构件可定位在所述光束的路径中，以接收所述光束并将所述光束朝所述平台的所述顶表面重定向，以将能量输送到所述进料层的最上层，以熔融所述进料，其中所述反射构件是可旋转的，使得相继的小面顺序地沿着所述最上层上的路径扫掠所述光束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.09 US 62/469,466;2017.11.13 US 15/811,533;1.一种增材制造设备，包含：平台；分配器，用以在所述平台的顶表面上分配复数个进料层；和能量输送系统，包含：光源，用以发射光束；和反射构件，具有复数个反射小面，所述反射构件可定位在所述光束的路径中，以接收所述光束并将所述光束朝所述平台的所述顶表面重定向，以将能量输送到所述进料层的最上层，以熔融所述进料，其中所述反射构件是可旋转的，使得相继的小面顺序地沿着所述最上层上的路径扫掠所述光束。2.如权利要求1所述的设备，其中所述光源包含激光器，所述激光器被配置为朝着所述反射构件发射所述光束。3.如权利要求1所述的设备，其中所述反射小面具有基本相等的长度。4.如权利要求1所述的设备，其中所述反射构件包含多边形镜，所述多边形镜限定规则的凸多边形。5.如权利要求1所述的设备，进一步包含致动器，所述致动器可操作地连接到所述反射构件，所述致动器被配置成连续地旋转所述反射构件，以沿着所述路径扫掠所述光束。6.如权利要求1所述的设备，其中所述最上层上的所述路径是所述最上层上的线。7.如权利要求6所述的设备，其中所述线跨所述平台上的进料输送区的整个宽度延伸。8.如权利要求1所述的设备，进一步包含支撑件，所述反射构件安装在所述支撑件上，所述支撑件在相对于所述路径处于非零角度的水平方向上是可移动的，使得所述支撑件的移动沿着所述水平方向将所述路径定位在所述最上层上的接连的位置处。9.如权利要求8所述的设备，其中所述水平方向垂直于所述路径。10.如权利要求8所述的设备，其中所述分配器安装在所述支撑件上，以便可与所述反射构件一起移动，并且相对于所述反射构件在固定位置中，以在所述平台的顶表面上分配复数个进料层。11.如权利要求10所述的设备，其中所述分配器配置成沿着基本上平行于所述路径的线输送进料。12.如权利要求1所述的设备，包含控制器，所述控制器被配置成将数据储存在非暂时性计算机可读介质中，所述数据限定图案，并且其中所述控制器被配置为选择性地操作所述光源，以在所述反射构件连续旋转的同时，按照由所述数据限定的所述图案向所述最上层输送能量。13.如权利要求12所述的设备，进一步包含支撑件，所述反射构件安装在所述支撑件上，其中所述支撑件和所述平台相对于能量输送系统是可移动的，并且其中所述图案包括一组平行组的线，每个线与所述水平方向成非零角度。14.如权利要求12所述的设备，其中所述控制器被配置为根据所述图案而操作所述光源以将能量输送到所述最上层的第一区段，并接着操作所述光源以将能量输送到所述最上层的第二区段，所述第二区段具有与所述第一区段的边缘不同的边缘。15.如权利要求12所述的设备，其中所述控制器被配置为根据所述图案而操作所述光源以沿着第一线输送能量，并且操作所述光源以沿着第二线输送能量，所述第二线与所述第一线成非零角度。16.一种增材制造的方法，包含以下步骤：在平台的顶表面上分配复数个进料层；旋转具有复数个反射小面的多边形镜；将来自光源的光束引导到所述多边形镜并从所述镜反射所述光束，以将能量输送到所述进料层的最上层，以熔融所述进料，其中所述多边形镜的旋转造成复数个小面的相继的小面顺序地沿着所述最上层上的路径扫掠所述光束。17.一种增材制造设备，包含：平台；分配器，用以在所述平台的顶表面上分配复数个进料层；能量输送系统，包含：光源，用以发射光束；和反射构件，具有复数个反射小面，所述反射构件可定位在所述光束的路径中，以接收所述光束并将所述光束朝向所述平台的所述顶表面重定向，以将能量输送到所述进料层的最上层，以熔融所述进料，其中所述反射构件是可旋转的，使得相继的小面顺序地沿着所述最上层上的线性路径扫掠所述光束；和致动器，用以调节所述线性路径相对于所述平台的角度。18.如权利要求17所述的设备，其中所述平台是可旋转的，并且所述致动器耦接到所述平台，以旋转所述平台，以调节所述线性路径相对于所述平台的角度。19.如权利要求17所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡·T·额，奈格·B·帕蒂班德拉，阿耶·M·乔希，拉南·泽哈维，杰弗里·L·富兰克林，卡西夫·马克苏德，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US