用于积层制造的选择性粉末输送制造技术

用于积层制造的分配系统包括含有用以形成物体的粉末的粉末源和定位于在待形成的物体的压板的顶表面之上的粉末源的基部处的喷嘴阵列。粉末从粉末源通过喷嘴流到顶表面。每个喷嘴中的相应粉末轮控制粉末的流速。每个轮在轮的表面上具有多个槽。当马达使轮转动时，槽将粉末输送通过喷嘴。轮的转速控制流速。对于物体的实心部分而言，轮旋转并允许粉末沉积在顶表面上。对于物体的空的部分而言，轮保持静止以防止粉末流到表面。

Selective powder transport for laminated manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于积层制造的选择性粉末输送
这份说明书关于积层制造，也称为3D印刷。
技术介绍
积层制造(AM)(也称为固体自由形式制造或3D印刷)是指通过将原材料(如，粉末、液体、悬浮液或熔融固体)连续分配到两维层中来构建三维物体的制造处理。相反地，传统的机械加工技术涉及消去处理，其中自原料(如，木块、塑料块或金属块)切割出物体。多种积层处理可在积层制造中使用。一些方法(如，选择性激光熔化(selectivelasermelting；SLM)或直接金属激光烧结(directmetallaserSintering；DMLS)、选择性激光烧结(selectivelasersintering；SLS)、熔融沉积建模(fuseddepositionmodeling；FDM))熔化或软化材料以产生层，而其他方法使用不同技术(如，立体光刻(stereolithography；SLA))来固化液体材料。这些处理可能在形成层以产生最终物体的方式上和在处理中使用的兼容材料上不同。AM系统通常使用能量源来烧结或熔化粉末材料。一旦第一层上的所有选定位置被烧结或熔化并接着再固化，就在完成的层的顶部沉积新的粉末材料层，且逐层重复该处理，直到产生所期望的物体。
技术实现思路
分配系统在积层制造处理中分配粉末。分配系统包括含有用以形成物体的粉末的粉末源。分配系统进一步包括位于粉末源的基部处的喷嘴阵列。喷嘴阵列布置成一排或多排，所述喷嘴以组合的方式跨越待形成物体的压板的顶表面的宽度。粉末从粉末源通过喷嘴流到顶表面。每个喷嘴中的相应粉末轮控制通过喷嘴的粉末的流速。每个轮在轮的表面上具有多个槽。当马达使轮转动时，槽将粉末输送通过喷嘴。轮的转速控制流速。对于物体的实心部分而言，轮旋转并允许粉末沉积在顶表面上。对于物体的空的部分而言，轮停止以防止粉末流到表面。在一个方面中，分配系统包括粉末源、喷嘴阵列和粉末轮阵列。分配系统是积层制造设备的部件，配置成由粉末在压板上形成物体。粉末源配置成将待分配的粉末保持在压板的顶表面上。喷嘴阵列耦接到粉末源。喷嘴阵列以连续地跨越顶表面的宽度的至少一部分的布置定位。每个喷嘴为粉末从粉末源流到压板的顶表面提供相应的路径。每个粉末轮定位在喷嘴的相应路径中，并连接到相应的马达。每个粉末轮在轮的表面上具有多个槽，槽配置成当粉末轮通过马达旋转时，将粉末从粉末源通过相应的路径输送到顶表面。对于物体的实心部分而言，粉末轮旋转以允许粉末从粉末源流到顶表面。对于物体的空部分而言，粉末轮保持静止以防止粉末从粉末源流到顶表面。所公开的技术可包括以下特征的一个或多个。粉末源可为料斗，料斗包括沿着粉末源的宽度的桨轮或搅拌器。桨轮或搅拌器可配置成将粉末均匀地分布在料斗中穿过喷嘴。桨轮或搅拌器可具有可调整的转速。桨轮或搅拌器的转速和几何形状可控制粉末穿过喷嘴的分布均匀性。粉末源可包括测力计，测力计配置成检测粉末源中的粉末水平并将粉末水平提供给显示设备或控制装置。喷嘴可布置成单排或多个交错排。喷嘴可定位在粉末源的下部(如，基部)。喷嘴阵列可为沿着压板的顶表面的长度而对齐的多个喷嘴阵列的一个阵列。分配系统可包括间距调整器，间距调整器配置成调整喷嘴阵列的间距。调整间距可改变物体的空间分辨率。分配系统可包括高度调整器，高度调整器配置成调整在喷嘴的开口到顶表面间的距离。与调整间距类似，调整距离可改变物体的空间分辨率。每个粉末轮可定位在相应喷嘴的入口和出口之间。每个粉末输送轮上的每个槽可基本上平行于轮的轴线。在各种实施方案中，喷嘴的开口可具有各种几何形状。几何形状可包括(例如)圆形、矩形、三角形或细长槽。驱动粉末轮的每个马达可为通过相应的步进驱动器电路而控制的步进马达。每个步进马达可具有可变的转速。调整转速会改变粉末的流速。例如，当转速为零时，流速为零。通常，较高的转速对应于较高的流速。粉末轮的每一个可耦接到转速计，转速计配置成检测停转状态。分配系统可包括冷却板和粉末源，冷却板安装在喷嘴的基部处。冷却板配置成保持喷嘴的恒定操作温度。分配系统可包括辊轮和叶片组件，辊轮和叶片组件配置成使用叶片整平在压板的顶表面上的粉末并使用辊轮压实在顶表面上的粉末。分配系统可包括外壳。外壳容纳粉末源、喷嘴和粉末轮。外壳可填充有循环的惰性气体，如，氮气、氦气或氩气。惰性气体可将氧气排除在阈值水平以下。前述的优点可包括(但不限于)以下内容。与传统的粉末分配系统相比，所公开的技术更有效。传统的干粉重涂不能提供空间选择性分配和分层，以在金属3D印刷系统中的粉末床上形成均匀区域。在传统的3D印刷机中，在散布之前在叶片重涂器或辊轮的前面提供粉末池。传统重涂设置的缺点是每次重涂处理的粉末的过量使用。过量使用会增加使后续再生粉末曝露于飞溅物、金属冷凝物、烧结现象、氧气污染、结晶性能的潜在变化等的可能性。这些效果已直接影响粉末的流动性、融合行为和最终部分的质量。所公开的具有散布及/或压实的选择性粉末分配方式允许根据需要分配粉末。所公开的“按需分配”方式仅在必要时分配粉末，以在粉末床上形成所期望的构建区域。因此，可提高形成物体的效率及积层制造的总生产量。所公开的分配系统可包括若干路径，粉末可通过这些路径平行地分配到积层制造设备的平台上。可独立地控制这些多个可用路径，使得可控制粉末在构建平台上的放置。因此，分配系统可仅将粉末分配到需要粉末的地方。所公开的技术可因此减少或避免浪费在积层制造中使用的昂贵材料，如，金属粉末，从而节省成本。此外，所公开的技术可确保高质量的重涂层，从而导致更均匀的粉末层厚度和压实度。所公开的技术可允许在各种激光条件下更可预测的粉末融合，这可导致最终产品的更好质量。在附图和以下的实施方案中阐述了这份说明书中描述的标的的一个或多个实施方案的细节。根据说明书、图和权利要求书，其他潜在的特征、方面和优点将变得显而易见。附图说明图1A是积层制造设备的示例的示意性侧视图。图1B是图1A的积层制造设备的示意性顶视图。图2显示了积层制造设备的示例性分配系统。图3是示例性分配系统的顶视图。图4A是示例性分配系统的示例性料斗轮组件的前透视横截面图。图4B是图4A的分配系统的侧透视横截面图。图5显示了示例性粉末轮。图5A和5B图显示了替代的粉末轮。图6显示了喷嘴中的粉末轮的示例布置。图7显示了示例性分配系统的部件。图8显示了整合粉末源和喷嘴阵列的示例性组件。图9A是示例性粉末源组件的横截面图。图9B和9C显示了示例性桨轮、齿轮箱和驱动机构。图10A是示例性辊轮和叶片组件的顶视图。图10B是示例性辊轮和叶片组件的底视图。图11是使用选择性粉末输送的积层制造的示例性处理的流程图。各图中类似的元件符号和名称表示类似的元件。具体实施方式积层制造(AM)设备可通过在构建平台上分配和融合连续的粉末层来形成物体。期望控制在构建台上分配粉末的构建台上的区域。可控制的分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分配系统，包含：/n粉末源，配置成储存待分配在压板的顶表面之上的粉末；/n喷嘴阵列，耦接到所述粉末源，所述喷嘴阵列以组合的方式以连续地跨越所述顶表面的宽度的至少一部分的布置而定位，每个喷嘴提供用于所述粉末的相应路径，以使所述粉末从所述粉末源流到所述压板的所述顶表面；及/n粉末轮阵列，每个粉末轮定位在喷嘴的相应路径中并连接到相应马达，每个粉末轮在所述粉末轮的表面上具有多个槽，所述槽配置成当所述粉末轮通过所述马达而旋转时，从所述粉末源通过所述相应路径输送所述粉末到所述顶表面，/n其中，所述分配系统是积层制造设备的部件，所述积层制造设备配置成从所述压板上的粉末形成物体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 US 62/570,5931.一种分配系统，包含：
粉末源，配置成储存待分配在压板的顶表面之上的粉末；
喷嘴阵列，耦接到所述粉末源，所述喷嘴阵列以组合的方式以连续地跨越所述顶表面的宽度的至少一部分的布置而定位，每个喷嘴提供用于所述粉末的相应路径，以使所述粉末从所述粉末源流到所述压板的所述顶表面；及
粉末轮阵列，每个粉末轮定位在喷嘴的相应路径中并连接到相应马达，每个粉末轮在所述粉末轮的表面上具有多个槽，所述槽配置成当所述粉末轮通过所述马达而旋转时，从所述粉末源通过所述相应路径输送所述粉末到所述顶表面，
其中，所述分配系统是积层制造设备的部件，所述积层制造设备配置成从所述压板上的粉末形成物体。


2.如权利要求1所述的分配系统，其中所述粉末源是料斗，所述料斗包括沿着所述粉末源的宽度的桨轮或搅拌器，所述桨轮或搅拌器配置成使所述粉末均匀地分布遍及所述喷嘴。


3.如权利要求2所述的分配系统，其中所述桨轮或搅拌器具有可调整的转速。


4.如权利要求1所述的分配系统，其中所述喷嘴以单排或多排交错排而布置，所述喷嘴位于所述粉末源的基部。


5.如权利要求1所述的分配系统，其中所述喷嘴阵列是沿着所述压板的所述顶表面的长度对齐的多个喷嘴阵列的一个阵列。


6.如权利要求1所述的分配系统，所述分配系统包含间距调整器，所述间距调整器配置成调整所述喷嘴阵列的间距。


7.如权利要求1所述的分配系统，所述分配系统包含高度调整器，所述高度调整器配置成调整从所述喷嘴的多个开口到所述顶表面的距离。


8.如权利要求1所述的分配系统，其中：
每个粉末输送轮上的每个槽平行于所述轮的轴线，及
所述喷嘴的多个开口是圆形、矩形、三角形或细长槽。

【专利技术属性】
技术研发人员：拉南·泽哈维，胡·T·额，奈格·B·帕蒂班德拉，埃里克·恩格，阿耶·M·乔希，卡西夫·马克苏德，保罗·J·斯蒂芬斯，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US