增材制造机器的气流系统技术方案

一种增材制造机器(900)包括多个子系统，例如用于去除粉末床附近的增材制造产品的副产品的冷凝物疏散子系统(940)，用于从敏感的机器部件(964)中清除污染物的闭环子系统(960)，和/或用于冷却电子设备隔室(980)的电子设备冷却子系统(984)。每个子系统(940、960、984)可以包括专用的气体循环回路(942、966、986)，该气体循环回路(942、966、986)可操作地联接到气体循环装置(944、968、988)，以促使清洁的气体(946、962、990)流到每个子系统(940，960，984)，从而进行特定功能。

Air flow system of additive manufacturing machine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造机器的气流系统优先权信息本申请人要求2017年11月10日提交的题为“增材制造机器的气流系统”的美国临时专利申请序列号62/584,149的优先权，其公开内容通过引用合并于此。
本公开总体上涉及适合于例如通过直接熔化激光制造(DMLM)以较大规模格式进行增材制造(AM)工艺的方法和系统。
技术介绍
与减材制造方法相反，增材制造(AM)工艺通常涉及一种或多种材料的堆积，以制成净成形或近净成形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ISO/ASTM52900)，但是AM包含以各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由形式制造，3D打印，快速原型/加工等。AM技术能够由多种材料制造复杂部件。通常，可以从计算机辅助设计(CAD)模型制造独立的物体。一种特殊类型的AM工艺使用诸如照射发射引导装置之类的能量源，该能量源引导能量束(例如电子束或激射束)以烧结或熔化粉末材料，从而创建在其中粉末材料的颗粒结合在一起的固体三维物体。AM工艺可以使用不同的材料系统或增材粉末，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造功能原型和工具的显著AM工艺。应用包括直接制造复杂的工件，熔模铸造的图案，用于注塑成型和压铸的金属模具以及用于砂型铸造的模具和型芯。制造原型物体以增强设计周期中的概念的交流和测试是AM工艺的其他常见用法。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用的工业术语，用于指通过使用激射束烧结或熔化细粉来生产三维(3D)物体。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融(凝聚)，而熔化则需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均质块。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化过程可以应用于多种粉末材料，但是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中处理参数对微结构演变的影响尚未得到很好的理解。这种制造方法伴随着使过程变得非常复杂的多种模式的传热、传质和动量传递以及化学反应。在直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)期间，设备通过使用能量束烧结或熔化粉末材料，以逐层方式构建物体。将被能量束熔化的粉末均匀地散布在构建平台上的粉末床上，并且能量束在照射发射引导装置的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建平台，将另一层粉末散布在粉末床和正在构建的物体上，然后连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件完全由熔化/烧结的粉末材料构建而成。在零件的制造完成之后，可以将各种后处理程序应用于零件。后处理程序包括通过例如吹扫或抽真空来去除多余的粉末。其他后处理程序包括应力释放过程。此外，可以使用热和化学后处理程序来完成零件。常规的AM机器包括单个气体回路系统，该系统被配置为在机器内进行多种功能。该气体回路系统可以是封闭的或基本上封闭的系统，其包括气体或其他流体以及用于使该气体在气体回路内循环的循环泵。例如，用于常规AM机器的气体回路系统可用于疏散烟气，冷凝物和其他因照射增材粉末而产生的副产品。另外，同一气体回路系统可用于通过一个或多个喷嘴向AM机器的敏感部件供应吹扫空气，以清洁那些部件并去除或减少可能影响敏感部件操作的污染物的堆积。此外，相同的气体回路系统可用于冷却电子设备隔室，以将电子部件的操作保持在期望温度以下。值得注意的是，如果循环气体是具有特定于该子系统的流动特性的特定类型的气体，则上述每个子系统都可以发挥最佳作用。例如，为了冷却电子设备或提供冷凝物从构建区域的疏散，可能希望使第一气体在低压和高流速下流动。相比之下，为了提供吹扫空气以清洁AM机器的特定部件，可能希望使第二气体在高压和低流速下流动。此外，将气体流动用于一种功能可以提取更多的颗粒，并且需要比可能需要不同类型的过滤器或根本不需要过滤器的其他功能过滤更多的空气。因此，具有用于进行各种功能的更加通用的气流回路的AM机器将是有用的。更特别地，将特别有益的是用于增材制造机器的气流系统，其以提高的效率和有效性来进行诸如电子设备冷却，冷凝物疏散和用吹扫空气清洁部件的功能。
技术实现思路
各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实施本专利技术而获知。根据本主题的一个实施例，提供了一种增材制造机器。增材制造机器包括构建平台，构建单元和机架，该机架位于构建平台上方并在构建区域内可移动地支撑构建单元。冷凝物疏散子系统包括冷凝物回路和第一气体循环装置，第一气体循环装置可操作地联接到冷凝物回路，用于使第一气体循环通过构建区域。闭环子系统包括吹扫空气回路和第二气体循环装置，该第二气体循环装置可操作地联接到吹扫空气回路，用于使第二气体在增材制造机器的至少一个敏感部件上循环。根据另一示例性实施例，提供一种操作增材制造机器的方法。该方法包括使第一气体循环通过冷凝物回路并通过增材制造机器的构建区域，并使第二气体循环通过吹扫空气回路并经过增材制造机器的敏感部件，用于去除颗粒。根据又一示例性实施例，提供了一种增材制造机器。增材制造机器包括多个子系统和多个气体循环回路，每个气体循环回路仅与多个子系统之一相关联。参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与说明书一起用于解释本专利技术的某些原理。附图说明在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本专利技术的完整而可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：图1示出了根据本专利技术实施例的大规模增材制造设备；图2示出了根据本专利技术实施例的构建单元的侧视图；图3示出了根据本专利技术实施例的分配粉末的构建单元的侧视图；图4示出了根据本专利技术实施例的构建单元的俯视图；图5示出了根据本专利技术实施例的重涂机的俯视图；图6示出了根据本专利技术实施例的具有两个构建单元的大规模增材制造设备；图7示出了根据本专利技术实施例的增材制造机器的多个气流系统的示意图；图8示出了根据本专利技术实施例的与增材制造机器和气流系统一起使用的示例性控制系统；和图9示出了本专利技术的一个实施例的示例性方法的图。在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本专利技术的相同或相似特征或元件。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的实施例，其中的一个或多个示例在附图中示出。通过举例说明本专利技术而不是限制本专利技术来提供每个实施例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以对本专利技术进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，意图是本专利技术覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变型。如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。另外，术语“上游”和“下游”是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造机器(900)，其特征在于，包括：/n构建平台(902)；/n构建单元(904)；/n机架(916)，所述机架(916)位于所述构建平台(902)上方，并在构建区域(918)内可移动地支撑所述构建单元(904)；/n冷凝物疏散子系统(940)，所述冷凝物疏散子系统(940)包括冷凝物回路(942)和第一气体循环装置(944)，所述第一气体循环装置(944)可操作地联接至所述冷凝物回路(942)，用于使第一气体(946)循环通过所述构建区域(918)；和/n闭环子系统(960)，所述闭环子系统(960)包括吹扫空气回路(966)和第二气体循环装置(968)，所述第二气体循环装置(968)可操作地联接到所述吹扫空气回路(966)，用于使第二气体(962)在所述增材制造机器(900)的至少一个敏感部件(964)上循环。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 US 62/584,1491.一种增材制造机器(900)，其特征在于，包括：
构建平台(902)；
构建单元(904)；
机架(916)，所述机架(916)位于所述构建平台(902)上方，并在构建区域(918)内可移动地支撑所述构建单元(904)；
冷凝物疏散子系统(940)，所述冷凝物疏散子系统(940)包括冷凝物回路(942)和第一气体循环装置(944)，所述第一气体循环装置(944)可操作地联接至所述冷凝物回路(942)，用于使第一气体(946)循环通过所述构建区域(918)；和
闭环子系统(960)，所述闭环子系统(960)包括吹扫空气回路(966)和第二气体循环装置(968)，所述第二气体循环装置(968)可操作地联接到所述吹扫空气回路(966)，用于使第二气体(962)在所述增材制造机器(900)的至少一个敏感部件(964)上循环。


2.根据权利要求1所述的增材制造机器(900)，其特征在于，还包括：
电子设备隔室(980)，所述电子设备隔室(980)包含电子部件(982)；和
电子设备冷却子系统(984)，所述电子设备冷却子系统(984)包括与所述电子设备隔室(980)流体连通的冷却回路(986)和第三气体循环装置(988)，所述第三气体循环装置(988)与所述冷却回路(986)可操作地联接，用于使第三气体(990)循环通过所述电子设备隔室(980)，从而冷却所述电子部件(982)。


3.根据权利要求1所述的增材制造机器(900)，其特征在于，其中，所述冷凝物回路(942)限定排出口(950)和吸入口(952)，所述排出口(950)和所述吸入口(952)被定位成接近工作表面(902)，用于使所述第一气体(946)在所述工作表面(902)上循环。


4.根据权利要求1所述的增材制造机器(900)，其特征在于，其中，所述第一气体(946)和所述第二气体(962)是不同的气体。

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【专利技术属性】
技术研发人员：贾斯汀·曼拉克，麦肯齐·赖安·雷丁，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US