增材制造系统和方法技术方案

本公开涉及增材制造系统和方法。公开了包括用于使粉末床成像的二维能量图案化系统的增材制造系统。公开了改进的腔室设计、多个腔室、粉末处理和再利用系统以及粉末特征化方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
增材制造系统和方法
[0001]本申请是申请日为2016年10月27日，申请号为201680067974.9，专利技术名称为“增材制造系统和方法”的申请的分案申请。
[0002]相关专利申请的交叉引用
[0003]本公开是要求下列申请的优先权权益的非临时专利申请的一部分：
[0004]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,758，
[0005]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,765，
[0006]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,770，
[0007]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,776，
[0008]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,783，
[0009]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,791，
[0010]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,799，
[0011]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,966，
[0012]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,968，
[0013]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,969，
[0014]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,980，
[0015]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,989，
[0016]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,780，
[0017]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,787，
[0018]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,795，
[0019]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,821，
[0020]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,829，
[0021]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,833，
[0022]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,835，
[0023]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,839，
[0024]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,841，
[0025]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,847，以及
[0026]2015年10月30日提交的美国专利申请号62/248,848，上述美国专利申请通过引用以其整体并入。


[0027]本公开总体上涉及用于增材制造的系统和方法。在一个实施例中描述了具有二维能量图案化和能量束再利用的粉末床熔融制造。
[0028]背景
[0029]传统的部件加工通常依靠通过钻孔、切割或磨削移除材料来形成零件。相反，增材制造(也被称为3D打印)通常涉及通过材料的顺序的逐层添加来构建零件。从3D计算机模型开始，可以使用增材制造系统来从各种各样的材料中创建复杂的零件。
[0030]一种被称为粉末床熔融(PBF)的增材制造技术使用一种或更多种聚焦能量源(例如激光或电子束)，来通过熔化粉末并将其粘合到下面的层来在薄层粉末中绘制图案。粉末可以是塑料、金属或陶瓷。这种技术是高度精确的，通常可以实现小至150
‑
300微米的特征尺寸。然而，粉末床熔融增材制造机器制造商努力创造能够产生超过1kg/hr的打印材料的机器。由于这种粉末到固体的转换速度很慢，机器尺寸由于打印较大的零件需要时间长度而相对较小。今天最大的机器的可打印零件体积通常小于64L(40cm)3。虽然这些打印机能够打印几乎任意几何形状的零件，但由于机器成本高和粉末转换率低，机器的摊销成本以非常高而告终，导致昂贵的零件。
[0031]不幸的是，通过简单地放大机器来增加零件尺寸或降低制造成本并不是一个可接受的解决方案。作为最低限度，为了熔化给定体积的材料，激光必须提供足够的能量以使其达到熔化温度，并且提供熔化所需的相变能量。如果在这个过程中没有热能耗散，那么随着时间的推移沉积的激光能量(激光功率)与材料生产率之间存在线性缩放。如果粉末床熔融增材制造机器制造商想要提高材料生产率，他们就必须增加激光功率。不幸的是，激光器功率的增加与激光器的成本的增加成比例，并且规模的增大大大增加了当今已经昂贵的机器的成本。
[0032]即使激光成本不是一个因素，缩放激光的功率也会产生其他不利影响。每种粉末化材料都具有最佳的熔化属性，这取决于功率通量。如果功率太低，粉末不会熔化，如果太高，激光会钻入材料(穿孔(key
‑
holing))。增加已经在这些最佳点之一运行的机器的激光功率导致必然需要增加激光面积(光斑尺寸)以保持最佳的功率通量。简单地增加光斑尺寸会降低可打印的分辨率，同时将激光分成多个射束会增加系统的复杂性。
[0033]实际上，目前可用的粉末床增材制造机器可能受限于零件尺寸、零件制造成本、零件细节分辨率和零件制造产量。

技术实现思路

[0034]本公开提供了以下内容：
[0035]1)一种装置，包括：
[0036]打印头，其包括能够提供具有足够能量的一个或更多个入射射束以加工多个粉末材料的能量源和提供二维图案化能量射束的能量图案化单元；
[0037]多个构建腔室，所述构建腔室中的每一个被配置为至少部分地围绕多个构建平台，所述构建平台能够保持由粉末材料形成的粉末床；以及
[0038]多个光机械组件，其被布置成接收所述一个或更多个入射二维图案化能量射束并将其分别引导进入所述构建腔室。
[0039]2)根据1)所述的装置，其中，所述构建平台是高度可调整的或固定高度中的至少一个。
[0040]3)根据1)所述的装置，其中，至少一个构建腔室被配置为容纳所述构建平台的侧面移除。
[0041]4)根据1)所述的装置，其中，所述多个构建腔室中的至少一个还包括嵌入在所述构建平台和形成所述构建腔室的壁中的至少一个中的热调节系统。
[0042]5)一种方法，包括：
[0043]分配粉末材料以在构建平台的支撑表面上形成粉末床的第一层；
[0044]将二维图案化能量射束朝向所述粉末床引导；以及
[0045]选择性地熔融所述粉末床的所述第一层的一部分，以从所述粉末床的所述第一层的熔融部分形成一个或更多个第一壁，使得所述一个或更多个第一壁容纳在所述构建平台上的所述粉末床的所述第一层的另一部分。
[0046]6)根据5)所述的方法，其中，所述一个或更多个第一壁包括围绕所述构建平台内部的区域的多个壁，以创建没有所述粉末材料的区域。
[0047]7)一种方法，包括：
[0048]通过粉末分配组件将粉末材料的多个层分配到构建平台上以形成粉末床；
[0049]将所述粉末床基本上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造方法，包括：分配粉末材料以在构建平台的支撑表面上形成粉末床的第一层；将二维图案化能量射束朝向所述粉末床引导；以及选择性地熔融所述粉末床的所述第一层的一部分，以从所述粉末床的所述第一层的熔融部分形成一个或更多个第一壁，使得所述一个或更多个第一壁容纳在所述构建平台上的所述粉末床的所述第一层的另一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个第一壁包括围绕所述构建平台内部的区域的多个壁，以创建没有所述粉末材料的区域。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述一个或更多个第一壁中形成流体通道。4.根据权利要求3所述的方法，还包括将所述流体通道连接到流体源，所述流体源选自由空气、氮气、水和油组成的组。5.一种增材制造方法，包括：通过粉末分配组件将粉末材料的多个层分配到构建平台上以形成粉末床；将所述粉末床基本上从所述构建平台分离；以及通过移动所述构建平台将所述粉末床的所述粉末材料的大部分收集在料斗中。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述粉末床基本上从所述构建平台分离包括执行以下项中的至少一项：倾斜所述构建平台；摇动所述构建平台；倒置所述构建平台；以及清扫所述构建平台。7.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述粉末床基本上从所述构建平台分离包括通过真空抽吸或气体喷射去除所述粉末材料在所述构建平台上的停留的粉末。8.一种在三维空间中的增材制造方法，所述三维空间对应于彼此正交的纵向方向、侧向方向和横向方向，所述方法包括：使连续零件的每个部分沿着所述纵向方向从第一区顺序前进到第二区；在所述第一区内，合并颗粒材料的选定颗粒；在所述第二区内，移除所述颗粒材料的未合并的颗粒；以及使所述连续零件的第一部分从所述第二区前进到第三区，同时(1)所述连续零件的最后部分形成在所述第一区内，并且(2)所述第一部分在所述侧向方向和所述横向方向上保持在所述第一部分在所述第一区和所述第二区内被占据的相同位置。9.一种增材制造方法，包括以下步骤：在打印作业期间实时收集粉末材料的多个粉末样品；在所述粉末样品上执行一组特征化；以及确定是否修改在所述打印作业期间采用的一组打印参数或是否根据所述一组特征化的结果中止所述打印作业。10.根据权利要求9所述的方法，其中，实时收集粉末材料的所述粉末样品包括以预定的间隔、随机地或在所述打印作业期间、之前或之后的一个或更多个预定阶段周期地收集所述粉末材料的所述粉末样品。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括在未授权的粉末被使用时中止所述打印作业的步骤。12.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述粉末样品上执行所述一组特征化包括执行气相色谱质谱法。13.根据权利要求9所述的方法，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯，
申请(专利权)人：速尔特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：