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。还公开了改进的结构形成、零件创建和操纵，多种增材制造系统的使用和适用于自动化或半自动化工厂的高产量制造方法。自动化或半自动化工厂的高产量制造方法。自动化或半自动化工厂的高产量制造方法。

【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201680067938.2，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)一种制造方法，包括以下步骤：
[0036]提供粉末材料；
[0037]提供能够产生能量束的能量源；
[0038]将所述能量束从所述能量源朝向能量束图案化单元引导，以形成二维图案化能量束；
[0039]对着所述粉末材料引导所述二维图案化能量束，以形成具有操纵点的零件；以及
[0040]使用操纵设备接合所述操纵点以移动所述零件。
[0041]2)根据1)所述的方法，其中，所述操纵设备还包括机器人臂。
[0042]3)根据1)所述的方法，还包括移除所述操纵点的步骤。
[0043]4)根据1)所述的方法，还包括在添加更多的粉末材料之前使用操纵设备重定向所述零件的步骤。
[0044]5)根据1)所述的方法，还包括使用所述操纵设备移动所述零件以将所述零件调遣到另一加工区域的步骤。
[0045]6)一种零件，包括：
[0046]打印结构，其由金属、陶瓷、塑料、玻璃金属混合物、陶瓷混合物、塑料混合物或玻璃混合物材料中的至少一个形成，并且实质上仅使用包括二维图案化能量束的增材制造系统形成；
[0047]其中，所述打印结构具有能够由操纵设备接合的一个或更多个操纵点。
[0048]7)根据6)所述的零件，其中，所述操纵点是从所述零件突出的结构。
[0049]8)根据6)所述的零件，其中，所述操纵点是从所述零件突出的利用引导的能量束可移除的临时结构。
[0050]9)根据6)所述的零件，其中，所述操纵点是限定在所述零件内的结构。
[0051]10)根据6)所述的零件，其中，所述操纵点是限定在所述零件内的包括腔体的结构。
[0052]11)根据6)所述的零件，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零件，包括：打印结构，其由金属、陶瓷、塑料、玻璃金属混合物、陶瓷混合物、塑料混合物或玻璃混合物材料中的至少一个形成，并且实质上仅使用包括二维图案化能量束的增材制造系统形成；其中，所述打印结构具有能够由操纵设备接合的一个或更多个操纵点。2.根据权利要求1所述的零件，其中，所述一个或更多个操纵点中的一个操纵点是从所述零件突出的结构。3.根据权利要求1所述的零件，其中，所述一个或更多个操纵点中的一个操纵点是从所述零件突出的利用引导的能量束可移除的临时结构。4.根据权利要求1所述的零件，其中，所述一个或更多个操纵点中的一个操纵点是限定在所述零件内的结构。5.根据权利要求1所述的零件，其中，所述一个或更多个操纵点中的一个操纵点是限定在所述零件内的包括腔体的结构。6.根据权利要求1所述的零件，其中，所述二维图案化能量束由在光学寻址光阀处引导的多个半导体激光器形成。7.一种增材制造的方法，所述方法包括：通过外壳限制所述外壳的内部与所述外壳的外部之间的气体物质的交换；识别定位在所述外壳内的多个机器；通过所述多个机器中的每一个机器执行增材制造的包括将图案化能量束引导在粉末床处的独立过程；以及在所述执行期间，通过气体管理系统将所述外壳内的气态氧或水维持在大气水平以下。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述外壳包括在所述内部和所述外部之间的气闸接口。9.根据权利要求7所述的方法，还包括通过在所述外壳内穿戴自给式呼吸器的人来协助。10.一种增材制造的方法，所述方法包括：通过容纳在外壳内的机器，经由包括使用图案化能量束的增材制造的过程创建零件，其中，所述零件具有大于或等于2000千克的重量；在所述创建期间，通过气体管理系统将所述外壳内的气态氧或水维持在大气水平以下；由于气闸操作以在所述外壳内的气体环境和所述外壳外部的气体环...

【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：