减少增材制造的零件中的变形的方法技术

本发明专利技术涉及减少增材制造的零件中的变形的方法，包括：形成复合物的连续层的收缩平台，复合物包括可脱粘的基质中的金属颗粒填料；在收缩平台上方形成复合物的收缩支撑件；在收缩平台和收缩支撑件上形成复合物的所需零件，所需零件的所有部分被收缩平台垂直地且直接地支撑；在收缩平台下方形成表面积等于或大于收缩平台的底部的滑动脱离层，滑动脱离层减少收缩平台和下方表面之间的横向阻力；将基质充分脱粘以形成包括收缩平台、收缩支撑件和所需零件的保形半生部组件；以及加热由复合物形成的保形半生部组件，以便所有的收缩平台、收缩支撑件和所需零件在遍及保形半生部组件的相邻金属颗粒进行质量扩散的时候以相同速率一起收缩。收缩。收缩。

Methods of reducing deformation in parts made of additive materials

【技术实现步骤摘要】
减少增材制造的零件中的变形的方法
[0001]本申请是申请日为2017年10月2日、专利技术名称为“用于烧结增材制造的零件的支撑件”的申请号为201780074207.5的专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术各方面涉及复合金属或陶瓷材料的三维打印。

技术介绍

[0003]作为现有技术的“三维打印”包括用于生产金属件的各种方法。
[0004]在3D打印中，通常，零件的无支撑的跨度件以及悬垂或悬臂式零件可能需要位于下方的可移除的和/或可溶解的和/或分散式的支撑件，以提供用于沉积的面对表面或者以抵抗后处理期间的变形。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的实施例的第一方面，减少增材制造的零件中的变形的方法包括形成连续复合层的收缩平台，复合物包括可脱粘(debindable)的基质中的金属颗粒填料。可脱粘的基质可以包括不同的组分，从而成为一级或二级粘合剂。收缩支撑件在收缩平台上由相同的复合物形成。在收缩平台和收缩支撑件上形成有相同复合物的所需零件(desired part)，所需零件的基本上水平的部分(例如，悬垂部、桥、大半径弧形部)被收缩平台(例如，直接地、经由收缩支撑件或者经由脱离(release)层)垂直地支撑。在收缩平台下方形成有表面积等于或大于收缩平台的底部(如图4所示)的滑动脱离层，滑动脱离层减小收缩平台和下方表面(例如，诸如用于烧结的构建平台或者托盘等)之间的横向阻力。基质被充分脱粘以形成(例如，包括用于保持形状的剩余粘合剂的稀疏网格的)保形半生部组件(shaper/>‑
retaining brown part assembly)，半生部组件包括收缩平台、收缩支撑件和所需零件。加热由相同复合物形成的保形半生部组件，以便所有的收缩平台、收缩支撑件和所需零件在遍及保形半生部组件的相邻金属颗粒进行质量扩散的时候以相同速率一起收缩。结果，均匀收缩和滑动脱离层减少了变形。
[0006]具有类似优点的装置可以包括用于沉积收缩平台、收缩支撑件和所需零件的打印头、用于形成滑动脱离层的第二打印头、用于使保形半生部组件脱粘的脱粘清洗剂(debinding wash)和用于以相同速率加热和收缩收缩平台、收缩支撑件和所需零件的烧结炉。
[0007]可选地，在收缩平台、收缩支撑件和所需零件的至少一者中沉积包括单元室(cell chamber)之间的互连的开放式单元结构(open cell structure)；并且流体脱粘剂渗入到开放式单元结构中，以使基质从开放式单元结构内脱粘。附加地或者替代地，收缩平台、收缩支撑件和所需零件可以形成为使组合的收缩平台和连接的收缩支撑件的形心与该零件的形心基本对齐。另外，附加地或替代地，通过在收缩支撑件和所需零件的一侧之间形成相同复合物的可分离的附接突起，收缩支撑件能够与所需零件的这一侧相互连接。此外，附加
地或者替代地，横向支撑壳体(lateral support shell)可以按照所需零件的侧面轮廓(lateral contour)由相同的复合物形成，并且通过在横向支撑壳体和所需零件之间形成相同复合物的可分离的附接突起，横向支撑壳体可以连接到所需零件的侧面轮廓。
[0008]另外，可选地，可以形成没有金属颗粒填料的可脱粘的基质的可溶解支撑结构，该可溶解支撑结构在形成所需零件期间抵抗向下的力，并且在加热保形半生部组件之前，基质被充分脱粘，以溶解可溶解支撑结构。替代地或者附加地，可以形成脱离复合物(release composite)的可溶解支撑结构，脱离复合物包括陶瓷颗粒填料和可脱粘的基质，可溶解支撑结构在形成所需零件期间抵抗向下的力。在加热保形半生部组件之前，基质可以被充分脱粘，以形成包括收缩平台、收缩支撑件和所需零件的保形半生部组件并溶解可溶解支撑结构的基质。
[0009]附加地或者替代地，下方表面可以包括可移动的构建板。在这种情况下，收缩平台可以形成在可移动的构建板上方，并且利用包括陶瓷颗粒和可脱粘的基质的脱离复合物将滑动脱离层形成在收缩平台下方和可移动的构建板上方。保形半生部组件可以在加热期间被烧结。构建板、滑动脱离层和保形半生部组件可以在脱粘期间并且在烧结期间整体保持为一个单元。在烧结之后，构建板、滑动脱离层、收缩平台和收缩支撑件可以与所需零件分离开。
[0010]可选地，利用包括陶瓷颗粒填料和可脱粘的基质的脱离复合物可以在收缩支撑件和所需零件之间形成零件脱离层，并且在加热期间烧结保形半生部组件。零件脱离层和保形半生部组件能够在脱粘期间和烧结期间整体保持为一个单元。在烧结之后，零件脱离层、收缩平台和收缩支撑件可以与所需零件分离开。在这种情况下，可以在收缩支撑件中沉积包括单元室之间的互连的开放式单元结构，并且流体脱粘剂可以渗入到开放式单元结构中，以便使基质从开放式单元结构内脱粘。
[0011]根据本专利技术的实施例的另一方面，减少增材制造的零件中的变形的方法包括在连续层中沉积由包括可脱粘的基质中的金属颗粒填料的复合物形成的收缩平台以及在收缩平台上方沉积相同复合物的收缩支撑件。在收缩支撑件的单元室之间沉积包括互连的开放式单元结构。所需零件以相同的复合物沉积在收缩平台和收缩支撑件上。收缩平台、收缩支撑件和所需零件被暴露于流体脱粘剂，以形成保形半生部组件。流体脱粘剂渗入到开放式单元结构中，以便使基质从开放式单元结构内脱粘。烧结保形半生部组件以使整个保形半生部组件以相同的速率收缩。
[0012]可选地，表面积等于或大于收缩平台的底部的滑动脱离层沉积在收缩平台下方，以便减小收缩平台和下方表面之间的横向阻力。附加地或者替代地，利用包括陶瓷颗粒填料和可脱粘的基质的脱离复合物将零件脱离层沉积在收缩支撑件和所需零件之间，并且零件脱离层和保形半生部组件在暴露期间并且在烧结期间整体保持为一个单元。在烧结之后，零件脱离层、收缩平台和收缩支撑件与所需零件分离开。另外，可选地，例如如图8
‑
10所示，在收缩支撑件的垂直表面与所需零件的相邻壁相对的位置处，在收缩支撑件和所需零件之间形成有没有脱离复合物的垂直间隔。
[0013]替代地或者附加地，例如如图8
‑
10所示，横向支撑壳体块被沉积成具有大的单元内部，使得单元具有比横向支撑壳体块内的最厚壁更宽的单元腔(cavity)，从而辅助脱粘流体扩散并且渗入到支撑件中。另外，替代地或者附加地，通过在收缩支撑件和所需零件的
一侧之间形成相同复合物的可分离的附接突起，收缩支撑件可以与所需零件的这一侧互连。
[0014]另外，可选地，例如如图8
‑
10所示，可以按照所需零件的侧面轮廓沉积作为收缩支撑件的相同的复合物的横向支撑壳体。在这种情况下，通过在横向支撑壳体和所需零件之间形成相同复合物的可分离的附接突起，横向支撑壳体可以连接到所需零件的侧面轮廓。替代地或者附加地，收缩平台、横向支撑壳体和所需零件中的至少一者可以沉积有内部室之间的互连，并且流体脱粘剂可以经由互连渗入到内部室中，以便使基质从开放式单元结构内分离。收缩平台、收缩支撑件和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少增材制造的零件中的变形的方法，所述方法包括：形成复合物的连续层的收缩平台，所述复合物包括可脱粘的基质中的金属颗粒填料；在所述收缩平台上方形成所述复合物的收缩支撑件；在所述收缩平台和收缩支撑件上形成所述复合物的所需零件，所述所需零件的所有部分被所述收缩平台垂直地且直接地支撑；在所述收缩平台下方形成表面积等于或大于所述收缩平台的底部的滑动脱离层，所述滑动脱离层减少所述收缩平台和下方表面之间的横向阻力；将所述基质充分脱粘以形成包括所述收缩平台、所述收缩支撑件和所述所需零件的保形半生部组件；以及加热由所述复合物形成的所述保形半生部组件，以便所有的所述收缩平台、所述收缩支撑件和所述所需零件在遍及所述保形半生部组件的相邻金属颗粒进行质量扩散的时候以相同速率一起收缩。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：在所述收缩平台、所述收缩支撑件和所述所需零件中的至少一者中沉积包括单元室之间的互连的开放式单元结构；以及将流体脱粘剂渗入到所述开放式单元结构中，以使所述基质从所述开放式单元结构内脱粘。3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：将所述收缩平台、所述收缩支撑件和所述所需零件形成为使组合的所述收缩平台和连接的收缩支撑件的形心与所述零件的所述形心基本对齐。4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：通过在所述收缩支撑件和所述所需零件的一侧之间形成所述复合物的可分离的附接突起，将所述收缩支撑件互连到所述所需零件的所述一侧。5.根据权利要求1所述的方法，其还包括：按照所述所需零件的侧面轮廓形成所述复合物的横向支撑壳体；以及通过在所述横向支撑壳体和所述所需零件之间形成所述复合物的可分离的附接突起，将所述横向支撑壳体连接到所述所需零件的所述侧面轮廓。6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：形成没有所述金属颗粒填料的所述可脱粘的基质的可溶解支撑结构，所述可溶解支撑结构在形成所述所需零件期间抵抗向下的力；以及在加热所述保形半生部组件之前，将所述基质充分脱粘以溶解所述可溶解支撑结构。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：形成脱离复合物的可溶解支撑结构，所述脱离复合物包括陶瓷颗粒填料、所述可脱粘的基质以及低于可烧结量的所述金属颗粒填料，所述可溶解支撑结构用于在形成所述所需零件期间抵抗向下的力；以及在加热所述保形半生部组件之前，将所述基质充分脱粘以形成包括所述收缩平台、收缩支撑件和所需零件的保形半生部组件，并且溶解所述可溶解支撑结构的所述基质。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述下方表面包括可移动的构建板，并且其中，所述方法还包括：
在可移动的所述构建板上方形成所述收缩平台；利用包括陶瓷颗粒和所述可脱粘的基质的脱离复合物在所述收缩平台下方和可移动的所述构建板上方形成所述滑动脱离层；在所述加热期间烧结所述保形半生部组件；在所述脱粘期间并且在所述烧结期间将所述构建板、滑动脱离层和保形半生部组件整体保持为一个单元；在烧结之后，将所述构建板、滑动脱离层、收缩平台和收缩支撑件与所述所需零件分离开。9.根据权利要求1所述的方法，其还包括：利用包括陶瓷颗粒填料和所述可脱粘的基质的脱离复合物在所述收缩支撑件和所述所需零件之间形成零件脱离层；在所述加热期间烧结所述保形半生部组件；在所述脱粘期间并且在所述烧结期间将所述零件脱离层和保形半生部组件整体保持为一个单元；在烧结之后，将所述零件脱离层、收缩平台和收缩支撑件与所述所需零件分离开。10.根据权利要求9所述的方法，其还包括：在所述收缩支撑件中沉积包括单元室之间的互连的开放式单元结构；以及将流体脱粘剂渗入到所述开放式单元结构中，以使所述基质从所述开放式单元结构内脱粘。11.一种减少增材制造的零件中的变形的方法，所述方法包括：在连续层中沉积由复合物形成的收缩平台，所述复合物包括可脱粘的基质中的金属颗粒填料；在所述收缩平台上方沉积所述复合物的收缩支撑件；在所述收缩支撑件中沉积包括单元室之间的互连的开放式单元结构；将来自所述复合物的所需零件沉积在所述收缩平台和收缩支撑件上；将所述收缩平台、收缩支撑件和所需零件暴露于流体脱粘剂，以形成保形半生部组件；将所述流体脱粘剂渗入到所述开放式单元结构中，以使所述基质从所述开放式单元结构内脱粘；以及烧结所述保形半生部组件以使整个所述保形半生部组件以相同的速率收缩。12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：在所述收缩平台下方沉积表面积等于或大于所述收缩平台的底部的滑动脱离层，所述滑动脱离层减少所述收缩平台和下方表面之间的横向阻力。13.根据权利要求11所述的方法，其还包括：利用包括陶瓷颗粒填料和所述可脱粘的基质的脱离复合物在所述收缩支撑件和所述所需零件之间沉积零件脱离层；在所述暴露期间并且在所述烧结期间将所述零件脱离层和保形半生部组件整体保持为一个单元；在烧结之后，将所述零件脱离层、收缩平台和收缩支撑件与所述所需零件分离开。14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：
在收缩支撑件的垂直表面与所述所需零件的相邻壁相对的位置处，在收缩支撑件和所述所需零件之间形成没有脱离复合物的垂直间隔。15.根据权利要求11所述的方法，其还包括：沉积具有大的单元内部的横向支撑壳体块，使得单元具有比所述横向支撑壳体块内的最厚壁更宽的单元腔，从而辅助脱粘流体扩散并且渗入到所述支撑件中。16.根据权利要求11所述的方法，其还包括：通过在所述收缩支撑件和所述所需零件的一侧之间形成所述复合物的可分离的附接突起，将所述收缩支撑件互连到所述所需零件的所述一侧。17.根据权利要求11所述的方法，其还包括：按照所述所需零件的侧面轮廓，形成所述复合物的横向支撑壳体作为所述收缩支撑件。18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：通过在所述横向支撑壳体和所述所需零件之间形成所述复合物的可分离的附接突起，将所述横向支撑壳体连接到所述所需零件的所述侧面轮廓。19.根据权利要求17所述的方法，其还包括：将所述收缩平台、所述横向支撑壳体和所述所需零件中的至少一者沉积成具有内部室之间的互连；以及经由所述互连将流体脱粘剂渗入到所述内部室中，以使所述基质从所述开放式单元结构内脱粘。20.根据权利要求11所述的方法，其还包括：将所述收缩平台、收缩支撑件和所需零件形成为使组合的所述收缩平台和连接的收缩支撑件的形心与所述零件的所述形心基本对齐。21.一种减少增材制造的零件中的变形的方法，所述方法包括：在连续层中沉积由复合物形成的收缩平台，所述复合物包括可脱粘的基质中的金属颗粒填料；在所述收缩平台上方沉积所述复合物的收缩支撑件；在所述收缩支撑件之间形成作为分离间隙的分型线，以将所述收缩支撑件划分成能够沿所述分离间隙分离开的分割块；将来自所述复合物的所需零件成型在所述收缩平台和收缩支撑件上，将所述基质充分脱粘以形成包括所述收缩平台、收缩支撑件和所需零件的保形半生部组件；烧结所述保形半生部组件以使整个所述保形半生部组件以均匀的速率收缩；沿着所述分离间隙将所述收缩支撑件分离成分割块；以及将所述分割块与所述所需零件分离开。22.根据权利要求21所述的方法，其中，一个或多个所述分离间隙形成为用于分离相邻的收缩支撑件的垂直间隙，并且延伸成基本上所述相邻的收缩支撑件的高度，并且所述方法还包括：沿着所述垂直间隙将所述相邻的收缩支撑件彼此分离开。23.根据权利要求21所述的方法，其还包括：
在所述所需零件的腔内由所述复合物形成内部收缩支撑件；在所述内部收缩支撑件之间形成作为分离间隙的分型线，以将所述内部收缩支撑件划分为能够沿着所述分离间隙分离开的分段分割块；以及沿着所述分离间隙将所述分段分割块彼此分离开。24.根据权利要求21所述的方法，其还包括：将所述分段分割块形成为能够沿着分离间隙彼此分离开的块，所述分离间隙在与所述收缩支撑件相交的平面内连续。25.根据权利要求21所述的方法，其还包括：按照所述所需零件的侧面轮廓，形成所述复合物的横向支撑壳体作为所述收缩支撑件；以及通过在所述横向支撑壳体和所述所需零件之间形成所述复合物的可分离的附接突起，将所述横向支撑壳体连接到所述所需零件的所述侧面轮廓。26.根据权利要求25所述的方法，其还包括：在所述横向支撑壳体中形成分型线，以将所述横向支撑壳体划分为能够沿着所述分型线分离开的壳体分割块；将所述基质充分脱粘以形成包括所述收缩平台、收缩支撑柱、横向支撑壳体和所需零件的保形半生部组件；将所述横向支撑壳体沿着所述分型线分离成所述壳体分割块；以及将所述壳体分割块与所述所需零件分离开。27.根据权利要求21所述的方法，其还包括：将所述收缩平台、所述收缩支撑件和所述所需零件中的至少一者沉积成具有内部室之间的互连；以及经由所述互连将流体脱粘剂渗入到所述内部室中，以使所述基质从所述开放式单元结构内脱粘。28.根据权利要求21所述的方法，其还包括：形成没有所述金属颗粒填料的所述可脱粘的基质的可溶解支撑结构，所述可溶解支撑结构在形成所述所需零件期间抵抗向下的力；以及在烧结所述保形半生部组件之前，将所述基质充分脱粘以溶解所述可溶解支撑结构。29.根据权利要求21所述的方法，其还包括：在所述收缩平台下方形成表面积等于或大于所述收缩平台的底部的滑动脱离层，所述滑动脱离层减少所述收缩平台和构建板之间的横向阻力；在可移动的所述构建板上方形成所述收缩平台；利用包括陶瓷颗粒和所述可脱粘的基质的脱离复合物在所述收缩平台下方和可移动的所述构建板上方形成所述滑动脱离层；以及在所述脱粘期间并且在所述烧结期间将所述构建板、滑动脱离层和保形半生部组件整体保持为一个单元。30.根据权利要求21所述的方法，其还包括：利用包括陶瓷颗粒填料和所述可脱粘的基质的脱离复合物在所述收缩支撑件和所述所需零件之间形成零件脱离层；
在所述脱粘期间并且在所述烧结期间将所述零件脱离层和保形半生部组件整体保持为一个单元；在烧结之后，将所述零件脱离层、收缩平台和收缩支撑件与所述所需零件分离开。31.一种减少增材制造的零件中的变形的方法，所述方法包括：在连续层中沉积由复合物形成的收缩平台，所述复合物包括嵌入在第一基质中的金属颗粒；将来自所述复合物的零件沉积在所述收缩平台上；在所述收缩平台下方沉积表面积等于或大于所述收缩平台的底部的滑动层，所述滑动层被构造成在烧结期间减少所述收缩平台和下方表面之间的横向阻力；以及由所述收缩平台、滑动层和零件形成生坯状态的可移动组件。32.根据权利要求31所述的方法，其还包括：在所述收缩平台上沉积所述复合物的收缩支撑件；沉积分离材料，以介入在所述零件和所述收缩支撑件之间，所述分离材料包括陶瓷粉末和第二基质；以及由所述收缩平台、滑动层、收缩支撑件、分离材料和零件形成生坯状态的所述可移动组件，其中，所述收缩支撑件被构造成在半生坯状态的所述可移动组件的所述金属颗粒的烧结期间防止所述可移动组件因重力而变形，并且其中，所述分离材料的所述陶瓷粉末被构造成在烧结之后将所述收缩支撑件与所述零件分离开。33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述收缩平台与所述收缩支撑件彼此互连，并且其中，所述方法还包括：利用所述第一基质和第二基质，在沉积期间保持所述可移动组件的形状；在第一公共室中，将所述可移动组件中的所述第一基质从所述生坯状态脱粘至所述半生坯状态；将所述半生坯状态的所述可移动组件传递到用于烧结的第二公共室；烧结所述半生坯状态的所述可移动组件，以在遍及所述保形半生部组件的相邻金属颗粒进行质量扩散的时候以整体均匀的速率收缩，并且在烧结期间，在所述第二公共室中，通过所述烧结的热量分解所述第二基质，从而留下松散的所述陶瓷粉末；利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里，
申请(专利权)人：马克弗巨德有限公司，
类型：发明
国别省市：