增材制造系统中的熔池控制技术方案

描述了用于增材制造的系统和方法。在一些实施方式中，一种在增材制造过程中控制焊缝高度的方法包括：至少部分地基于期望的焊缝高度来确定期望的熔池宽度；至少部分地基于期望的熔池宽度选择性地激活一个或更多个激光能量源；以及经由暴露于来自一个或更多个激活的激光能量源的激光能量来熔化构建表面上的材料的层的一部分，以在构建表面上形成具有期望的熔池宽度的熔池。还描述了使用交错的激光能量源的系统和方法。源的系统和方法。源的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造系统中的熔池控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求2020年5月1日提交的序列号为63/018,542的美国临时申请的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]所公开的实施方式涉及用于增材制造的系统和方法。

技术介绍

[0004]粉末床熔融过程是增材制造过程的示例，其中通过在逐层过程中选择性地接合材料来形成三维形状。在金属粉末床熔融过程中，一个或更多个激光束在金属粉末的薄层上方进行扫描。如果各种激光器参数(例如激光器功率、激光光斑尺寸和/或激光器扫描速度)处于其中所传递的能量足以熔化金属粉末的颗粒的状态，则可以在构建表面上建立一个或更多个熔池。激光束沿预限定的轨迹进行扫描，使得固化的熔池轨迹产生与三维打印零件的二维切片对应的形状。在完成一层之后，粉末表面按照限定的距离被索引，下一层粉末被散布在构建表面上，并且重复激光扫描过程。在许多应用中，可以设置层厚度和激光功率密度以提供下层的部分再熔化以及连续层的熔融。多次重复层索引和扫描，直到制造出期望的三维形状。

技术实现思路

[0005]在一些实施方式中，一种在增材制造过程中控制焊缝高度的方法包括：至少部分地基于期望的焊缝高度来确定期望的熔池宽度；至少部分地基于期望的熔池宽度选择性地激活一个或更多个激光能量源；以及经由暴露于来自一个或更多个激活的激光能量源的激光能量来熔化构建表面上的材料的层的一部分，以在构建表面上形成具有期望的熔池宽度的熔池。
[0006]在一些实施方式中，一种增材制造系统包括：构建表面、多个激光能量源、以及可操作地耦接至多个激光能量源的激光控制系统。该激光控制系统被配置成至少部分地基于期望的焊缝高度来确定期望的熔池宽度，并且至少部分地基于期望的熔池宽度来选择性地激活多个激光能量源中的一个或更多个激光能量源。将构建表面上的材料的层的一部分暴露于来自一个或更多个激活的激光能量源的激光能量使材料的层的一部分熔化，以形成具有期望的熔池宽度的熔池。
[0007]在另一实施方式中，一种增材制造系统包括：构建表面、多个激光能量源、以及可操作地耦接至多个激光能量源的处理器。处理器被配置成选择性地激活多个激光能量源以在构件表面上形成多个熔池，所述多个熔池沿着由多个激光能量源发射的激光束相对于构件表面的行进方向交错，其中多个熔池包括至少一个前导熔池和至少一个拖尾熔池。
[0008]在又一实施方式中，一种增材制造方法包括：选择性地激活多个激光能量源以经由暴露于激光能量来使构建表面上的材料的层的一部分熔化，以在构建表面上形成多个熔
池，所述多个熔池沿着由多个激光能量源发射的激光束相对于构建表面的行进方向交错。多个熔池包括至少一个前导熔池和至少一个拖尾熔池。
[0009]应当理解，前述概念和下文讨论的另外的概念可以按任何合适的组合布置，因为本公开内容在这方面不受限制。此外，当结合附图考虑时，根据以下对各种非限制性实施方式的详细描述，本公开内容的其他优点和新颖特征将变得明显。
附图说明
[0010]附图并不旨在按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以由相同的附图标记表示。为了清楚起见，可能并未在每个附图中标出每个部件。在附图中：
[0011]图1A是形成单个熔池的单个激光束的一个实施方式的前视图；
[0012]图1B是图1A所示的形成单个熔池的单个激光束的实施方式的俯视图；
[0013]图1C是在平移激光束之后图1B中所示的单个熔池的实施方式的俯视图；
[0014]图2A是形成单个熔池的两个激光束的一个实施方式的前视图；
[0015]图2B是图2A所示的形成单个熔池的两个激光束的实施方式的俯视图；
[0016]图2C是在平移两个激光束之后图2B中所示的单个熔池的实施方式的俯视图；
[0017]图3A是形成与先前固化的熔池相邻的熔池的单个激光束的一个实施方式的前视图；
[0018]图3B是图3A所示的形成与先前固化的熔池相邻的熔池的单个激光束的实施方式的俯视图；
[0019]图3C是在平移激光束之后图3B中所示的与先前固化的熔池相邻的熔池的实施方式的俯视图；
[0020]图4A是形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的一个实施方式的前视图；
[0021]图4B是图4A所示的形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的实施方式的俯视图；
[0022]图4C是在平移多个间隔的激光束之后图4B所示的多个间隔的熔池的实施方式的俯视图；
[0023]图4D是在激活中间激光束的第二通过期间图4A所示的形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的实施方式的前视图；
[0024]图4E是图4D所示的在第二通过期间形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的实施方式的俯视图；
[0025]图4F是在平移多个间隔的激光束之后的图4E所示的在第二通过期间的多个间隔的熔池的实施方式的俯视图；
[0026]图4G是在垂直于扫描方向的方向上调整激光器阵列的第二通过期间图4A中所示的形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的实施方式的前视图；
[0027]图4H是图4G所示的在第二通过期间形成多个间隔的熔池的多个间隔的激光束的实施方式的俯视图；以及
[0028]图4I是在平移多个间隔的激光束之后的图4H所示的在第二通过期间的多个间隔的熔池的实施方式的俯视图。
[0029]图5A是以交错阵列间隔的形成多个间隔的熔池的多个激光束的一个实施方式的前视图；
[0030]图5B是图5A中所示的以交错阵列间隔的形成多个间隔的熔池的多个激光束的实施方式的俯视图；
[0031]图5C是在平移以交错阵列间隔的多个激光束之后图5B所示的多个间隔的熔池的实施方式的俯视图；以及
[0032]图6描绘了用于操作增材制造系统的方法的一个实施方式。
具体实施方式
[0033]一些增材制造过程(例如粉末床熔融过程)使用激光束来熔融熔化金属粉末，形成一个或更多个熔池。熔池的尺寸可以部分地由激光束传递至金属粉末的能量的量确定。所传递的能量的量可以取决于许多因素，例如激活的激光器的数目、激光器功率、停留时间和/或平移速度、脉冲速率、以及用于熔化金属粉末的一个或更多个激光器的焦点。
[0034]在不希望受到理论束缚的情况下，传递更多能量以及/或者将能量传递至较大面积的金属粉末的床可以与形成较大的熔池相关联。较大的熔池可能是期望的，因为较大的熔池可以实现粉末的更快处理，这可以实现更快的构建速度和更短的总构建时间。一种增加熔池的尺寸的方法可以是增加一个或更多个激光源所施加到的区域的尺寸，以在给定的时间量内熔化更多的材料。随着熔池宽度(即，在与激光束的行进方向垂直的方向上)的增加，可以处理更多的材料，并且可以增加总构建速度。然而，存在与较大熔池相关联的挑战。部分地由于液化金属粉末的表面张力，熔池表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在增材制造过程中控制焊缝高度的方法，所述方法包括：至少部分地基于期望的焊缝高度来确定期望的熔池宽度；至少部分地基于所述期望的熔池宽度选择性地激活一个或更多个激光能量源；以及经由暴露于来自一个或更多个激活的激光能量源的激光能量来熔化构建表面上的材料的层的一部分，以在所述构建表面上形成具有所述期望的熔池宽度的熔池。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：至少部分地基于第二期望的焊缝高度来确定第二期望的熔池宽度，其中，所述第二期望的焊缝高度不同于第一期望的焊缝高度；至少部分地基于所述第二期望的熔池宽度选择性地激活所述一个或更多个激光能量源；以及经由暴露于来自所述一个或更多个激活的激光能量源的激光能量来熔化所述构建表面上的材料的层的第二部分，以在所述构建表面上形成具有所述第二期望的熔池宽度的第二熔池。3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的方法，还包括固化所述熔池以形成具有与所述期望的焊缝高度对应的层厚度的熔融层的一部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述熔池在所述构建表面上形成液体弯月面。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述液体弯月面的最大高度小于所述期望的焊缝高度。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述液体弯月面的最大高度基本上等于所述期望的焊缝高度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，选择性地激活一个或更多个激光能量源包括选择性地激活激光能量源的阵列中的两个或更多个激光能量源。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述熔池是第一熔池，并且还包括经由将所述构建表面上的所述材料的层的第二部分暴露于来自所述一个或更多个激活的激光能量源的激光能量而在所述构建表面上形成第二熔池。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述构建表面上所述第二熔池与所述第一熔池物理地间隔开。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一熔池与所述第二熔池之间的间距在约25μm与约100mm之间。11.根据权利要求9或权利要求10中任一项所述的方法，其中，所述第一熔池与所述第二熔池之间的间距至少部分地基于所述构建表面上的熔化材料的材料特性。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述材料特性是所述熔化材料的表面张力。13.根据权利要求8所述的方法，还包括在形成所述第二熔池之前固化所述第一熔池。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二熔池被定位成邻近所述第一熔池的位置。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述期望的熔池宽度在约50μm与约5mm之间。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述期望的焊缝高度在约20μm与
约5mm之间。17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，还包括调整所述一个或更多个激活的激光能量源的焦点以控制所述熔池的宽度。18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中，形成熔池包括形成多个熔池，所述多个熔池包括至少一个前导熔池和至少一个拖尾熔池，其中，所述至少一个前导熔池在所述至少一个拖尾熔池接触所述至少一个前导熔池之前固化。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个熔池的至少一部分沿着所述阵列相对于所述构建表面的行进方向交错。20.一种增材制造系统，包括：构件表面；多个激光能量源；以及可操作地耦接至所述多个激光能量源的处理器，所述处理器被配置成：至少部分地基于期望的焊缝高度来确定期望的熔池宽度；以及至少部分地基于所述期望的熔池宽度来选择性地激活所述多个激光能量源中的一个或更多个激光能量源，其中，将构建表面上的材料的层的一部分暴露于来自一个或更多个激活的激光能量源的激光能量使得所述材料的层的一部分熔化以形成具有所述期望的熔池宽度的熔池。21.根据权利要求20所述的增材制造系统，其中，在暴露于所述激光能量之后，所述熔池固化以形成具有所述期望的焊缝高度的熔融层的一部分。22.根据权利要求20或权利要求21中任一项所述的增材制造系统，其中，所述熔池在所述构建表面上形成液体弯月面。...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：伏尔肯模型公司，
类型：发明
国别省市：