交错扫描的策略及其应用制造技术

一种用于增材制造的方法、装置和程序。在一个方面，该方法包括：在第一扫描区域(801)内形成至少部分固化的部分，其中通过沿着第一照射路径(811)照射构建材料来形成第一扫描区域(801)内的固化部分。构建材料的第二部分可以沿着第二照射路径(813)照射，其中第二扫描区域(803)相对于第一扫描区域(801)偏移，从而限定偏移区域(802)。偏移区域(802)通过第一照射路径(811)和第二照射路径(813)至少部分地固化，并且参考线(819)在偏移区域(802)内与第一照射路径(811)和第二照射路径(813)相交，其中参考线(819)基本上平行于第一扫描区域(801)的一侧(810)。的一侧(810)。的一侧(810)。

【技术实现步骤摘要】
交错扫描的策略及其应用
[0001]本申请是2018年11月02日所提出的申请号为201880084952.2，专利技术名称为“交错扫描的策略及其应用”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]优先权信息
[0003]本申请人要求2017年11月10日提交的标题为“交错扫描策略及其应用”(Interlace Scanning Strategies and Uses Thereof)的美国临时专利申请序列号62/584,553的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


[0004]本专利技术涉及一种改进的用于增材制造中交错扫描的设备和方法。

技术介绍

[0005]增材制造(AM)技术可以包括例如电子束自由成形制造、激光金属沉积(LMD)、激光金属丝沉积(LMD
‑
w)、气体金属电弧焊、激光工程净成形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末进给引导能量沉积(DED)和三维打印(3DP)。例如，与减材制造方法相比，AM工艺通常涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ISO/ASTM F2792)，但AM包含各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型/工具等。AM技术能够使用多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物体可以使用计算机辅助设计(CAD)模型来制造。例如，特定类型的AM工艺使用能量束(例如，电子束或电磁照射(例如激光束))来烧结或熔化粉末材料和/或线材，从而创建材料粘合在一起的固体三维物体。
[0006]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工业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生成三维(3D)物体。例如，美国专利4,863,538和美国专利5,460,758描述了常规的激光烧结技术。更具体地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下融合(团聚)粉末的颗粒，而熔化则需要完全熔化粉末的颗粒以形成固体均质体(solid homogeneous mass)。与激光烧结或激光熔化相关联的物理处理包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。电子束熔化(EBM)利用聚焦的电子束以熔化粉末。这些处理涉及连续熔化粉末层以使用金属粉末构建物体。
[0007]AM技术，其示例在上文和本专利技术中讨论，其特征可能在于使用激光或能量源在粉末中产生热量以至少部分地熔化材料。因此，在短时间内在细粉中产生高浓度的热量。在部件的堆积过程中，粉末内部的高温梯度可能会对完成部件的微观结构产生重大影响。快速加热和固化可能会导致较高的热应力，并导致整个固化材料出现局部的非平衡相。此外，由于在完成的AM部件中晶粒的取向可通过材料中的导热方向来控制，因此AM设备和技术中激光扫描的方法成为控制AM部件的微观结构的重要方法。控制AM设备中的扫描策略对于开发无材料缺陷的部件至关重要，缺陷的示例可能包括缺乏熔合孔隙度率和/或沸腾孔隙率。
[0008]图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统110的横截面视图的示意图。设备110通过使用由源(例如激光器120)生成的能量束
136烧结或熔化粉末材料(未示出)以逐层的方式(例如，出于说明目的放大了比例的层L1、L2和L3)构建物体，例如部件122。通过能量束熔化的粉末通过贮存器126供应，并使用在方向134上行进的重涂覆器臂116均匀地铺展在构建板114上以保持粉末处于水平118，并将粉末水平118以上延伸的多余的粉末材料移除到废料容器128。在振镜扫描仪132的控制下，能量束136烧结或熔化正在构建的物体的横截面层(例如，层L1)。降低构建板114，并且将另一层粉末(例如，层L2)铺展在构建板和正在构建的物体上，随后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到部件122完全由熔化的/烧结的粉末材料堆积。激光器120可以通过包括处理器和存储器的计算机系统控制。该计算机系统可以确定每个层的扫描图案，并根据扫描图案控制激光器120以照射粉末材料。在部件122的制造完成后，可以将各种后处理程序应用于部件122。后处理程序包括例如通过吹扫或抽真空、机械加工、打磨或喷砂移除多余的粉末。此外，常规的后处理可以包括例如通过机械加工从构建平台/基板移除部件122。其他后处理程序包括压力释放处理。另外，热和化学后处理程序可以用于完成部件122。
[0009]上述AM过程通过执行控制程序的计算机进行控制。例如，设备110包括执行固件的处理器(例如，微处理器)、操作系统或在设备110和操作员之间提供接口的其他软件。计算机接收要形成的物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序生成三维模型。计算机分析模型，并为模型中的每个物体提出工具路径。操作员可以限定或调整扫描图案的各种参数，例如功率、速度和间距，但通常不直接编程工具路径。本领域普通技术人员将完全理解，上述控制程序可以适用于任何上述AM处理。此外，上述计算机控制可以适用于任何减材制造或在任何后处理或混合处理中应用的任何前处理或后处理技术。
[0010]上述的增材制造技术可用于形成由不锈钢、铝、钛、钴铬等金属材料或任何合金制成的部件。例如，上述的合金可能包括商品名为钴基特种合金(Haynes)钴基特种合金(Haynes)镍基(Inconel)超级合金625TM，625，625，625，6020，Inconel 188的材料以及具有使用上述技术形成部件的材料特性的任何其它材料。
[0011]在上述的示例中，通过控制激光和/或能量源，基于图案在粉末层中形成一系列固化线(以下可互换地称为阴影线、固化线和光栅线)。可以选择一种图案来减少构建时间、改善或控制固化材料的材料特性、降低完工材料中的应力和/或减少激光、振镜扫描仪和/或电子束的磨损。过去曾考虑过各种扫描图案，例如包括棋盘模式图案和/或条纹图案。
[0012]控制所构建AM部件的材料内在应力的一种尝试涉及了包含多个相连平行矢量的条纹区域的旋转，这些平行矢量作为固化线，在AM构建过程中，垂直于形成每一层的条纹区域边界的固化线。平行固化线以条纹为界并垂直于条纹，针对AM构建的每一层进行旋转。在授予Dimter等人的美国专利8,034,279B2中公开了一种控制AM设备中的扫描策略的示例，标题为"用于制造三维物体的方法和装置”(Method and Device for Manufacturing aThree
‑
dimensional Object)，在此通过引用将其全部并入。
[0013]图2和3表示上述旋转条纹策略(例如，通常由激光器的扫描线210识别)。在整个粉末表面上扫描激光以形成一系列的固化线213A，213B。一系列固化线形成构建的层并由以垂直于形成每个条纹区域的边界的固化线213A和213B的条纹211A和211B的形式的固化线界定。由固化线211A和211B界定的条纹区域形成待构建的层的较大表面的一部分。在形成...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成物体的方法，其特征在于，包括：沿着第一照射路径照射第一扫描区域内的构建材料的第一部分，以形成第一固化线；和沿着第二照射路径照射第二扫描区域内的构建材料的第二部分，以形成第二固化线，其中所述第二扫描区域相对于所述第一扫描区域偏移，从而限定偏移区域，其中所述偏移区域至少部分地被所述第一固化线和所述第二固化线固化，所述第一固化线沿着所述第一照射路径延伸到所述偏移区域中，所述第二固化线沿着所述第二照射路径延伸到所述偏移区域中，并且参考线在所述偏移区域内与所述第一照射路径和所述第二照射路径相交，其中所述参考线基本上平行于所述第一扫描区域的一侧，其中将照射源从用于在所述第一扫描区域内形成所述第一固化线的第一部分的第一工艺参数调整为用于在所述偏移区域内形成所述第一固化线的第二部分的第二工艺参数，所述第二工艺参数不同于所述第一工艺参数。2.根据权利要求1所述的形成物体的方法，其特征在于，其中当构建单元相对于所述物体处于第一位置时，在所述第一扫描区域内照射所述构建材料的第一部分，并且当所述构建单元处于不同于所述第一位置的第二位置时，在所述第二扫描区域内照射所述构建材料的第二部分。3.根据权利要求1所述的形成物体的方法，其特征在于，其中所述第一扫描区域和所述第二扫描区域位于移动构建平台上，其中所述构建材料的所述第一部分相对于构建单元位于第一位置，并且当所述移动构建平台相对于所述构建单元位于第二位置时，形成所述第二扫描区域内的至少部分固化的部分。4.根据权利要求1所述的形成物体的方法，其特征在于，其中所述第二固化线基本上平行于所述第一固化线，其中所述第一固化线与所述参考线相交，并且所述第二固化线不与所述参考线相交。5.根据权利要求4所述的形成物体的方法，其特征在于，其中所述第二扫描区域内的至少部分固化的部分包括第三固化线和基本上平行于所述第三固化线的第四固化线，其中所述第三固化线不与所述参考线相交，并且所述第四固化线与所述参考线相交。6.一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，所述程序被配置为使计算机执行增材制造方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斯汀，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：