[發明專利]制造設備和方法

有效

• 申請號: 201510760731.0
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN105414544A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 西蒙·彼得·斯科特
• 申請（專利權）人: MTT科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B29C67/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;嚴小艷

本申請是名稱為“制造設備和方法”、申請號為200980132011.2的中國專利申請的分案申請，其中該中國專利申請200980132011.2為2009年7月20日提交的國際申請PCT/GB2009/001797的中國國家階段申請。

技術領域

本發明涉及用于使用添加制造工藝生產三維物體的設備的構造與操作。特別地，本發明涉及用于諸如選擇性激光燒結(SLS)或選擇性激光熔化(SLM)工藝的快速制造或原型速成的機器的構造。

背景技術

用于生產三維部件的添加制造或原型速成方法在本領域已眾所周知(例如參見US4863538–Deckard)。已知的添加制造的方法有很多種，包括：粉末材料的固結和聚合樹脂的固化。本發明涉及有關粉末的方法。這種方法涉及使用諸如激光束或電子束的聚焦能量束來對粉末材料進行逐層固結。起初，這種自由成型工藝的使用限于通過將粉末顆粒層燒結在一起的原型生產。然而，科技的最新進展在于全致密的、高度完整性的部件可以通過部件的自由成型而制造。

在典型的選擇性激光燒結(SLS)或選擇性激光熔化(SLM)工藝中，一薄層粉末被置于SLS或SLM設備內的構造區域或粉末層上。聚集激光束掃過與正在被構造的三維物體的橫截面相應的粉末層的部分，使得激光掃描點處的粉末通過燒結或熔化而被固結。橫截面通常由通過掃描原始部件而產生的部件的3D描述所產生，或者由計算機輔助設計(CAD)數據而產生。

在將一層固結之后，將構造表面降低新固結層的厚度，并且另一層粉末散布覆蓋在該表面上。此外，用激光束照射與三維物體橫截面相應的部逐層的表面，則新固結的層加入到初始固結的層。重復這個過程直到部件形成。

為了穩定地制造具有期望的結構特性的物體，在制造期間，在鄰近構造表面處保持通常為低氧含量大氣的受控大氣是重要的。現有設備通過用惰性氣體充滿環繞構造表面的構造腔來將此實現。該惰性氣體以略大于大氣壓的壓力進行供給，并允許在構造腔內的大氣氧含量基本降低至約百分之一的氧。在構造板區域內的低氧大氣允許粉末被加熱，并且在需要熔化處，無需經受過多的不期望的氧化反應。

圖1示出了在現有技術的原型速成系統10中的構造腔20的典型設置。構造腔20限定了在可降低構造平臺30上方的空間25，并且構造腔20被構造為具有充分的完整性，使其在稍許升高的壓力下充滿惰性氣體。構造腔20包含有用于將粉末45散布在構造平臺表面上的粉末分配和涂敷設備40和在腔50上壁的窗口，該窗口允許光學通過激光束55，用于照射散布在構造表面35處的粉末。因此，在激光束和粉末56之間的交互點處的任意燒結和/或熔化操作發生在低氧大氣中。

構造腔被提供有許多不同的氣體傳輸回路60、70、80，每個氣體傳輸回路具有其自身的泵61、71、81和其自身的過濾器62、72、82。

構造平臺被設置為在構造缸90的孔95內是可降低的，以允許當由連續的粉末層構造物體100時，構造表面35保持在機器內的基本上相同的位置上。構造平臺通常通過活塞機構110來降低，并且該構造平臺的邊緣32具有與和構造缸90的孔95接合的密封件33，以防止粉末45從構造缸溢出。

該現有技術的系統存在許多缺點。構造腔中的過壓趨于對粉末施加壓力使其通過在構造平臺和缸的孔之間的密封件(在圖1中由箭頭示出)。這導致疏松粉末在裝置內沉淀，而疏松粉末必須從裝置中清除，并且這也會損害密封件的完整性，從而允許氧氣在制造期間進入構造腔。

諸如泵、閥和管的氣體傳輸裝置都易于泄漏，特別是在連接點處。任何泄漏進氣體傳輸系統中這樣的點的氧氣都可以破壞在構造腔內的低氧大氣的完整性。

發明內容

本發明提供了一種用于制造三維物體的設備以及如在所附獨立權利要求中所限定的形成三維物體的方法，其中現在應參引所附的獨立權利要求。在從屬子權利要求中限定了本發明的優選的或有利的特征。

因此，在第一方面，提供了通過對粉末逐層、或一層層地固結來制造三維物體的設備。該設備包括：用于在制造期間支撐物體的可降低的構造平臺和用于控制環繞物體的大氣的可密封的腔。

優選地，該設備被設置成以便于允許在構造平臺的上方和下方保持被控制的例如低氧大氣的大氣。