[發明專利]用于增材制造期間逐層移除缺陷的方法

在審

• 申請號: 201580050554.5
• 申請日: 2015-08-18
• 公開（公告）號: CN106715007A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 詹森·C·瓊斯;伊恩·L·布魯克斯
• 申請（專利權）人: 穆格公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F7/00;B22F5/00;B32B15/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 宋融冰

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月19日提交并被分配為美國專利申請62/052,630的標題為“Method for Layer-by-Layer Removal of Defects During Additive Manufacturing”(用于增材制造期間逐層移除缺陷的方法)的臨時專利申請的優先權，其公開內容據此以引用方式并入本文。

技術領域

本公開涉及增材制造，更具體地講，涉及粉末床增材制造。

背景技術

增材制造可用于制造復雜、輕質的三維物體。例如，與其他方法相比，用增材制造方法制造的航空航天伺服閥估計要輕30％至50％。由于這些有益效果，增材制造越來越受歡迎。

增材制造可通過使用諸如激光束或電子束的能源將水平粉末表面熔化成固體材料薄層來制造三維物體。形成一個層之后施加另外水平的粉末，然后將該粉末中的一些熔化到先前形成的層中，以形成另一個層。重復該過程，直到逐層構建成三維物體。該方法被稱為各種其他名稱，包括粉末床熔化和激光選擇性熔融。該方法可應用于能夠熔化在一起的金屬、塑料或其他材料。

已經認識到，增材制造過程中可在每個層中形成缺陷。這些缺陷包括表面粗糙(表面缺陷)和內部孔或空隙(表面下缺陷)。這些缺陷可導致成品中的問題。在“印刷”條件下部件的表面粗糙容易脫落，或者換句話講，可生成異物碎片(FOD)。上述缺陷還可能形成應力集中源并且可能導致較差的疲勞性能。

表面粗糙可發生在熔化的粉末顆粒與未熔化的粉末顆粒之間的界面(“物體-粉末界面”)處。當部分地位于物體的層的所需幾何形狀內部并且部分地在其外部的粉末顆粒在熔化之后保留在層中時，會出現表面粗糙。當預期熔化到物體層中的粉末顆粒未適當地與物體層熔化并附接到物體層上時也會發生表面粗糙。因此，在顆粒從層的所需幾何形狀突出以及所需表面幾何形狀缺失表面顆粒時，就會出現表面粗糙。

當存在表面下缺陷(例如孔或空隙)時，其通常出現在熔化的層中物體-粉末界面的大約100-150μm內。導致孔或空隙形成的確切機制可以不同。例如，一些粉末顆粒在熔化之前可能是中空或多孔的。不正確的激光參數或激光束的分辨率可能導致形成孔或空隙。由于剛好在物體-粉末界面內部的層的不適當熔化，也可以形成孔或空隙。

迄今為止，一旦增材制造步驟完成并且所有層已經熔化，則已經從物體中移除了缺陷。例如，在物體完成后可以用腐蝕性清潔或表面處理來去除物體的外部部分。物體的腐蝕性清潔和表面處理耗時而且昂貴，涉及危害性材料，并增加了所需處理步驟的數量。還需要在設計物體時在所需的幾何形狀上使用多余的材料，以補償損耗的部分，這可能是很復雜的，因為這種損耗可以是變化的。清潔和表面處理可能不能充分地移除表面下缺陷。物體的幾何形狀越復雜，例如物體具有更多的內部通道，則使用提到的方法移除所有缺陷的可能性越小。

因此，需要改進的增材制造方法，更具體地講，移除與增材制造相關的缺陷的方法。

發明內容

本公開提供了一種增材制造方法，通過該方法可以從物體上基本上消除表面粗糙和表面下缺陷，而無需后續的處理步驟。該方法通常包括以下步驟：通過在粉末床的預定目標區域上用定向能量束進行掃描以使預定區域中的粉末熔化，從而在粉末床中形成物體的層，其中所述層在所述層的熔化的粉末與所述粉末床的未熔化的粉末相交的邊界處限定物體-粉末界面，以及在所述物體在粉末床中時移除所述層的一部分。可通過將一定水平的粉末施加到粉末床形成另一個層并移除該層的一部分來繼續進行制造。通過這種方式，物體被逐層構建而成并且可將其從粉末床移除，而基本上沒有表面粗糙和表面下缺陷。

在一個實施例中，層的移除的一部分僅包括物體-粉末界面。在另一個實施例中，層的移除的一部分包括比物體-粉末界面更深的層的外周表皮部分。可以用定向能量束或工具沿著物體-粉末界面或沿著從物體-粉末界面稍向內偏移的路徑使材料燒蝕，來移除層的一部分。

附圖說明

為了更全面地理解本公開的性質和目的，應參考結合附圖進行的以下詳細描述，其中：

圖1為示出根據本公開的實施例的增材制造方法的透視圖；

圖2為圖1中所示的粉末床的剖視圖；

圖3為類似于圖2的粉末床的剖視圖，示出了根據本發明的替代實施例的增材制造方法；以及

圖4為示出根據本發明實施例的增材制造方法的步驟順序的流程圖。

具體實施方式