[發明專利]制備三維物體的方法和系統

有效

• 申請號: 201580052322.3
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN106922136B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 德米特羅·科瓦楚克;伊戈爾·梅爾尼克;維塔利·梅爾尼克;鮑里斯·杜加依
• 申請（專利權）人: 切爾沃納維利亞股份公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C64/153;B29C64/20;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 上海衡方知識產權代理有限公司 31234
• 代理人: 卞孜真;周世亮

用于生產三維物體的方法和系統包括置于支撐板(30)上的基體基質(18)，電子束槍(2)，用于把原材料供給到熔化區域的供給構件(17)，用于定位所述具有基體基質(18)的支撐板(30)的定位系統(31、36)，真空密封工作室(29)，其中用于生成基質上的熔化池和用于熔化在所述系統中原材料的能量源是氣體放電電子束槍(2)，所述氣體放電電子束槍(2)具有在兩個圓形陽極電極之間與陰極(8)共軸放置的冷圓形陰極(8)，所述氣體放電電子束槍生成的電子束(9)的形狀是空心倒圓錐狀，并且供給引導(17)沿著所述電子束槍(2)的軸放置，并且在一個功能組件中結合所述氣體放電電子束槍(2)和所述供給引導(17)。

技術領域

本發明涉及增材制造(additive manufacturing)，更具體地涉及用于通過原材料在 移動基質(moving substrate)上層化沉積的方式來制備三維物體的方法和系統，其中將 原材料供給到所述基質上的沉積區域，通過電子束熔化，然后當離開加熱區域時凝固，因而形成材料的沉積層。

背景技術

根據通過原材料在基質上層化沉積的方式形成三維物體，當將原材料供給到相對于 基質移動的熔化區域，由能量束(如電子束)熔化，然后當離開加熱區域時凝固，形成 材料的固體沉積層，存在用于制備三維物體的方法和設備(例如美國專利 US7,168,935)。這些方法和設備具有共同的特征，如使用焊接式熱軸電子束槍作為能 量源，用于在基質上形成熔化池和熔化原材料。這種類型的槍具有合適的電流電壓特性， 首先是相當高的加速電壓(60kV或更高)，并且在工作室中需要合適的工作條件，首 先是高真空(通常10^-2Pa和更高)。同樣，在這種方法和設備中的電子束落到與其表 面垂直的基質上，并且原材料，通常是金屬線，會從一側以某一銳角供給到熔化區域。

這些特性造成一些技術問題和經濟問題，其中必須強調如下問題：

-需要在工作室中生成高真空，這使得因為要使用昂貴的高真空泵所以造成器材成 本的明顯增加，并且因為在每個生產循環之前需要排空工作室而增加了時間，所以器材的效率下降；

-用于操作焊接式電子束槍需要相對高的加速電壓，這造成工作室內部生成X射線， 并且保護工作人員免于輻射影響，需要把工作室墻的厚度變厚很多，這增加了整個制備 系統的重量；

-焊接式電子束槍必須裝配單獨的高真空泵，以在技術工藝中對陰極有可靠的保護， 這增加了器材的成本，并且使得整個系統更大、更重也更復雜；

-焊接式電子束槍陰極是由相當昂貴的材料制成，然而使用時間卻相當有限；

-由于技術原因，使用粉末作為原材料來沉積非常復雜；

-難于把原材料與電子束以精確協同的控制方式提供到基質-熔化區域上的相同點， 特別是要考慮到這個區域相對于基質在不斷地移動，又特別是當電子束槍和供給方式兩 者是平行移動并要提供這種相對移動的情況；

-由于是從一側以銳角把原料金屬線供給到熔化區域，在金屬線之下的基質上會形 成陰影區，由于熔化的原材料在固體非熔化的基質之上沉積，這一事實可以在沉積層中造成多孔性或孔洞，由于相同的原因，在熔化區域周圍會形成相當復雜的不規則的溫度場，造成對于在各個點的特定的凝固速率產生的經沉積材料結構的控制更加復雜地多， 另外，金屬線從頂部單側加熱，可以由于溫度梯度而造成金屬線的彎曲，使得難于精確 和穩定地把原料金屬線直接供給到熔化區域。

跟本發明最相似的技術方案是美國專利US7,073,561，“固體自由形態制造系統和方法”。