[發明專利]增材制造設備和方法

在審

• 申請號: 201580065374.4
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN107000321A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 艾德里安·波爾基;杰弗里·麥克法蘭
• 申請（專利權）人: 瑞尼斯豪公司
• 主分類號: B29C64/153
• 分類號: B29C64/153;B29C64/20;B29C64/264;B33Y30/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙)11413
• 代理人: 謝攀,劉繼富

技術領域

本發明涉及增材制造設備和方法。本發明對于選擇性激光熔化(SLM)或選擇性激光燒結(SLS)系統具有特別但非排他性的應用，其中在粉末床選擇性熔化或燒結之前預加熱粉末床。

背景技術

選擇性激光熔化(SLM)和選擇性激光燒結(SLS)設備通過使用諸如激光束的高能量束的材料(諸如金屬粉末材料)的層疊固化來產生物件。通過在粉末床附近沉積一堆粉末并將粉末用擦拭器分散在粉末床(從粉末床的一側到另一側)之間來形成粉末層，從而在構建室中的粉末床上形成粉末層，從而形成層。然后將激光束掃描在對應于正在構造的物件的橫截面的粉末層的區域上。激光束熔化或燒結粉末以形成固化層。在層的選擇性固化之后，粉末床被降低了新固化層的厚度，并且另外的粉末層在表面上分散并根據需要固化。在US6042774中公開了這種裝置的實例。

在構建期間，冷卻期間如固化材料產生的力會導致部件變形，諸如部件向上卷曲。已知構建作為構件的部件的支撐件，用于將部件保持在適當位置。然而，在構建結束時，這種支撐件可能難以移除。此外，當部件從支撐件釋放時，部件中的殘余應力可能導致部件變形。

當熔化/燒結粉末材料時，期望使粉末達到燒結/熔化溫度，同時盡可能少地蒸發材料。然而，用激光加熱粉末層會在熔化整個層厚度上產生降低的溫度梯度。因此，為了在整個層中熔化粉末厚度可能需要該層的上部部分達到顯著高于燒結/熔化溫度的溫度，潛在地導致粉末蒸發(潛在地爆炸性蒸發)。蒸發，特別是爆炸性蒸發，可能導致部件中形成空隙。此外，在部件形成期間，可能在粉末床上的不期望的位置處固化的蒸發材料的部分中形成缺陷。

已知通過在用激光熔化或燒結粉末之前將整個粉末床加熱至接近熔化溫度或燒結溫度的溫度，來減少部件形成期間由激光生成的溫度梯度。WO96/29192公開了位于構建室的邊界壁的上部區域中的加熱線圈。EP1355760公開了提供在支撐粉末床的平臺上或集成到平臺中以在部件形成期間加熱粉末床的加熱板。US2009/0152771公開了用于加熱新施加的粉末層的輻射加熱器。

US2012/0237745 A1公開了一種設備，其中使用散焦均質的能量束來預加熱粉末層。在生產陶瓷或玻璃陶瓷制品的整個過程期間能量束被連續施加，并且在沉積層的整個表面上提供與時間和面積相同的能量。預加熱可以通過激光輻射、電子輻射或微波輻射，優選地進行激光輻射來執行。

已知用于改變對床的不同區域的熱輸入的設備。US6815636公開了一種用于預加熱粉末的分區輻射加熱器，其中熱輸入可以在徑向或圓周方向上變化。控制分區輻射加熱器以調節粉末床溫度，以使與所需設定點溫度的偏差最小化。US2008/0262659公開了一種加熱器托盤，其包括用于加熱粉末床的八個加熱器。加熱器可以在加熱器托盤上重新定位或調節，以提供均勻的散熱到粉末床。US2013/0309420公開了用于調節金屬粉末床溫度的一系列電感器。電感器圍繞構建板的周邊安裝，并包封正在制造的制品。由于存在于粉末床周圍的許多電感器，粉末的溫度可以逐區調節。

在所有這些實例中，為了熔化粉末，可能必須將粉末溫度升高到高于燒結溫度，以在用激光束熔化粉末時顯著降低粉末蒸發的可能性。然而，將粉末升高到高于該溫度將導致粉末燒結在一起并形成“部分餅狀物”。粉末的燒結可以防止未熔化粉末的再循環，用于進一步的構建。

US5508489公開了一種具有燒結束的激光燒結系統，該燒結束具有在粉末床上的焦點和入射在聚焦束焦點附近的區域上的至少一個散焦激光束。散焦束將燒結束周圍的材料的溫度提高到低于燒結溫度的水平，從而降低燒結位置和周圍材料之間的溫度梯度。US8502107公開了通過自由形成燒結和/或熔化形成產品的方法，其中激光束或電子束多次照射預定位置。最初將每個位置加熱至低于材料熔點的溫度，并在隨后的輻射期間加熱至高于熔化溫度的溫度。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種增材制造設備，其包括構建室，該構建室包含用于支撐材料床的支撐件，用于形成材料床層的分層裝置，用于生成激光束或電子束的激光束源或電子束源，以及用于操控激光束或電子束的方向以固化每層的選中區域以形成部件的裝置。

該設備可以進一步包括可控的微波源或無線電波源，以基于選中區域生成微波或無線電波場來有區別地加熱材料床。

微波源或無線電波源可以是可控的以生成微波或無線電波場來選擇性地加熱材料床。