[發明專利]通過在線激光掃描器控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法及直接金屬激光熔化制造系統

有效

• 申請號: 201780072028.8
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN109996644B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 杰森·哈里斯·卡普;威廉姆·托馬斯·卡特爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B33Y80/00;B33Y30/00;B23K26/082;B23K26/04;B23K26/06;B23K26/062;B33Y10/00
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

一種控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法，其包括：在粉末床上引導第一激光束(5)以形成熔化池；使第二激光束(6)與第一激光束(5)同軸地對準；以及，使第二激光束(6)的聚焦光斑(26)相對于熔化池橫向偏移，其中，第二激光束(6)加熱但不熔化聚焦光斑內的粉末。

技術領域

本技術大體涉及直接金屬激光熔化(DMLM)的使用，用于在制造或修理部件(更特別地，燃氣渦輪發動機的部件)中使用。

背景技術

增材制造是一種使得能夠對各種材料(包括金屬、陶瓷和塑料)的部件進行“3D打印”的技術。在增材制造中，通過使用高功率激光或電子束調平金屬粉末并且使粉末選擇性地熔融在層內，以逐層方式構建部件。每層之后，增添更多粉末并且激光圖案化下一層，同時使其熔融到先前的層以制造埋在粉末床中的完整部件。增材制造系統和處理被用以依由數字模型制造精密的三維部件。

在現有的粉末床系統中進行構建時，激光束或電子束被用以掃描一層粉末以在粉末床的層中燒結并且熔化所需圖案。對于一些應用，構建可能要求數天的處理時間。DMLM的一個應用是用于飛行器的燃氣渦輪發動機的翼型件的制造和修理。使用常規的鑄造技術難以形成翼型件的幾何形狀，因而已提出使用DMLM處理或電子束熔化處理來制造翼型件。隨著層被構建在彼此之上并且橫截面和橫截面彼此連結，可以產生帶有所要求的幾何形狀的翼型件或其部分，諸如用于修理。翼型件可能要求后處理以提供所需結構特性。

使用DMLM處理的三維金屬部件制造產生極高的溫度梯度和冷卻速率，其導致內部部件應力和開裂。該問題在鎳基超合金之中特別普遍，鎳基超合金在高溫下保持高強度，因此在翼型件中受到關注。盡管需要定制的感應加熱器來達到所要求的溫度，但是，可以使用被加熱的構建平臺來完成無開裂部件制造?？梢越咏谌刍厥褂玫诙す獠⒏睦鋮s速率。然而，現有的雙激光構造要求獨立的兩套光學器件和掃描器，其昂貴且難以協調。

發明內容

根據文中公開的技術的一個示例，一種控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法包含：在粉末床上引導第一激光束以形成熔化池；使第二激光束與第一激光束同軸地對準；以及，使第二激光束的聚焦光斑相對于熔化池橫向偏移，其中，第二激光束加熱但不熔化聚焦光斑內的粉末。

根據文中公開的技術的另一示例，一種直接金屬激光熔化制造系統包含：至少一個激光源，其產生第一激光束和第二激光束；反射器，其能夠繞著兩個軸線傾斜并且被構造成反射第二激光束；束組合器，其使第一激光束通過并且反射從反射器反射的第二激光束；光學系統，其被構造成使第一激光束和第二激光束同軸地對準并且將第一激光束和第二激光束引導至粉末床，其中，第一激光束在粉末床中形成熔化池；控制器，其使反射器傾斜以使第二激光束的聚焦光斑相對于熔化池橫向偏移，其中，第二激光束加熱但不熔化聚焦光斑內的粉末。

根據文中公開的技術的又一示例，一種控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法包含：在粉末床上引導激光束以形成熔化池；以及，使激光束相對于熔化池橫向振蕩，以控制鄰近熔化池的粉末的溫度。

附圖說明

當參考附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地了解本技術的這些及其他特征、方面和優點，附圖中，類似的字符在所有附圖中表示類似的部件，其中：

圖1示意性地圖示控制直接金屬激光熔化增材制造的冷卻速率的在線(in-line)激光掃描器；

圖2示意性地圖示控制直接金屬激光熔化增材制造的冷卻速率的在線激光掃描；

圖3示意性地圖示在直接金屬激光熔化制造期間兩個激光光斑之間或單個激光光斑的兩個狀態之間的關系；以及

圖4示意性地圖示在直接金屬激光熔化制造期間單個激光光斑或多個激光光斑可以跟隨的圖案。

具體實施方式