[發明專利]用于使用激光器陣列制造部件的系統及方法

有效

• 申請號: 201810020937.3
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108284225B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: J.H.卡爾普;J.J.小甘博內;M.E.格雷厄姆;D.C.小博格丹;V.P.奧斯特羅弗科夫;W.T.卡特;H.K.小馬修斯;K.G.哈爾丁;石進杰;M.G.瓊斯;J.W.西爾斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;劉春元

一種基于粉末床并通過移動激光器陣列跨越所述粉末床而制造的部件。所述激光器陣列包括多個激光裝置。獨立地控制所述多個激光裝置中每一激光裝置的功率輸出。所述激光器陣列從所述多個激光裝置中的多個所選激光裝置發射多個能量束以在所述粉末床中產生熔體池。由所述多個所選激光裝置產生非均一能量強度分布。所述非均一能量強度分布促進產生具有預定特性的熔體池。

技術領域

本文中公開的主題大體上涉及增材制造系統，且更具體地說涉及用于使用具有非均一能量強度分布的激光器陣列制造部件的方法和系統。

背景技術

至少一些增材制造系統涉及金屬部件的形成，用以獲得凈形或近凈形的部件。此方法能以改進的制造效率及降低的成本來用昂貴材料生產復雜部件。至少一些已知的增材制造系統，例如直接金屬激光熔融系統，使用昂貴的大功率的激光裝置和粉末材料，如粉末狀金屬來制造部件。在一些已知的增材制造系統中，部件質量可能由于過量的熱和/或熱的變化通過熔體池內的激光裝置傳遞到金屬粉末而降低，從而產生包括例如不同深度及大小的熔體池。

在一些已知的增材制造系統中，部件質量因為粉末狀金屬與部件周圍的固態材料之間的傳導熱傳遞的變化而降低。因此，通過激光裝置產生的熔體池可變得例如太深且太大，從而導致熔體池更深地滲透到粉末床中，從而將額外的粉末拉到熔體池中。增大的熔體池深度及大小通?？蓪е虏考谋砻婀鉂嵍容^差。另外，在一些已知的增材制造系統中，部件的尺寸準確度及小特征分辨率可能因為表面下結構及金屬粉末的導熱性的可變性而導致的熔體池變化而降低。隨著熔體池大小變化，印刷結構的準確度可能發生變化，尤其在特征的邊緣處。

發明內容

一方面，一種基于粉末床制造部件的方法包括移動激光器陣列跨越粉末床。所述激光器陣列包括多個激光裝置。所述方法還包括獨立地控制所述多個激光裝置中每一激光裝置的功率輸出。此外，所述方法包括從所述多個激光裝置中的多個所選激光裝置發射多個能量束以產生熔體池。另外，所述方法包括由所述多個所選激光裝置產生非均一能量強度分布。所述非均一能量強度分布促進產生具有預定特性的熔體池。

另一方面，一種增材制造系統包括具有多個激光裝置的激光器陣列，其中每一激光裝置被配置成在粉末狀材料層中產生熔體池。所述增材制造系統還包括被配置成移動激光器陣列跨越所述粉末狀材料層的致動器系統。另外，所述增材制造系統包括被配置成產生控制信號以獨立地控制每一激光裝置的功率輸出的控制器。所述控制器還將控制信號發射到每一激光裝置以從多個所選激光裝置發射多個能量束以產生熔體池。此外，所述控制器被配置成由所述多個所選激光裝置產生非均一能量強度分布。所述非均一能量強度分布促進產生具有預定特性的熔體池。

附圖說明

當參考附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解，在所有圖中相同的標記表示相同的部分，在附圖中：

圖1為一種增材制造系統的示意圖；

圖2為供圖1所示的增材制造系統的激光器陣列使用的連接光學件的示意圖；

圖3為俯視粉末床時圖1所示的增材制造系統的示意圖；

圖4為一種用于操作圖1中所示的增材制造系統的控制器的框圖；

圖5為用于圖1中所示的增材制造系統的一種示范性激光器陣列的示意圖；

圖6為用于圖1中所示的增材制造系統的另一種激光器陣列的示意圖；

圖7為用于圖1中所示的增材制造系統的另一種激光器陣列的示意圖；

圖8為用于圖5到7中所示的激光器陣列的光纖的構造的示意圖；

圖9為用于圖5到7中所示的激光器陣列的光纖的陣列布置的示意圖；

圖10為用于圖5到7中所示的激光器陣列的光纖的行偏移陣列布置的示意圖；