[發明專利]在基于粉末的增材制造中增長壓縮室以在增長部件上減輕粉末負載的方法和設備

有效

• 申請號: 201810549610.5
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108971486B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: D.M.科斯梅爾
• 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: 肖日松;劉林華

本發明涉及用于利用壓縮室來減少增長物體上的壓力的增材制造(AM)的方法和設備。本發明提供一種用于制造物體的方法。該方法包括:(a)在構建平臺之上的構建區域中照射粉末層以形成熔化區域；(b)在構建區域上方提供后續粉末層；和(c)重復步驟(a)和(b)直到物體的至少一部分、至少一個室、和管在構建區域中形成。室封裝未熔化粉末區域并且管從構建平臺內的通道延伸到室。該方法還包括(d)通過管和通道從室內移除未熔化粉末。本發明還提供一種用于在物體內形成壓縮室的設備。

技術領域

本發明涉及用于在構建物體的過程中熔化粉末(fuse powder)的增材制造(AM)的方法，以及將在這些AM過程中使用的新型壓縮室。

背景技術

相比減材制造方法，AM過程大體涉及積聚一種或多種材料以制造凈形或近凈形(NNS)物體。盡管“增材制造”是工業標準術語(ASTM F2792)，AM包括以多種名稱公知的多種制造和成型技術，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技術能夠由范圍廣泛的材料制造復雜部件?？傮w而言，獨立物體能夠通過計算機輔助設計(CAD)模型制造。特定類型的AM過程使用能量束、例如電子束或諸如激光束之類的電磁輻射來燒結或熔融粉末材料，從而形成其中粉末材料顆粒結合在一起的固體三維物體。使用不同的材料系統，例如工程塑料、熱塑性彈性體、金屬、和陶瓷。激光燒結或熔融是用于快速制造功能原型和工具的常見的AM過程。應用包括直接制造復雜工件、用于熔模鑄的圖案、用于注塑成型和壓鑄的金屬模具、和用于砂模鑄造的模具和型芯。在設計周期期間制造增強通信和測試概念的原型物體是AM過程的其它常見用途。

選擇性激光燒結、直接激光燒結、選擇性激光熔融、和直接激光熔融是用于表示通過使用激光束來燒結或熔融細粉來制造三維(3D)物體的常見工業術語。例如，美國專利號4,863,538和美國專利號5,460,758描述了傳統激光燒結技術。更準確地說，燒結需要在低于粉末材料的熔點的溫度下熔化(聚結)粉末顆粒，而熔融需要完全熔化粉末顆粒以形成固體均質塊。與激光燒結或激光熔融相關的物理過程包括向粉末材料傳熱并且隨后燒結或熔融粉末材料。盡管激光燒結和熔融工藝能夠應用于范圍廣泛的粉末材料，但是生產流程的科學和技術方面，例如層制造過程期間例如燒結或熔融率和工藝參數對微結構演變的影響尚未得到很好地理解。該制造方法伴隨著多種模式的熱量，質量和動量轉移，以及化學反應，使得過程非常復雜。

圖1是示意圖，其中示出了用于直接金屬激光燒結(DMLS)或直接金屬激光熔融(DMLM)的示例性傳統系統100的橫截面圖。設備100通過使用由諸如激光器120之類的源產生的能量束136燒結或熔融粉末材料(未示出)以逐層方式構建物體、例如部件122。通過能量束熔融的粉末由容器126供給并且使用重涂臂(recoater arm)116將這樣的粉末均勻地散布在構建板114上方，以將粉末保持在水平118處并且將在粉末水平118之上延伸的過量粉末材料移除到廢物容器128。在振鏡掃描器132的控制下，能量束136燒結或熔融構建的物體的剖面層。構建板114下降并且另一層粉末散布在構建板和被構建的物體之上，之后通過激光器120連續熔融/燒結粉末。重復該過程，直到部件122由熔融/燒結粉末材料完全建成。激光器120可以由計算機系統控制，該計算機系統包括處理器和存儲器。計算機系統可以確定每一層的掃描模式并且控制激光器120以根據掃描圖案照射粉末材料。在完成部件122的制造后，可以將多個后處理工藝施加于部件122。后處理工藝包括例如通過吹氣或抽真空來移除未熔化粉末。其它的后處理工藝包括應力釋放工藝。此外，機械、熱、和化學后處理工藝能夠用于對部件122進行最終處理。

EP1521657公開了一種金屬工件，該金屬工件由預制下部部件和使用金屬粉末燒結工藝放置在其上的上部件組成。預制下部部件和上部件二者包括冷卻通道，該冷卻通道可以用于在注塑成型工藝期間對工件冷卻。