[發明專利]粉末床重涂器設備及其使用方法

有效

• 申請號: 201810980500.4
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109420766B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: R·凱爾科;D·巴恩哈特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22F12/50
• 分類號: B22F12/50;B22F12/90;B22F3/105;B33Y40/00
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

本公開內容涉及用于在增材制造過程期間將粉末供應至粉末床的系統，方法及設備。重涂器設備包括粉末儲存器，以及用于將粉末從粉末儲存器傳送至粉末床的粉末分配系統。重涂器設備還包括至少兩個掃掠帶，其中粉末分配系統中的至少一個出口位于兩個掃掠帶之間，以便屏蔽粉末分配系統的出口。

技術領域

本公開內容主要涉及適于執行增材制造(“AM”)工藝的方法及系統，例如通過直接熔融激光制造(“DMLM”)。該工藝使用能量源，能量源發射能量束來熔合粉末材料的連續層，以形成期望的物體。更具體而言，本公開內容涉及使用重涂器刀片來分配和平滑粉末的方法及系統。

背景技術

例如，增材制造(AM)技術可包括電子束自由形式制造、激光金屬沉積(LMD)、激光線金屬沉積(LMD-w)、氣體金屬電弧焊、激光加工近形(LENS)、激光燒結(SLS)、直接金屬激光燒結(DMLS)、電子束熔化(EBM)、粉末給送定向能量沉積(DED)，以及三維打印(3DP)。相比減材制造方法，AM工藝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)，但AM涵蓋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。一般來說，獨立物件能夠通過計算機輔助設計(CAD)模型制造。舉例來說，特定類型的AM工藝使用能量束，例如，電子束或電磁輻射如激光束，以燒結或熔化粉末材料和/或線材，以產生材料在其中結合在一起的固體三維物體。

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。更確切地說，燒結需要在低于粉末材料的熔點的溫度下熔化(凝聚)粉末顆粒，而熔化需要完全熔化粉末顆粒以形成固體均勻物質。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。電子束熔化(EBM)使用聚焦的電子束來熔化粉末。這些工藝涉及連續地熔化粉末層來以金屬粉末構成物體。

圖1是示出用于直接金屬激光燒結(“DMLS”)或直接金屬激光熔化(DMLM)的示例性常規系統110的橫截面視圖的示意圖。例如，設備110通過使用由諸如激光器120的源生成能量束136燒結或熔化粉末材料(未示出)來以逐層方式(例如，層L1、L2和L3，其出于圖示目的夸大了比例)構成零件122。待由能量束熔化的粉末由儲存器126供應，且使用沿方向134行進的重涂器臂116均勻地散布在構建板114上來將粉末保持在一定水平118，且將延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料去除至廢物容器128。能量束136燒結或熔化在振鏡掃描器132的控制下構成的物體的橫截面層(例如，層L1)。構建板114降低，且另一個粉末層(例如，層L2)散布在構建板和待構建的物體上，接著由激光器120連續熔化/燒結粉末。重復該過程，直到零件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。在完成零件122的制造后，可以將多個后處理工藝施加于零件122。后處理程序包括例如通過吹氣或抽真空、加工、噴砂或介質噴砂來除去多余粉末。此外，例如，常規后處理可涉及例如從構建平臺/基底通過加工來除去零件122。其它的后處理程序包括應力釋放過程。此外，熱和化學后處理程序能夠用于對零件122進行表面處理。

上述AM工藝由執行控制程序的計算機來控制。例如，設備110包括處理器(例如，微處理器)，其運行固件、操作系統或提供設備110與操作者之間的界面的其它軟件。計算機接收待形成的物體的三維模型作為輸入。例如，三維模型使用計算機輔助設計(CAD)程序生成。計算機分析模型，且提出用于模型內的每個物體的工具路徑。操作者可限定或調整掃描圖案的各種參數，如功率、速度和間距，但大體上不會直接地編程工具路徑。本領域的普通技術人員將完全認識到，前述控制程序可適用于任何前述AM工藝。