[發明專利]通過實時和原位調整生長參數進行增材制造的設備和方法

有效

• 申請號: 201811031112.8
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109454235B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: D·M·科斯米爾
• 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;B33Y50/02
• 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

提供一種用于物體的基于粉末的增材制造的設備。所述設備包括粉末輸送機構，粉末重涂機構，輻照束引導機構和溫度控制機構，溫度控制機構至少測量構建物體的至少一個生長部分的實時溫度。所述設備包括構建單元，定位機構和旋轉機構。所述構建單元附接到所述定位機構，從而實現所述構建單元在至少兩個維度中的獨立移動。所述構建單元還附接到所述旋轉機構，并且在生產期間在構建平臺上方圍繞所述構建平臺旋轉。一種使用所述設備制造物體的方法包括以下的重復循環：將粉末沉積到構建平臺上、輻照所述粉末的至少一個選定部分以形成至少一個熔合層，以及測量所述至少一個熔合層的至少一個選定部分的實時溫度。

技術領域

本公開主要涉及增材制造設備和方法。更具體地說，本公開涉及使得構建物體的生長部分的實際溫度能夠進行測量，確定和相應調整以使得所述部分可以冷卻和凝固成恰當大小或所要大小的設備和方法。

背景技術

增材制造(AM)包括用于以增材分層方式生產部件的各種技術。粉末床熔合是最受歡迎的AM技術之一，在粉末床熔合中，聚焦能量束用于將粉末顆粒分層地熔合在一起。能量束可以是電子束或激光。激光粉末床熔合工藝在行業內有許多不同的名稱，其中最常見的是選擇性激光燒結(SLS)和選擇性激光熔化(SLM)，這取決于粉末熔合工藝的性質。當要熔合的粉末是金屬時，通常使用術語直接金屬激光燒結(DMLS)和直接金屬激光熔化(DMLM)。

參考圖1，諸如系統100的激光粉末床熔合系統包括固定且封閉的構建腔室101。在構建腔室101內部的是在一個端部處的構建板102和相鄰的進料粉末貯存器103以及在另一個端部處的過量粉末容器104。在生產期間，進料粉末貯存器103中的升降機105使用重涂器刀片106提升規定劑量的粉末以散布在由構建板102限定的構建表面上。粉末溢出物被收集在粉末容器104中，并且任選地進行處理以在再使用之前篩出粗顆粒。

使用例如激光束108在每個層中輻照粉末層的選定部分107，從而形成熔池(meltpool)。在輻照之后，構建板102下降一距離，該距離等于正在構建的物體109中的一個層厚度。然后，隨后的粉末層被覆蓋在最后一層之上，重復該過程直到物體109完成。使用振鏡掃描儀110來控制激光束108的移動。按照計算機輔助設計(CAD)數據以構建物體109的方式進行選擇性輻照。

粉末床技術已經顯示出了所有已知金屬AM技術中的最佳分辨能力。然而，特別是對于較大物體，制造過程的參數，例如輻照束的強度，速度或持續時間，需要得到有效控制，以便產生具有大小，幾何結構或配置不同的多個部分的此類較大物體。

在一些情況下，作為控制輻照束參數的添加或替代，可以控制粉末床中的熔池的溫度。例如，US 2017/0051386(轉讓給通用電氣公司)描述一種制造方法，其中使用第一加熱器將定位于底板上的襯底加熱到預定溫度，接著使用激光在襯底的表面上形成熔池。將超合金粉末引入到熔池中，并測量熔池的溫度，接著相應地調整熔池的溫度。

然而，在構建過程中改變粉末床中的熔池的熱狀態可導致正在構建的部分的橫截面相對于構建物體的“基線”，即參考基線位置，產生熱驅動偏差。如果未經補償，那么構建物體和設備之間的這一熱運動可導致大小和位置相對于最合乎需要的大小和位置產生較小尺寸誤差。

鑒于前述內容，需要制造設備和方法，其可以改進的精度處理物體的生產，特別是具有大小、幾何結構或配置不同的多個部分的物體，且處理方式既節省時間又節省成本，同時使原料的浪費最少。

發明內容

下文呈現了一個或多個方面的簡要概述，以便提供此類方面的基本理解。本概述并不是對所有能夠構想到的方面的廣泛概述，并且既非旨在確定所有方面的關鍵因素也非旨在描述任何或所有方面的范圍。其目的在于以簡化形式展示一個或多個方面的一些概念，以引出下文呈現的更詳細描述。