[發明專利]用于增材制造的設備及方法

有效

• 申請號: 201880043285.3
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN111050954B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 李林;韋超;張小冀
• 申請（專利權）人: 曼徹斯特大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B29C64/209
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭紅梅

提供了一種由包括具有第一組成的顆粒的第一材料對制品的一部分進行增材制造的設備(100)。設備(100)包括層提供裝置(110)，該層提供裝置用于由包括具有第二組成的顆粒的第二材料提供第一支承層，其中，第一組成和第二組成是不同的。設備(100)包括凹面限定裝置(120)，該凹面限定裝置用于在第一支承層的暴露表面中限定第一凹面。設備(100)包括沉積裝置(130)，該沉積裝置用于在限定在第一支承層中的第一凹面中沉積第一材料的一部分。設備(100)包括找平裝置(140)，該找平裝置(140)用于選擇性地找平在所述第一凹面中的經沉積的第一材料。設備(100)包括第一熔合裝置(150)，該第一熔合裝置用于通過至少部分地融化顆粒來熔合在第一凹面中的經找平的第一材料的一些顆粒，由此形成制品的層的第一部分。以這種方式，第二材料可以由此用于在制品的一部分的增材制造期間提供支承結構。

技術領域

本發明涉及增材制造，諸如粉末床熔合。

背景技術

增材制造(AM)，俗稱三維(3D)打印，通常指的是用于在計算機控制下，將材料層順序(sequentially)形成來創建制品或對象的方法。增材制造提供了包括內部空洞的具有復雜形狀、幾何圖形或結構的制品的創建(creation)，而該制品的創建根據諸如加工、或傳統鑄造、或模制方法的傳統減材制造方法可能容易形成。適合于增材制造的材料包括金屬、陶瓷、玻璃和聚合物。

ISO/ASTM52900-15定義了增材制造方法的七種類型，包括粉末床熔合。具體地，諸如選擇性激光融化(SLM)的粉末床熔合技術是適合于例如金屬制品的創建。為了創建制品的相對復雜的形狀，在增材制造的中間階段，可能需要支承結構以支承順序形成的材料層。支承結構可以提供結構支承，并且附加地或可選地，可提供用于懸伸(overhanging)結構的錨固、熔池散熱和/或熱變形的預防。在諸如SLM的粉末床熔合技術中，支承結構是由與制品相同的材料形成。在形成制品之后，由于支承結構可能熔合至制品和/或位于不可及的內部空洞中，支承結構的去除可能是問題。而且，由于支承結構由與制品相同的材料形成，增加了材料消耗，由此增加了成本。此外，由于因在這些粉末床熔合技術中的熱循環的影響和/或污染，未熔合的材料的再使用和再循環可能受到妨礙。廢料的處置可能是對環境有害的。

此外，傳統的SLM，由于是基于使用跟隨例如選擇性激光熔合的輥子或刀片將材料層覆蓋在構建平臺上，在每個具體層中僅提供單個材料的打印，因此限制了以這種方式創建的制品的結構、功能、和/或性質。

因此，需要改進增材制造。

發明內容

除了其他目的，本發明的一個目的在于提供用于增材制造的設備和方法，至少部分地消除(obviates)或減輕(mitigates)現有技術中的至少一些缺點(無論在本文中提及或其他地方確定的)。例如：本發明的實施例的目的在于提供促進支承結構從由此形成的制品上的去除的增材制造的設備和增材制造的方法。例如，本發明的實施例的目的在于提供具有減少的材料消耗的增材制造的設備和方法，其能夠使未熔合的材料的再使用和再循環。例如，本發明的實施例的目的在于提供允許形成由多種材料制成的制品的增材制造的設備和方法。例如，本發明的實施例的目的在于提供允許形成在具體的層(即：層內)和/或在連續的層(即：夾層)內的由多種材料制成的制品的增材制造的設備和增材制造的方法。

本發明的第一方面提供由包括具有第一組成的顆粒的第一材料對制品的一部分進行增材制造的設備，該設備包括：層提供裝置，其用于由第二材料提供第一支承層，該第二材料包括具有第二組成的顆粒，其中，該第一組成和所述第二組成是不同的；凹面限定裝置，其用于在第一支承層的暴露表面中限定第一凹面；沉積裝置，其用于在限定在第一支承層中的第一凹面中沉積第一材料的一部分；找平裝置，其用于選擇性地找平在第一凹面中的經沉積的第一材料；以及第一熔合裝置，其用于通過至少部分地融化顆粒而將在第一凹面中的經找平的第一材料的一些顆粒熔合，由此形成制品的層的第一部分。