[發明專利]增材制造的方法和裝置

有效

• 申請號: 201980028143.4
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN112020403B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·卡爾松;拉斯·羅格倫
• 申請（專利權）人: 阿爾卡姆公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B29C64/153;B29C64/205
• 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

提供了一種用于通過在處理室中選擇性地逐層固化粉末材料來增材制造三維物體的增材制造設備，其中該設備包括：粉末分配器，其可在構建箱的構建區域上移動，以用于在構建區域上施加粉末材料層；固化裝置，其用于在與要制造的物體的橫截面對應的位置處選擇性地固化所施加的粉末層；以及控制單元，其適于重復施加和選擇性地固化的步驟，直到完成物體，其中，用于支撐粉末分配器的至少一個支撐結構和/或與其相關聯的波紋管組件可連接至處理室外部的冷卻/加熱介質供應源，并且支撐結構和/或波紋管組件適于將冷卻/加熱介質輸送至粉末分配器和從粉末分配器輸送冷卻/加熱介質。某些實施例進一步或替代地包括波紋管組件，其連接到或可連接到位于處理室外部的冷卻/加熱介質供應源，該波紋管組件構造成用于將冷卻/加熱介質輸送到粉末分配器和從粉末分配器輸送冷卻/加熱介質。

技術領域

本發明涉及粉末床熔融增材制造的方法和裝置。

背景技術

使用電子束熔化(EBM)或激光束熔化的自由形式制造或增材制造(AM)是用于由粉末形成固體三維制品的方法。通過連續熔融粉末層的選定區域來逐層形成三維制品，該選定區域對應于三維制品的連續層。諸如金屬粉末的粉末層沉積在構建區域上，并且電子束或激光束用于選擇性地熔化構建區域的粉末層。熔化的材料與下面的層熔融并固化以形成固體三維制品的頂層。另一層粉末被沉積在前一層上，并且電子束或激光束用于選擇性地熔化構建區域的另一層粉末。熔化的材料固化并形成熔融到前一固體層上的另一固體層。對多層重復該過程，直到獲得所需的制品的3D幾何形狀。

用于形成這種三維制品的設備可以具有要在其上形成三維制品的構建臺，用于將粉末輸送到構建臺(構建區域)以形成粉末層的粉末分配器，以及用于提供用于熔化粉末的能量束的電子束源或激光束源。構建臺布置在構建箱中，構建箱又布置在由殼體形成的處理室中。當使用EBM時，構建室是真空室。

通過首先由粉末分配器將預定量的粉末分配到構建臺上來創建粉末層。因此，粉末分配器可以被再次在構建臺上移動一次或幾次，以便平整任何粉末表面的不規則性。由于完成的三維制品將失去尺寸穩定性和/或具有降低的機械性能，因此要熔融的粉末材料的厚度不均勻是一個問題。粉末層施加質量差的另一個問題是，必須多次進行粉末分布或粉末層平滑處理，以便獲得所需的結果。這種多次粉末施加/平滑需要時間，并且可能會影響構建的局部溫度，因為在此過程中熱量可能會從構建中消失。這可能意味著與單個粉末施加處理相比，需要向構建提供更多粉末。

發明內容

本發明的目的是提供一種裝置，該裝置提供了較短的增材制造過程，同時在增材制造中提供了更精確的粉末分布。

該目的是通過一種增材制造設備來實現的，該增材制造設備用于通過在處理室中選擇性地逐層固化粉末材料來增材制造三維物體，其中該設備包括：粉末分配器，粉末分配器能夠在構建箱的構建區域上移動以在其上施加粉末材料層；固化裝置，固化裝置用于在與要制造的物體的橫截面對應的位置處選擇性地固化所施加的粉末層；控制單元，控制單元適于重復施加和選擇性地固化的步驟，直到完成物體為止；其中用于支撐粉末分配器的至少一個支撐結構可連接至位于處理室外部的冷卻/加熱介質供應源，并且支撐結構適于將冷卻/加熱介質輸送到粉末分配器以及從粉末分配器輸送冷卻/加熱介質。

本發明的示例性優點是粉末分配器可以保持在更恒定的溫度，這意味著粉末分配器的形狀可以或多或少地恒定。本發明的另一個示例性優點是對于檢測粉末層表面的溫度或形貌變化的檢測器或傳感器來說，粉末分配器可以在更安全的地方。本發明的另一個示例性優點是，內部冷卻和/或加熱的粉末分配器可以降低粉末顆粒在其外表面上粘附的風險。原因是它的溫度低于非冷卻的粉末分配器。本發明的另一個示例性優點是，相對于由于在不同場合粉末分配器的溫度不同而引起的如膨脹和/或收縮的溫度變化機械問題，可以更好地控制溫度控制的粉末分配器。

在本發明的一個示例性實施例中，用于支撐粉末分配器的支撐結構具有在處理室內部的至少第一部分和在處理室外部的至少第二部分，至少第一部分連接至粉末分配器，至少第二部分可連接至冷卻/加熱介質供應源。