[發明專利]由溫度變化導致的構建失敗減少的用于增材制造部件的方法

有效

• 申請號: 202010087901.4
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111545747B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 約翰納坦·田納西·烏加特;約翰·埃里克·布隆伯格;張學峰;約翰·威廉·穆爾斯;賈斯汀·邁克爾·斯特克里;薩米爾·蘇倫德拉·帕拉斯尼斯;胡鄭雋
• 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: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

一種用于增材制造部件的方法包括：經由增材制造系統接收部件的幾何形狀，并且經由增材制造系統的能量束根據所述幾何形狀在構建平臺頂上逐層地熔化和熔合材料，以便堆積形成部件的多個層。該方法還包括基于幾何形狀確定從多個層中的一個層到下一個層的表面面積變化。進一步，該方法包括在多個層中的一個或多個層的構建之間暫時中斷通過能量束熔化和熔合材料，以便當表面面積變化超過預定閾值時，在構建多個層中的一個或多個層之后提供延遲。這樣，延遲允許一個或多個先前構建的層至少部分地冷卻，以便消除和/或減少在最終部件中發生的構建失敗。

技術領域

本公開大體上涉及增材制造，并且更具體而言，涉及用于增材制造部件以減少構建過程期間由溫度變化導致的最終部件中的構建失敗的方法。

背景技術

與減材制造方法相比，增材制造(AM)過程通常涉及堆積一種或多種材料以制造凈形或近凈形(NNS)物體。例如，在被稱為直接金屬激光燒結(DMLS)或直接金屬激光熔化(DMLM)的特定種類的AM過程期間，設備通過使用能量束燒結或熔化粉末材料以逐層方式構建物體。將被能量束熔化的粉末均勻地鋪展在構建平臺上的粉末床上，并且能量束在照射發射定向裝置的控制下燒結或熔化正在構建的物體的橫截面層。降低構建平臺并將另一層粉末鋪展在粉末床和正在構建的物體上，然后連續熔化/燒結粉末。重復該過程，直到零件完全由熔化/燒結的粉末材料構成為止。

經由DMLM構建的零件通常具有復雜的幾何形狀；因此，在整個零件體積內的熱常數經常由于零件中的幾何變化而變化。此外，每個層的面積和為構建每個層而添加的熱量之間存在直接的相關性。換句話說，隨著層面積增加，構建這種層所需的熱量也增加。隨著添加的熱量的增加，零件的構建質量可能降低，例如由于收縮，層之間不均勻的構建，變化的密度，顏色差異，差的表面質量等。

因此，在本領域中，一種由于部件中的溫度變化而引起的表面積的突然變化導致的構建失敗減少的用于增材制造部件的方法將是受歡迎的。

發明內容

本發明的方面和優點將在下面的描述中部分地闡述，或者可以從描述中顯而易見，或者可以通過實踐本發明來獲知。

在一方面，本公開涉及一種用于增材制造部件的方法。該方法包括經由增材制造系統接收部件的幾何形狀。該方法還包括經由增材制造系統的能量源的能量束根據幾何形狀在部件的構建平臺頂上逐層熔化和熔合材料，以便堆積形成部件的多個層。該方法還包括基于幾何形狀確定從多個層中的一個層到下一個層的表面面積變化。進一步，該方法包括在多個層中的一個或多個層的構建之間暫時中斷通過能量束熔化和熔合材料，以便當表面面積變化超過預定閾值時，在構建多個層中的一個或多個層之后提供延遲。這樣，延遲允許一個或多個先前構建的層至少部分地冷卻，以便消除和/或減少在最終部件中發生的構建失敗。

在另一方面，本公開涉及一種增材制造系統。該增材制造系統包括用于接收部件的幾何形狀的至少一個處理器，用于在制造期間支撐部件的構建平臺，以及通信地聯接到處理器的能量源。能量源被配置成產生至少一個能量束，該至少一個能量束適于根據幾何形狀在構建平臺頂上逐層熔化和熔合材料，以便堆積形成部件的多個層。這樣，處理器進一步被配置成在部件的構建期間控制能量束。更具體地，能量束被配置成在多個層中的一個或多個層的構建之間暫時中斷通過能量束熔化和熔合材料，以便當表面面積變化超過預定閾值時，在構建多個層中的一個或多個層之后提供延遲。這樣，延遲允許一個或多個先前構建的層至少部分地冷卻，以便消除和/或減少在最終部件中發生的構建失敗。

在又一方面，本公開涉及一種用于增材制造部件的方法。該方法包括經由由增材制造系統的能量源產生的能量束熔化和熔合材料，以便在部件的構建平臺頂上構建至少一個第一層。該方法還包括確定從至少一個第一層到隨后的第二層的表面面積變化。進一步，該方法包括中斷通過能量束熔化和熔合材料到第一層上，以便在構建第一層之后提供延遲。此外，可以確定延遲的長度，作為表面面積變化的函數，以便允許至少一個第一層至少部分地冷卻。在延遲之后，該方法包括經由能量束將材料恢復熔化和熔合到至少一個第一層上，以便構建第二層，從而形成部件。