[發明專利]用于大規模增材制造的系統和方法

有效

• 申請號: 202010766155.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112387966B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: R·奧貝
• 申請（專利權）人: 沃爾沃汽車公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王瓊先

能夠大規模生產的增材制造系統。該增材制造系統包括布置成朝向旋轉反射元件發射相干光的脈沖激光器，其中該旋轉反射元件被布置成將激光脈沖朝向多個光重定向元件反射。每個光重定向元件被進一步布置成接收激光脈沖并將該激光脈沖朝向可以基于一個或更多輸送器帶的工作表面重定向。帶上的原材料(例如用于增材制造的金屬基材料)被連續地供應以允許不間斷的生產線。

技術領域

本公開涉及用于大規模增材制造的系統和方法。

背景技術

增材制造(也稱為3D打印)由于由該制造方法提供的靈活性而正變得越來越流行。增材制造可以例如被用于針對例如運輸和汽車工業的備件的按需制造。許多新的CAE(計算機輔助工程)方法產生最佳的部件拓撲，其不容易適合于使用如以下的常規技術的生產(由于它們復雜的細節)：鑄造、焊接、沖壓/按壓、鍛造、擠壓、剪切旋壓、液壓成形等。

一種類型的增材制造方法是粉末床熔合方法(PBF)，在這種情況下激光被施加到定位在工作表面上或模具中的粉末狀合金材料。粉末床熔合增材制造系統典型地包括激光系統，該激光系統被布置成熔化定位在工作臺上的粉末狀合金材料。然而，現有的增材制造系統通常在產量和尺寸上受到限制，并且由此不適合于批量生產。這不利地影響增材制造生產的零件和部件的成本，并限制它們到原型、少量豪華車輛和/或賽車工程的應用。

因此，要求改進以便促進使用增材制造的大規模生產。

發明內容

鑒于增材制造系統的以上提到的期望特性以及現有技術的以上提到的和其它缺點，本發明的目的是提供一種能夠大規模生產的增材制造系統。這可以通過包括布置成朝向旋轉反射元件發射相干光的脈沖激光器的增材制造系統來實現，其中旋轉反射元件被布置成選擇性地和可控制地將激光脈沖朝向多個光重定向元件中選定的一個反射。每個光重定向元件被進一步布置成接收激光脈沖并將激光脈沖朝向可以基于一個或更多輸送器帶的工作表面重定向。帶上的原材料(例如用于增材制造的金屬基材料)被連續地供應以允許不間斷的生產線。

通過控制脈沖激光器朝向旋轉反射元件發射激光脈沖來操作增材制造系統，其中激光脈沖朝向光重定向元件被反射，該光重定向元件有利地包括諸如用于將激光脈沖聚焦到工作表面上的點上的聚焦元件。增材制造系統可以還包括用于將增材材料分布到工作表面上的分布系統。接下來，當聚焦的激光脈撞擊諸如粉末合金的增材材料所定位的工作表面時，該增材材料熔化并固化。對于下一個激光脈沖，旋轉反射元件已經移動，使得下一個激光脈沖被反射到另一個光重定向元件，該另一個光重定向元件又被布置成將激光脈沖聚焦到工作表面上的另一個點。

由此，借助于旋轉反射元件，激光脈沖可以經由多個光重定向元件被分布在較大區域之上。此外，通過增加光重定向元件的數量和通過增加工作表面的區域或通過使用多個工作表面，所描述的系統容易地可擴展。另外，制造設施中的溫度分布優選地被控制為確保增材制造的零件的質量。

因此，借助于所描述的增材制造系統，與單個對象增材制造系統相比，生產率可以以數量級增加。這可以導致與規模經濟相關的優勢，并提高空中/地面車輛的環境性能。此外，當來自增材制造廠的部件的成本和產量與來自常規制造廠的部件的成本和產量相當時，微調、按需制造的部件的廣泛使用將得到促進。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的增材制造系統的示意圖；

圖2是根據本發明的一個實施例的增材制造系統的示意圖；

圖3是根據本發明的一個實施例的增材制造系統的示意圖；

圖4A-B是根據本發明的實施例的增材制造系統的旋轉反射元件的示意圖；

圖5是根據本發明的一個實施例的增材制造系統的光重定向元件的示意圖；

圖6是概述控制根據本發明的一個實施例的增材制造系統的方法的總體步驟的流程圖。

具體實施方式