[發明專利]激光增材制造控制系統和方法

在審

• 申請號: 202011329245.0
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112828312A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 程渤;C·圖費爾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F12/70;B22F12/90;B22F10/28;B22F10/322;B22F10/85;B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉藝詩;周學斌

提供了激光增材制造控制系統和方法。一種用于控制激光增材制造系統中保護氣體對粉末顆粒攝取的計算方法。該計算方法包括接收激光增材制造系統的氣體流體域、粉末床域和入口保護氣體流速。該方法進一步包括基于入口保護氣體流速和氣體流體域確定氣體流體域內的最大氣體流速。該方法還包括基于入口保護氣體流速和粉末床域確定氣體流體域內的閾值攝取流速。該方法還包括響應于最大氣體流速和閾值攝取流速，控制激光增材制造系統中保護氣體的粉末顆粒攝取。

技術領域

本公開涉及激光增材制造控制系統和方法。

背景技術

選擇性激光熔化（SLM）是由于其從多種不同的金屬和合金生產高分辨率和高密度零件的潛力而吸引了大量興趣的激光增材制造系統和過程。在SLM過程中，利用高能激光束將金屬粉末顆粒熔化并且熔合到熔池中。通常，與SLM過程相關聯的高局部溫度超過材料汽化點并引起汽化。該蒸發過程可以引起蒸汽射流效應，其導致從熔池生成排放物。這樣的排放物可以包括蒸汽射流內的粉末顆粒和由于強表面張力效應而從熔池中噴射的液滴。這些噴射的顆粒通常被稱為飛濺物。這樣的飛濺物可能重新沉積在粉末顆粒和熔池上，從而限制了構建區域，并對結果所得的零件的構建質量有不利影響。

發明內容

根據一個實施例，公開了一種用于控制保護氣體對粉末顆粒攝取的激光增材制造系統。該系統包括：入口，被配置為引進保護氣體流；主室，被配置為接收保護氣體流；出口，被配置為排出保護氣體流；基板，位于入口和出口之間并被配置為支撐具有多個顆粒的粉末床；激光器，被配置為熔化粉末床的預定義區域以形成熔池；以及控制器，具有用于存儲將由控制器執行的機器指令的非暫時性存儲器，并且操作性地連接到入口。該機器指令當由控制器執行時實現以下功能：接收主室的氣體流體域、粉末床的粉末床域、以及入口保護氣體流速；基于入口保護氣體流速和氣體流體域確定氣體流體域內的最大氣體流速；基于入口保護氣體流速和粉末床域確定氣體流體域內的閾值攝取流速；以及響應于最大氣體流速和閾值攝取流速，控制激光增材制造系統中保護氣體的粉末顆粒攝取。

根據另一個實施例，公開了一種用于控制激光增材制造系統中保護氣體對粉末顆粒攝取的計算方法。該方法包括接收激光增材制造系統的氣體流體域、粉末床域和入口保護氣體流速；基于入口保護氣體流速和氣體流體域確定氣體流體域內的最大氣體流速；基于入口保護氣體流速和粉末床域確定氣體流體域內的閾值攝取流速；以及響應于最大氣體流速和閾值攝取流速，控制激光增材制造系統中保護氣體的粉末顆粒攝取。

根據又一實施例，公開了一種計算機可讀介質。該計算機可讀介質包括用于存儲將由計算機執行的機器指令的非暫時性存儲器。該機器指令當由計算機執行時實現以下功能：接收激光增材制造系統的氣體流體域、粉末床域和入口保護氣體流速；基于入口保護氣體流速和氣體流體域確定氣體流體域內的最大氣體流速；基于入口保護氣體流速和粉末床域確定氣體流體域內的閾值攝取流速；以及響應于最大氣體流速和閾值攝取流速，控制激光增材制造系統中保護氣體的粉末顆粒攝取。

附圖說明

圖1A和圖1B分別描繪了示出理想氣體流和非理想保護氣體流的SLM構建室的示意性側視圖。

圖2是可以被利用來實現一個或多個實施例的計算方法的計算平臺的示意圖。

圖3A描繪了被配置用于與一個或多個實施例的計算方法一起使用的SLM構建室的示意性透視圖。

圖3B是描繪了從入口軌道朝向出口的保護氣體流的SLM構建室的示意性側視圖。

圖3C是SLM構建室的示意性側視圖，其示出了被配置用于與計算方法的一個或多個步驟一起使用以模擬保護氣體流和金屬粉末顆粒之間的相互作用的氣體流體域和粉末床域。

圖4A描繪了在重力下落入容器內的不同尺寸的金屬粉末顆粒的示意性透視圖。

圖4B描繪了在重力（g）下不同尺寸的金屬粉末顆粒已經落入容器內之后沉降粉末床的示意性透視圖。