[發(fā)明專利]增材制造期間的金屬冷凝物控制

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110340593.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN113492217A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·A·史密斯;T·W·布朗;H·蔡;M·A·納姆;W·A·波林;R·J·斯庫(kù)瑞斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F12/00
• 分類號(hào): B22F12/00;B22F12/20;B22F10/73;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉茜;王麗輝

本發(fā)明涉及增材制造期間的金屬冷凝物控制。提供了一種用于增材制造的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括限定用于經(jīng)由增材制造來制造零件的腔室的結(jié)構(gòu)。粉末金屬施加器被構(gòu)造成沉積粉末金屬材料層以在構(gòu)建平臺(tái)上構(gòu)建零件。激光源被構(gòu)造成將一個(gè)或多個(gè)激光束引導(dǎo)到粉末金屬材料的每一層上以熔融粉末金屬材料，其中通過激光束（一個(gè)或多個(gè)）接觸粉末金屬材料產(chǎn)生金屬冷凝物。與粉末材料層間隔開的元件具有不同于腔室溫度的溫度，使得該元件被構(gòu)造成借助于該元件與腔室之間的溫差吸引或排斥金屬冷凝物。該方法包括使用具有不同溫度的元件來吸引或排斥腔室內(nèi)的金屬冷凝物。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于通過在順序過程中添加材料、通常是逐層地添加材料來形成零件的增材制造系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

增材制造，也稱為3-D打印，是指通過在三維工作包絡(luò)內(nèi)的順序?qū)硬牧咸砑?接合通過自動(dòng)控制來創(chuàng)建三維物體的過程。物體可以被制造成各種形狀和幾何形狀，并且可以包括犧牲或支撐材料，從而實(shí)現(xiàn)先前不可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)形狀。已知各種增材制造過程，主要區(qū)別在于沉積材料層的方式和所使用的材料。特別地，增材制造過程可包括例如熔融沉積成型、激光燒結(jié)、電子束熔化、和噴墨3D打印，使用諸如熱塑性細(xì)絲、金屬粉末、石膏、樹脂和混凝土的材料。

在粉末床熔融過程中，激光束用于將先前整平的粉末材料的每一層熔融成熔融粉末材料的連續(xù)片。在熔融過程期間，激光蒸發(fā)一些粉末并產(chǎn)生納米大小或微米大小的粉塵，稱為“冷凝物(condensate)”。冷凝物可在腔室內(nèi)積聚。例如，冷凝物可在腔室壁上、在激光透鏡上以及在所制造的物體的所鋪設(shè)的粉末上累積。

在金屬增材制造的情況下，花費(fèi)數(shù)小時(shí)或甚至數(shù)天來使用真空從構(gòu)建腔室清理冷凝物并用異丙醇擦拭以擦洗構(gòu)建腔室。清理過程顯著地減慢了增材制造過程，這顯著地阻礙了金屬增材制造用于任何大量生產(chǎn)的使用。此外，粉末床或在構(gòu)建之后待再循環(huán)的粉末的冷凝物污染可通過造成零件內(nèi)的缺陷以及造成過程中的另外延遲而降低零件質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本公開提供了一種在粉末床熔融制造過程期間幫助控制金屬冷凝物的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括使用冷卻的和/或加熱的元件來吸引或排斥金屬冷凝物。因此，金屬冷凝物可被構(gòu)建腔室內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)加熱的元件排斥和/或被構(gòu)建腔室內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)冷卻的元件收集。

在一種可與本文所公開的其他形式組合或分開的形式中，提供了一種增材制造系統(tǒng)，其包括限定用于經(jīng)由增材制造來制造零件的腔室的結(jié)構(gòu)。該腔室具有腔室溫度。粉末金屬施加器被構(gòu)造成沉積粉末金屬材料層以在構(gòu)建平臺(tái)上構(gòu)建零件。激光源被構(gòu)造成將一個(gè)或多個(gè)激光束引導(dǎo)到粉末金屬材料的每一層上以熔融粉末金屬材料，其中通過激光束（一個(gè)或多個(gè)）接觸粉末金屬材料產(chǎn)生金屬冷凝物。元件與粉末材料層間隔開。所述元件具有不同于所述腔室溫度的元件溫度，并且所述元件被構(gòu)造成借助于所述元件與所述腔室之間的溫差吸引或排斥所述金屬冷凝物。

在可與本文所公開的其他形式組合或分開的另一形式中，提供了一種增材制造方法，其包括將粉末金屬材料逐層地沉積到腔室內(nèi)的構(gòu)建平臺(tái)上，所述腔室具有腔室溫度。該方法還包括將一個(gè)或多個(gè)激光束引導(dǎo)到腔室中以接觸粉末金屬材料的每一層，從而熔融粉末金屬材料以用于增材制造，其中由激光束（一個(gè)或多個(gè)）接觸粉末金屬材料產(chǎn)生金屬冷凝物。該方法還包括用具有不同于該腔室溫度的元件溫度的元件吸引或排斥該金屬冷凝物。