[發(fā)明專利]提升增材制造工藝粉末利用效率的粉體系統(tǒng)裝置和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110477530.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113441736A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈李耀威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云耀深維（江蘇）科技有限公司
• 主分類號(hào): B22F12/50
• 分類號(hào): B22F12/50;B22F12/60;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州知杭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33310
• 代理人: 夏艷

本發(fā)明涉及提升增材制造工藝粉末利用效率的粉體系統(tǒng)裝置和方法，包括用于粉末的空間可移動(dòng)的鋪粉裝置(20)、用于提供粉末的粉體系統(tǒng)(35)和用于至少控制鋪粉裝置(20)和粉體系統(tǒng)(35)的控制單元(50)，其中粉末系統(tǒng)(35)至少包括第一粉料容器(36)和第二粉料容器(39)。它們各自被設(shè)置為交替地各自充當(dāng)一個(gè)臨時(shí)粉料供應(yīng)容器(33)和一個(gè)臨時(shí)粉料溢流容器(38)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用粉末系統(tǒng)通過增材制造技術(shù)的設(shè)備，以及使用這種設(shè)備成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的加工方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)，即3D打印，通過使用粉末為原材料構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件。粉體材料通過高能的光束聚焦融化，并再次凝固成型，從而獲得指定的空間構(gòu)型。已知的金屬增材制造工藝有激光粉床熔融技術(shù)（LPBF）、電子束熔融技術(shù)或選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。在LPBF工藝中，待加工材料以粉末形式由設(shè)備鋪粉系統(tǒng)在基板平臺(tái)上進(jìn)行薄層沉積。粉末材料在激光聚焦熔融下實(shí)現(xiàn)局部完全熔融、凝固，形成近二維的固體構(gòu)型。然后基板平臺(tái)按指定層厚(通常為20 - 100 μm)進(jìn)行下沉降低，并再次從由鋪粉系統(tǒng)進(jìn)行鋪粉和重復(fù)熔融。整個(gè)加工過程重復(fù)進(jìn)行，直到整體部件完成逐層加工。

然而，在粉體材料的加工過程中，粉體材料的使用效率是一個(gè)關(guān)鍵性問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，已知有兩個(gè)容器，其中在第一個(gè)容器中是原始粉末，在第二個(gè)容器中是基板平臺(tái)和要制造的部件的所在位置。第一個(gè)容器的移動(dòng)式粉體輸送裝置將粉體輸送到加工平面，鋪粉裝置將粉末材料從第一容器位置移動(dòng)到第二容器，實(shí)現(xiàn)鋪粉過程。而多余的粉末會(huì)進(jìn)一步收集到粉體溢流容器中。溢流容器中多余的粉末在增材制造過程結(jié)束時(shí)從設(shè)備系統(tǒng)中取出，經(jīng)過粉篩過程，將部分不合格粉末移除，剩余部分作為下一次加工過程的原材料重復(fù)使用。

這種粉末使用方法的缺點(diǎn)是效率低下，大量粉末不能用于生產(chǎn)。在加工結(jié)束后，要將多余的粉末回收，粉篩，去除，再利用，增加了加工成本。

因此，如果能在制造過程中更有效地提高粉末使用率，從而減少整體粉末的使用量和/或更快地進(jìn)行生產(chǎn)制造，將是具有實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，該設(shè)備能夠在增材制造工藝過程中更有效地使用粉末，以便消耗更少的粉末和/或制造過程能夠更快地進(jìn)行。

技術(shù)方案：

為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明通過一種用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件增材制造成型的設(shè)備系統(tǒng)來解決，該設(shè)備系統(tǒng)包括空間可移動(dòng)的鋪粉裝置、用于提供粉末的粉體系統(tǒng)和至少用于控制鋪粉裝置和粉體系統(tǒng)的控制單元。鋪粉裝置，用于將一個(gè)或多個(gè)粉末層在加工平面上涂抹到基板平臺(tái)或涂抹到前一次由系統(tǒng)處理過的粉末層。粉體系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一粉料容器和一個(gè)第二粉料容器，分別作為臨時(shí)粉料供應(yīng)容器和臨時(shí)的粉料溢流容器，后者用于回收涂抹后超出在第一和第二粉料容器之間基板平臺(tái)上的多余粉末。控制單元被設(shè)置為可以在第一粉料容器和第二粉料容器之間往返精確移動(dòng)鋪粉裝置，實(shí)現(xiàn)從作為粉料供應(yīng)的第一粉料容器，到基板平臺(tái)，再到作為粉料溢流的第二粉料容器的定向移動(dòng)，并在當(dāng)前位置以相反的方向從交替后的，當(dāng)前作為粉料供給的第二粉料容器，通過基板平臺(tái)，到當(dāng)前作為粉料溢流的第一粉料容器來移動(dòng)鋪粉裝置。從而實(shí)現(xiàn)將多余的粉末在一次鋪粉過程后立即再用于下一次鋪粉。因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠在增材制造過程中更有效地使用粉末，從而消耗更少的粉末和/或更快地進(jìn)行制造過程。

增材制造工藝是指將材料逐層布置在制造設(shè)備上，逐層加工，最終成型出三維結(jié)構(gòu)的部件（即3D打印）。由一種或多種液體或固體材料按照指定的二維尺寸和形狀，在計(jì)算機(jī)控制下通過特定能量源對(duì)材料的定點(diǎn)加工處理，進(jìn)行逐層堆積。在堆積過程中會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)硬化或熔化過程。3D打印的典型材料是塑料、樹脂、陶瓷和金屬。碳和石墨材料也可以用于3D打印。面向工業(yè)領(lǐng)域的金屬結(jié)構(gòu)部件，定向熔融技術(shù)和相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)適用性更高，包括激光粉床熔融（也稱為選擇性激光熔融）、電子束熔融技術(shù)和選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。