[发明专利]添加制造设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过诸如选择性激光熔化(SLM)或者选择性激光烧结(SLS)的添加制造来生产部件的设备和方法。

背景技术

用于生产三维部件的添加制造、快速制造和快速成型方法是本领域公知的(例如参见Deckard的US4863538)。已有各种公知的添加制造方法，包括粉末材料的压实和聚合树脂的硫化(立体平版印刷-SLA)。SLM和SLS制造方法包括利用诸如激光束或电子束的聚焦能量束将粉末材料一层层地压实。

在典型的选择性SLS或SLM工艺中，在SLS或SLM设备中的构建区或粉末床上沉积粉末薄层。使聚焦激光束越过粉末层的与正被构造的三维物体横截面对应的部分扫描，使得在激光扫描点处的粉末通过烧结或熔化而被压实。横截面通常由部件的3-D绘图生成，3-D绘图自身通过扫描原始部件或者从计算机辅助设计(CAD)数据生成。

在层压实后，使构建表面降低新压实的层的厚度，并且在该表面上散布另一粉末层。再次在该层的与三维物体的横截面对应的部分中用激光束照射表面，使新压实的层结合至初始压实的层。重复该工艺，直到部件完成。

典型的添加制造设备在刚性金属板或基板上构建部件，该部件可从所述刚性金属板或基板上移除，或者可选地，所述刚性金属板或基板可结合在最终部件中。在从刚性基板移除部件的情况下，通常通过诸如锉、锯、磨、火花放电等的机械手段移除这些部件。该移除工艺耗时、昂贵，并且需要小心进行而不损坏成品部件。此外，刚性金属基板需要在每次使用之后用于另一次构建之前重新磨光。该重新磨光通常通过研磨基板平面来进行。因而，每次使用基板通常都损失一层基板，因此这些基板是消耗品。

刚性基板必须由这样的材料制成，构建材料(即，用于构建期望部件的材料)在工艺期间焊接或粘附到制造刚性基板的材料上。基板经常需要由与构建材料类似或相同的材料制成。这类可消耗的构建板会特别昂贵。例如，尺寸为250mm×250mm的选择性激光熔化设备所用的钛构建板的成本可超过1000英镑。部件的机械加工移除、构建板的重新磨光以及构建板因磨蚀的逐渐损失的累积成本会使得通过添加制造工艺生产的每个部件的成本大大增加。

理想上，部件可在自由的粉末床上构建，即，在不受限于构建基板的情况下构建。这对于诸如SLM和SLS的添加制造工艺通常是不可行的，因为在生产部件时部件中生成很高的热应力。部件的初始层沉积期间的变形会严重影响成品部件的完整性。诸如电子束熔化(EBM)或电子束烧结(EBS)的电子束制造工艺类似于SLM和SLS的工艺。EBM常常利用比SLM更高的构建温度，这意味着部件中的热应力较低。因而，在某些情况下，EBM允许生产不需要结合或粘附到基板上的自支撑部件。然而，有时候理想或者必需的是在使用EBM时锚固部件，并且在这些情况下按照与以上对于SLM工艺描述的方式类似的方式完成锚固。

US 5753274公开了一种典型的现有技术设备。该US专利描述了一种设备，该设备用于通过使粉末材料的连续层固化而生产三维物体，该设备包括刚性基板，粉末在固化时粘附到制造刚性基板的材料上，所述设备还包括用于将基板可移除地连接到设备中的支撑装置的装置。

发明内容

本发明提供一种根据所附独立权利要求的设备和方法，现在将参照这些设备和方法。本发明的优选或有利的特征在从属权利要求中限定。

因而，在第一方面中，本发明可提供一种设备，该设备用于通过构建材料的分层添加而形成三维物体，该设备包括用于在形成期间支撑所述物体的构件支撑件、以及基层。所述基层可移除地固定到所述构件支撑件，并且所述三维物体在形成期间可锚固到所述基层。

所述基层可描述为在形成期间在其已经固定到所述构件支撑件上之前，并不刚硬到足以锚固所述物体。

有利的是，所述基层能够被置于张力下。张力可使所述基层足够刚硬而用作用于构建物体的锚固件，并且可同时使所述基层与所述构件支撑件紧密接触。因而，所述基层在被置于张力下之前不能用作用于形成三维物体的锚固件。

所述设备可包括用于将所述基层置于张力下的张紧装置。该装置可包括用于将所述基层置于张力下的夹持系统或辊或任何机械装置。

优选地，所述基层是诸如膜、片材、箔片或网的柔性材料，并且优选地其由可供所述构建材料粘附的材料制成。

因而本发明该方面的所述基层是一次性用品。所以，不需要在使用现有技术的刚性基板时所需的昂贵的重新修整工艺。此外，所述基层的成本比刚性基材低很多。在上述实例中，钛基板的成本超过1000英镑。根据本发明的第一方面的钛基层在用于相同构建区时成本大约16英镑。