[发明专利]多线电子束熔化

说明书

本申请要求2013年2月26日提交的美国专利申请No.61/769,604的优先权。

背景

本公开涉及增材制造，且更具体地，涉及使用电子束能量对物体的实体自由制造。

用于增材制造的如同电子束焊接的方法使用大功率电子束(EB)枪和卷线来非常快速地堆积大的零件。然而，该工艺本身并不适用于小的特征并且大的熔池会导致冷却速度相对缓慢以及粒度尺寸相对较大。

用于增材制造的粉末层方法是利用固定枪和粉末材料进行的相对缓慢的小功率工艺。虽然构造速度相对缓慢，但可能获得精细特征并且某些机械特性由于池大小较小和冷却速度较快而得以改善。

概述

根据本公开的一个所公开的非限制性实施方案的增材制造系统包括电子束枪、多个独立送线器和射束控制系统，射束控制系统可操作用于控制该电子束枪和该多个独立送线器以维持多个熔池，从而制造三维工件。

本公开的另一个实施方案包括：其中电子束枪提供约3kW至约60kW范围内的射束功率。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括：其中多个独立送线器中的至少一个提供直径大于约0.002″(0.05mm)直径的线。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括：其中多个独立送线器中的每一个可操作用于将相应的线送入构造封包的预定义部分内的任何位置。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括：其中射束控制系统可操作用于控制电子束枪以将射束引导到构造元件中。

根据本公开的另一个所公开的非限制性实施方案的增材制造方法包括维持多个熔池以制造三维工件。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括将来自多个独立送线器中的每一个的线送入构造封包的预定义部分内的任何位置。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括将来自电子束枪的射束引导到构造封包的预定义部分内的任何位置。

本公开的任何前述实施方案中的另一个实施方案包括同时维持多个熔池以制造三维工件。

前述特征和元件可以各种组合而非排它性地组合，除非另外明确指明。根据下文描述和附图将更明白这些特征和元件以及其操作。然而，应理解，以下描述和附图本质上意欲示例性而非限制性的。

附图简述

本领域技术人员将从以下对所公开非限制性实施方案的具体实施方式中明白各种特征。具体实施方式的附图可简述如下：

图1是增材制造系统的示意性方框图；以及

图2是具有多个熔池的工件的示意图。

具体实施方式

图1示意性地展示了增材制造系统20。系统20一般包括电子束枪22、多个独立送线器24A-24n和可操作用于维持多个熔池以制造三维工件W的射束控制系统26。

在一个所公开的非限制性实施方案中，电子束枪22产生射束功率在约三(3)kW至约六十(60)kW范围内的可聚焦电子束B。射束控制系统26可操作用于在构造封包28内控制电子束枪22，以维持多个熔池PA-Pn，从而制造三维工件W。

多个独立送线器24A-24n可以提供直径大于约0.002″(0.05mm)直径的多个线。多个独立送线器24A-24n各自能够将它们相应的线25A-25n送入构造封包28的预定义部分内的任何位置。

在一个所公开的非限制性实施方案中，系统20使多个熔池维持处于单一水平面上，并且工件W持续降低，如同在粉末层方法中一样。高功率电子束枪22和多个独立送线器24A-24n是固定的。或者，工件W保持固定，但向高功率电子束枪22和多个独立送线器24A-24n提供额外的自由度。

系统20有利于小特征的形成，但由于多个熔池PA-Pn(图2)的维持而提高了构造速度。多个熔池PA-Pn还由于熔池尺寸较小以及因此冷却更加快速的潜在性而改善了工件W的微观结构。来自多个独立送线器24A-24n的线原料与粉末相比也相对更便宜。

虽然不同非限制性实施方案具有特定说明的组件，但本发明的实施方案不限于这些特定组合。可能使用来自任何非限制性实施方案的组件或特征中的一些与来自任何其它非限制性实施方案的特征或组件组合。

应理解，相对位置的术语诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“在上面”、“在下面”等参考交通工具的正常操作姿态并且不应认为以其它方式限制。

应理解，相似的附图标记贯穿若干附图表示对应或类似的元件。还应理解，尽管特定的部件布置公开在所示实施方案中，但其他布置将由此受益。