[发明专利]反应性金属冷凝物在增材制造中的中和

说明书

具有构建室的增材制造系统具有产生卤化物气体的卤化物容器和具有纤丝的解离室。金属冷凝物与所述卤化物气体接触以形成气态金属卤化物化合物。所述气态金属卤化物化合物被分解以在纤丝上沉积金属。在实施例中，钛与气态碘反应形成气态四碘化钛。

技术领域

本发明涉及增材制造(AM)，更具体地说，涉及冷凝物在AM系统中的中和。

背景技术

AM能够通过铺设连续的材料层的增材工艺从数字模型或另一电子数据源制造三维物体。使用激光束或电子束将预先整平的粉末表面层熔合成固体材料薄片。然后将另一层粉末施加在先前熔合的薄片的顶部上，并重复该过程直到逐层构建出三维物体。这个工艺被称为例如粉末床熔合(powder bed fusion，PBF，或称为粉末床熔融)、激光选择性熔融或直接激光金属烧结。该工艺可以应用于能够熔合在一起的金属、塑料或其它材料。

AM工艺可以在填充有惰性气体的室中进行，以防不希望的化学反应或熔融金属的氧化。该惰性气体可以是，例如，氩气。在例如金属的层熔合工艺中，熔池的表面过热并蒸发。蒸发的材料在惰性气氛中冷却并冷凝成纳米尺寸的粉尘，这里称为“冷凝物”。这些冷凝物颗粒的直径或最长尺寸可以为约10nm至100μm。该冷凝物最初悬浮在室内的惰性气体中。室内的冷凝物可以沉降在表面上，或作为烟雾仍然悬浮在惰性气体中。这会造成安全隐患，因为在氧气的存在下，冷凝物可能是高反应活性的，这可能导致爆炸或火灾的严重风险。

图1是现有技术的AM系统100的示意图。所述AM系统100包括构建室101，其是层熔合工艺发生的地方。为了降低对人员的危险，惰性气体的对流可以引导冷凝物离开构建室101。惰性气体和悬浮的冷凝物(由实心箭头表示)可被泵送通过过滤器102以捕获固体材料。然后使用循环风扇103将含有较少冷凝物或甚至没有冷凝物(由虚线箭头表示)的惰性气体泵送到构建室101。大量的冷凝物可以在过滤器102中被捕获，但是过滤器102不能捕获所有的冷凝物，并不是所有的冷凝物都可以被引导离开构建室101。因此，尽管一些冷凝物被引向过滤器102，但是大部分冷凝物可能积聚在室101中及其周围。

沉降的冷凝物可以积聚在室101的壁上，激光束被引导而穿过的透明窗口上，或正在被制造的物体上。如果冷凝物沉降在透明窗口上，则激光束可能被遮挡，并且AM工艺可能被中断或削弱。这可能导致质量差的零件的生产。例如，物体在AM系统中可能需要10到200个小时来构建。然而，由于形成的沉积物，透明窗口在仅使用约5小时后可能会被遮挡。如果透明窗口被遮挡，可能需要暂停和清扫系统。

在正在制造的物体上积聚的任何冷凝物都能够影响该物体的质量或性质。例如，冷凝物可以降低保真度或影响正在制造的物体的形状、尺寸或物理性质。积聚的冷凝物甚至可以破坏正在制造的物体。因此，由于冷凝物的存在，在室101和透明窗口需要清洁之前可能存在最大的构建时间。这可能使AM不适合制造大型或几何复杂的物体。

在室101的壁上积聚的冷凝物可能是火灾风险，其在手动清洁期间给操作者带来安全问题。冷凝物中的一些材料在空气中可能是高反应活性的，如果已经积聚了足够的冷凝物并且室101被打开以用于清洁或维护，则可能导致自发着火。例如，在激光加工期间可能形成钛或铝冷凝物。钛或铝粉尘是火灾危害物，当暴露在空气中时，可能会造成爆炸危害。在清洁室101时，尤其是在清扫过程中使用的真空吸尘器或其他清洁设备中，可能会发生火灾或爆炸。在清理冷凝物或处理被冷凝物污染的过滤器102时发生过严重事故。

被污染的过滤器102必须在更换期间手动移除并在危险废物专用设备中处理。更换或处理过滤器102会增加自燃和严重事故的风险。已经有数次在过滤器清洁或更换过程中的伤害被报道。为了减少过滤器102的火灾风险，过滤器102的尺寸保持较小。但是，这限制了AM工艺中在过滤器102必须更换之前的最大构建时间。此外，不是所有的冷凝物都被收集在过滤器102中，并且在室101中的爆炸或火灾风险仍然存在。

因此，需要一种在AM期间的冷凝物中和的系统和方法，更具体地，中和在AM工艺期间的凝结物的系统和方法，其将冷凝物转化为安全形式。