[发明专利]三维选择性烧结修补系统、设备及其应用方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种三维烧结的机具及其应用方法，且特别是有关于一种应用在三维修补作业时进行局部修补维修与精准曲面修补的三维选择性烧结修补系统、设备及其应用方法。

背景技术

传统铸造等制造方法仅能制造出固定形状的物件，若要针对不同需求加强物件强度或硬度等材料特性，如，现今作法是利用积层制造(additive manufacture)的方法针对不同需求精密外形及金属材料进行加工。

现有的积层制造技术中采用粉床固化的积层制造技术已是主流之一。粉床固化的积层制造技术是如选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、选择性激光熔融(Selective Laser Melting，SLM)、电子束熔融(Electron Beam melting，EBM)。所谓SLS技术是采用激光烧结的原理，依据三维模型将成品构造切层为二维几何形状，透过供料单元将粉体施以适当厚度的铺层，再以激光光束针对所需的二维形状于粉体铺层区域进行选择性加热，而使粉材逐层烧结后反复堆叠固化成三维成品。所谓SLM技术是运用激光熔融的原理，同样依据三维模型，透过供料单元将粉体施以适当厚度的铺层，再以激光光束针对所需的二维形状于粉体铺层区域进行选择性加热及反复堆叠固化成三维成品。至于EBM技术是运用电子束熔融的原理，同样依据三维模型，将成品构造切层为二维几何形状，透过供料单元将粉体施以适当厚度的铺层，再以电子束束针对粉体铺层区域进行选择性加热，而使粉材熔融后反复堆叠固化成三维成品。

上述的已知积层制造过程，于材料冷却固化的过程中，材料固液变化与结晶的机制最为关键，以往受到粉体不易定位在施工位置等问题影响，现有的积层制造技术大多用来生成单一成品。但若想要进行破损部分的修补，则没有平整表面供粉体定位就无法适用积层制造成型，且难以达到较佳的精准品质，故现有的积层制造的是局限于一特定的范围，而三维修补上的利用亦受到技术限制且无法任意调控。

因此，近年来积层制造方法大多用于原型模具打造、航太、医疗等产业，较少用于修补的用途。对此，市面上已有开发出类似采用SLE的积层修补技术。虽然现今SLE已出现如美国专利第US 20140163717 A1号案用于修补的技术，但其运作原理需先使用一与欲修补处外型吻合的模套至工件之上，接着将金属粉体倒于模套内，最终使用激光将修补处金属粉体烧结成型，又或是将已经成形的金属部件配合焊接材料烧结在预设位置，此现有技术对于三维曲面的修补根本无法应用；而已知前案对于复杂三维烧结路径加工时，更存在无法制作复杂模具及难以进行有效积层烧结固定的困境。

然而，由于积层制造方法的精密产品包含难以取得更换零件的航空、太空科技产业：由于维修航空或太空科技装备时常因损耗而需要更换零件，但前述零件价格高昂且快速补充获得不易，因此对于使用者而言仍有大量的修补需求。另对于需使用模具大量生产的制造商而言，高精密模具在使用时，于脱模阶段会与物件经常产生摩擦等接触，故会造成模具的磨耗，所以每组模具都有其使用年限。故急需积层制造(三维烧结)修补技术能将欲淘汰的模具修补回最初始状况，使之能继续使用。此外，对于长年于海上的工业产品及国防相关工业而言，金属用品于海上容易遭受到腐蚀，此积层制造(三维烧结)修补技术能修复被腐蚀的关键零组件使之继续运作。

依据上述内容，如何能将积层制造(三维烧结)修补技术发展成无需模具、精密度高及可以在三维曲面上修补的功能，是为现今积层制造技术开发者及工具机厂商皆十分期待解决的一项重要课题。

发明内容

本发明是提供作业精准、能在曲面上进行且节省材料的选择性烧结修补工作效果的三维选择性烧结修补系统、设备及其应用方法。透过带电粉体静电磁附定位于待修补区域表面再加以烧结的独特方式，令本发明三维选择性烧结修补系统及设备皆可以适应各种三维破损面的操作，且本发明方法不再须要于修补处制作模套，只需于欲修补处喷洒或披覆介质，就可以利用静电吸附使带电粉体吸附于需修补处，再以可控制定位的位移能量烧结装置进行修补处的精密烧结作业。