[发明专利]直接金属电子照相添加式制造机器

说明书

添加式制造系统(10)可包括：可移动壳体(12)，其限定前部壳体区段(14)和后部壳体区段(16)；受光鼓(18)，其限定鼓外表面(19)；充电电极(40)，其定位成对受光鼓外表面(19)应用静电电荷；沿侧向固定的平台(72)，其设置在可移动壳体(12)的外部，具有至少一个带电传递电极(74)；控制器电路(56)，其用于使可移动壳体(12)来回移动，同时选择性地对受光鼓(18)应用至少一个激光二极管(54)放射或LED阵列放射，以暴露受光鼓外表面(19)上的层轮廓；前部和后部微波发射器，其设置在可移动壳体的内部，以熔化相应的金属打印层；以及前部和后部感应线圈，其设置在可移动壳体的内部，以加热工件。

技术领域

本主题大体涉及用于建造三维(3D)部件的添加式制造系统和方法。特别地，本公开涉及用于用基于直接金属电子照相的系统(DME)和/或基于离子放射照相的系统，使用金属材料来建造3D部件的系统和工艺。

背景技术

使用添加式制造系统根据3D部件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)，使用一种或多种添加式制造技术来建造3D部件。在商业上可获得的添加式制造技术的示例包括基于挤压的技术、喷墨、选择性激光烧结、粉末/胶合剂喷射、电子束熔化、直接金属激光熔化(DMLM)和立体光刻工艺。对于这些技术中的各个，3D部件的数字表示最初切片成多个水平(X-Y)层。对于各个切片层，然后产生工具路径，它对特定添加式制造系统提供指令，以形成给定层。

当前的粉末床DMLM机器充满限制，尤其是妨碍大尺寸可缩放系统的那些，限制包括(但不限于)速度、粉末体积、捕集的粉末和热应力。速度限制包括重涂和激光器扫描时间太慢。当前工艺基本是在X-Y空间中重复然后在Z空间中重复的1D(点熔化)。典型的层需要300秒的激光时间，然后10秒的重涂时间。存在粉末体积限制，因为建造立方体的每个角落和裂缝必须填满粉末，从而需要在建造期间和之后必须处理的大量粉末填充量。对于大型区域建造，这个粉末填充量可能是好几千磅。而且，发生捕集的粉末的限制是无法建造封闭空间，因为无法排空粉末。当前对排空粉末的要求也会限制设计自由。而且，当前的DMLM机器会对部件施加由于快速建造材料凝固而引起的大的热应力，从而产生几何扭曲，而且有时会在母材料中产生裂纹。另外，在切断之前必须释放整个平台的应力，这对于大型部件是困难的，因为普通可获得的熔炉有重型负载和大小限制。

在二维(2D)打印中，电子照相(即，静电复印)是用于在平坦衬底(诸如打印纸)上建立2D图像的流行技术。电子照相系统包括涂有光电导材料层的传导性支承鼓，其中通过充电，然后按图像使光电导层暴露于光源，来形成潜像静电图像。然后将潜像静电图像移动到显影站，在那里对光电导绝缘体的带电区域应用调色剂，以形成可视图像。然后形成的调色剂图像传递到衬底(例如，打印纸)，并且用热或压力固定到衬底。

但是，3D打印需要改进的打印技术，尤其是具有金属建造材料的打印技术。

发明内容

将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本发明，来学习本发明的各方面和优点。

大体提供一种用于打印三维部件的添加式制造系统。在一个实施例中，添加式制造系统包括：可移动壳体，其限定前部壳体区段和后部壳体区段；受光鼓，其限定鼓外表面；充电电极，其定位成对鼓外表面应用静电电荷；沿侧向固定的平台，其在可移动壳体的外部设置在工件附近，沿侧向固定的平台包括至少一个带电传递电极；控制器电路，其用于使可移动壳体围绕工件来回移动，同时选择性地对受光鼓应用至少一个激光二极管放射，以暴露鼓外表面上的层轮廓，控制器电路使前部带电粉末滚筒和后部带电粉末滚筒沿相反的旋转方向同时旋转，相应地与受光鼓的向前旋转方向和向后旋转方向同步和相反，从而在受光鼓的层轮廓上呈现带电粉末形成的部分，然后将所述形成的部分作为相应的金属打印层传递到工件上；前部和后部微波发射器，其设置在可移动壳体的内部，以熔化相应的金属打印层；以及前部和后部感应线圈，其设置在可移动壳体的内部，以加热工件。