[发明专利]在增材制造中的材料分配和压实

说明书

一种用于形成零件的增材制造设备包括支撑件、用于在支撑件上或支撑件上的下层上输送第一颗粒层的第一分配器、用于将第二颗粒输送至第一颗粒层上以使得第二颗粒渗入第一颗粒层的第二分配器、用于熔融第一颗粒与第二颗粒以形成零件的熔融层的能量源，及耦接至所述第一分配器、第二分配器和能量源的控制器。

技术领域

本说明书涉及增材制造，也被称为3D打印。

背景技术

增材制造(AM)，也被称为实体自由成形制造或3D打印，是指其中三维物体从原料(通常为粉末、液体、悬浮液或熔化固体)以一系列的二维层或横截面而堆积的任何制造工艺。相比之下，传统机械加工技术涉及减材工艺并且生产从诸如木头块、塑料块或金属块的原料切出的物体。

在增材制造中可以使用各种增材工艺。各种工艺在层沉积以形成完成物体的方式和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔化或软化材料以生产层，例如，选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)，而另外一些方法则使用不同技术(例如，立体光刻(SLA))固化(cure)液体材料。

烧结是熔融小粒(例如，粉末)的工艺。烧结通常涉及加热粉末。相较熔化来说，烧结中使用的粉末在烧结工艺期间不需要达到液相。当在烧结工艺中将粉末状的材料加热至低于或接近熔点的温度时，粉末颗粒中的原子扩散穿过颗粒边界，从而将颗粒熔融在一起以形成固体件。由于烧结温度不必达到材料的熔点，常对诸如钨和钼的具有高熔点的材料使用烧结。

使用激光束作为用于烧结或熔化粉末状的材料的能量源的常规系统一般在粉末状的材料的层中的选定点上引导激光束并且将所述激光束跨层选择性光栅扫描到位。一旦已烧结或熔化第一层上的所有选定位置，新的粉末状的材料的层在已完成层的顶部上沉积并且所述工艺逐层重复直至生产出期望物体。

电子束也可用作引起材料中烧结或熔化的能量源。同样，电子束需要跨层光栅扫描以完成特定层的处理。

发明内容

一般来说，在一方面，一种增材制造的方法包括在支撑件上相继形成多个层。从多个层沉积层包括在支撑件上或下层上分配第一颗粒层、将第二颗粒分配至第一颗粒层上以使得第二颗粒渗入第一颗粒层中、以及熔融第一颗粒和第二颗粒以从多个层形成层。第一颗粒具有第一平均直径，并且第二颗粒具有至多是第一平均直径的二分之一的第二平均直径。

实现方式可以包括以下特征的一个或多个。分配第一颗粒层可以包括(例如)利用叶片或辊跨支撑件或下层而推动第一颗粒。分配第一颗粒层可以包括从旋转辊中的孔(aperture)喷射第一颗粒。可以从靠近支撑件的粉末输送床推动第一颗粒。分配第二颗粒可以包括将第二颗粒从喷嘴喷射至第一颗粒层上。喷射第二颗粒可以包括喷洒含有第二颗粒的载体流体。流体可以蒸发。

在熔融第一颗粒与第二颗粒之前，可以压实已渗入第二颗粒的第一颗粒层。例如，旋转辊可以压在已渗入第二颗粒的第一颗粒层上。可以形成具有在第一平均直径的一倍至四倍之间的厚度的第一颗粒层。第二平均直径可以至多是第一平均直径的四分之一。第二平均直径可以是约100nm至10μm。

在分配第一颗粒层之前，可以分配具有第三平均直径的第三颗粒层，第三平均直径至多是第一平均直径的二分之一。第一颗粒层可以分配至第三颗粒层上，并且可以熔融第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒以从多个层形成层。

形成多个层可以包括形成第一层和第二层。形成第一层可以包括通过利用第一辊侧向推动第一颗粒来分配第一颗粒的第一层、将第二颗粒分配至第一颗粒的第一层上、以及利用第二辊压实第一颗粒和第二颗粒的第一层，其中第一辊和第二辊在第一方向中水平移动。形成第二层可以包括通过利用第二辊侧向推动第一颗粒来分配第一颗粒的第二层、将第二颗粒分配至第一颗粒的第二层上、以及利用第一辊压实第一颗粒和第二颗粒的第二层，其中第一辊和第二辊在与第一方向相反的第二方向中水平移动。