[发明专利]附带表面再处理的基于粉末床的增材制造方法和适用于该方法的设备

说明书

本发明涉及一种基于粉末床的增材制造方法，其中，在构造过程中通过使粉末床中的颗粒一层一层地局部熔融而产生构件。此外，通过激光喷丸实施所述构件的表面的再处理，其中，通过激光喷丸在所述构件内的表面上产生压应力。

本发明还涉及一种用于基于粉末床的增材制造方法的设备。所述设备具有粉末床容纳装置，其中，粉末床容纳装置是一种在其中可以产生粉末床的装置。为此，在设备内设有用于粉末的计量装置，其中，粉末床容纳装置还具有构造平台，在构造平台上放置被增材制造的构件并且可以一层一层地降低。为了在设备内制造构件还设有能量源，处于所述粉末床容纳装置内的粉末床通过所述能量源能够被局部熔化。能量源优选是用于产生激光束的激光器或者用于产生电子束的电子源。由此，可以实施选择性激光熔融、选择性激光烧结或选择性电子束熔融。

根据US 2014/0034626 A1已知，通过激光烧结制成的构件在其表面上优选形成张应力。这是因为在选择性激光熔融时(并且也在选择性电子束熔融时)通过激光器使粉末床内非常小的体积熔融。当从当前的熔融池移走激光器时，熔融的区域就会以大约10⁵℃/s的冷却率冷却并且相应地收缩。这解释了所述张应力如何形成的。之前在下面制造的构件的层相应地承受压力，因为这些层承受所述在表面上的张应力。

但是，构件的表面上的张应力在机械结构中是不利的，因为腐蚀侵入或裂缝由于机械应力可以快速地扩张到构件的内部。因此根据US2014/0034626 A1建议，对通过激光熔融制成的构件实施再处理，借此将在表面上存在的张应力转变为压应力。这可以通过热处理(低应力灼烧)借助热力等静压挤压或者也借助表面的机械处理、喷丸(peening)实现。为了进行表面喷丸，在US 2014/0034626 A1中建议一种喷丸处理或激光喷丸(laser peening)。根据DE 10 2009 051 551 A1建议，激光喷丸不仅用于制成构件的再处理，还在制造期间进行，方法是，在制造出一层之后为了使用激光喷丸而中断构造过程。

激光喷丸(也称激光冲击喷丸)是一种已知的方法，其例如在US5,674,328中以详细描述。在待处理的表面上涂覆液态或固态的烧蚀介质，其随后通过激光脉冲被剥除。这个过程也称为激光烧蚀。因为激光是脉冲式的，通过烧蚀介质的突然蒸发产生冲击波，该冲击波也从表面开始扩散到构件的内部中，并且在那里导致锻压过程。材料的局部变形产生压应力，由此甚至可以减低张应力。

但是，借助激光喷丸的再处理的前提是，构件的表面在通过激光熔融制成之后对于激光是可到达的。但是，通过激光熔融和其它增材制造方法优选制成具有非常复杂的几何结构的构件。在此，也产生空腔和内表面，它们可能在构件制成之后无法被激光达到。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于构件的基于粉末床的增材制造方法，通过该方法也可制造具有复杂几何形状的表面的构件，邻近表面处被施加压应力，其中，使产生压应力的耗费尽可能地低。此外，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种制造设备，由此可以实施这种改进的增材制造方法。

所述技术问题按照本发明通过前述的制造方法由此解决，即，为了实施所述构件的表面的再处理，在制造出一层后中断构造过程。随后，对所述构件的表面的已构造的部分实施激光喷丸，其中，所述构件按照本发明为了再加工保留在用于基于粉末床的增材制造方法的设备的粉末床内。所以接下来可以有利地为了制造下一层再次进行构造过程。因此按照本发明规定，基于粉末床的增材制造过程至少一次被中断，以便通过激光喷丸进行再处理。这具有的优点是，通过激光喷丸也可以对一些构件区域进行再处理，这些构件区域在制成构件之后无法再到达(例如空腔)。为了能够在用于增材制造方法的设备内进行激光喷丸，必须对制造设备进行相应的改造。为了通过激光喷丸进行处理，需要脉冲激光器。此外，烧蚀介质必须涂覆在正在产生的构件的待再处理的构件区域内，为此按照本发明，在制造设备中设有涂施装置。

由此，所述技术问题也通过一种改造的、用于基于粉末床的增材制造方法的设备被解决，其中，在所述设备内相对于设置用于熔化粉末床的能量源附加地集成有脉冲激光器，所述脉冲激光器能够指向所述粉末床容纳装置并且由此也指向正在产生的构件的已制成的部分。随后，通过所述脉冲激光器能够实施激光喷丸，其中，在该处理之前必须借助涂施装置在待再处理的构件区域上涂覆烧蚀介质。脉冲激光器的功率必须如此定量，使得其足够实施激光喷丸。