[发明专利]附加制造方法和设备

说明书

本发明描述了用于逐层生产物体的附加制造设备和方法。所述设备具有用于提供具有预定厚度(d1)的浆料(3)的层的浆料施加器(5)。所述浆料(3)是含有液体和最终形成所述物体的颗粒的悬浮液，并且具有10体积％与70体积％之间的颗粒含量。颗粒连接单元(7)在浆料(3)的层上操作以在施加所述浆料(3)的新层之前执行单步颗粒连接过程。

技术领域

本发明涉及用于使用颗粒的熔融或烧结来逐层生产物体层的附加制造方法，并且在其他方面涉及用于逐层生产物体的附加制造设备。

背景技术

国际专利公开WO98/24574公开了熔融温度下的选择性激光烧结，所述选择性激光烧结提供物体的逐层附加制造工艺。激光用于熔融金属颗粒层的所选部分以逐层形成物体。

美国专利公开US2006/119017公开了用于制备陶瓷或金属陶瓷工件的方法。浆料层(薄绿色层)被沉积，然后加热并干燥(例如通过红外光)以形成硬化薄绿色层。在干燥所得材料的硬化层之后，使用高能量束例如激光束来局部结合陶瓷颗粒(并且结合到前一层)。

欧洲专利公开EP-A-1 266 878公开了用于使用流体悬浮液制备陶瓷物体的方法。本发明特别针对陶瓷物体，因为与通常使用的材料诸如塑料或金属相比，此类材料在附加制造方法中被认为更难以处理。所公开的方法包括使用浆料来构建生坯，随后干燥所施加层，并且激光烧结剩余的材料。第一层的干燥限于小于100摄氏度，但后续层的干燥可以升高，并且通过来自上方的辐射加热来进一步帮助

发明内容

本发明寻求提供基于颗粒的激光熔融或烧结的附加制造的改进方法。

根据本发明，提供了根据以上定义的前序的方法，所述方法包括将浆料作为待加工(例如在基板上)的层来施加，其中所述浆料是含有液体和最终形成物体的颗粒的悬浮液，并且其中所述浆料具有10体积％与70体积％之间的颗粒含量；以及在施加浆料的新层之前执行颗粒连接过程，其中所述颗粒连接过程是单步过程。浆料可作为糊剂、分散体、悬浮液等来实施(取决于所使用的其他液体和/或添加剂)。颗粒含量的所指示范围允许通过在物体的已经形成的层上重复施加稳定的新层来附加制造三维物体。颗粒含量的所指示范围还允许具有非常均匀的待加工层，以及最终形成物体的颗粒的稳定分散。此外，有效防止了层形成过程期间的粉末飞溅。

在另一个实施方案中，颗粒连接过程是(激光)熔融或(激光)烧结过程。使用这种过程允许层的完全熔融和固化，但是还将允许获得层的开放结构。当使用激光作为颗粒连接过程实施时，可使用脉冲或CW激光器，其还可允许在层的表面上使用数控引导。

在另一个实施方案中，颗粒的直径小于300μm，例如小于5μm。可有效使用微颗粒(直径为约1μm)或甚至纳米颗粒(直径为约1nm)。浆料是含有液体和最终形成物体的颗粒的悬浮液，其中液体充当颗粒的悬浮剂(或粘合剂)，使得浆料是使用例如水或替代溶剂诸如甲苯的悬浮液。

在另一个实施方案中，颗粒连接过程在致密化过程之后，例如包括加热步骤。这允许使用能量高效过程在颗粒连接步骤之前已经获得层的较高密度。

颗粒可为以下组中的一种或多种：金属颗粒(包括半导体颗粒)、金属前体材料颗粒、聚合物颗粒、玻璃颗粒。这允许使用用于制造三维物体的多种材料。

在另一个实施方案中，浆料还包含添加剂，例如以增强颗粒连接(烧结)步骤。

在再一个实施方案中，待加工层的厚度小于300μm，允许以高精度制造三维物体。

在另一个实施方案中，方法还包括至少在颗粒连接过程期间在待加工层的顶部上提供保护气体流。在某些情况下，这可能有助于适当执行颗粒连接步骤，并且可能适当执行本发明方法的其他步骤。

在另一个实施方案中，颗粒连接过程以预定模式来施加，允许在附加制造工艺的每个层中使用精细结构。