[发明专利]用于制造部件的系统和方法

说明书

本发明涉及一种制造系统和制造部件的方法。负极粉末形成适于将正极粉末的颗粒保持在彼此附近的保持器。当使用时，诸如加热、使用压力和/或粘合剂的连接方案将颗粒彼此连接以形成部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月3日提交的美国临时专利申请No.62/290,533，2016年7月1日提交的美国临时专利申请No.62/357,465，2016年8月26日提交的美国临时专利申请No.62/379,808和2016年9月28日提交的美国临时专利申请No.62/400,944的优先权，其每一个通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于制造部件的系统和方法。

背景技术

使用计算机数字控制(CNC)系统制造三维部件已经变得很普遍。现有技术中的固体自由成形制造(SFF)方法涵盖许多技术，包括立体光刻、3D打印、选择性激光烧结、直接金属沉积、电子束熔化和微等离子体粉末沉积。基于热塑性的SFF技术使设计人员能够在早期阶段使用三维模型验证产品设计，但无法制造高强度的最终产品。原则上，基于金属的SFF技术允许直接根据计算机辅助设计(CAD)模型快速制造结构上合理的，尺寸精确的金属部件。基于激光的SFF技术(例如DMD和SLS)高度依赖于特定的工艺参数以实现结构上合理的部件。这些工艺参数特定于金属粉末的组成、形态和材料性质，以及用于固结粉末的激光束的特性。选择性激光烧结(SLS)和直接金属沉积(DMD)是三维增材制造系统的实例，其中使用高功率激光用于将诸如金属粉末或陶瓷/金属复合粉末的组分或颗粒彼此熔合，作为构建宏观部件的手段。要熔化的这些组分或颗粒可以位于致密颗粒床中，如在SLS中那样，或者可以夹带在气流中并熔化在正在制造的部件表面上的熔池中，如在DMD中那样。然而，在SLS和DMD技术中，包含粉末材料的整个未熔融组分或颗粒被高强度激光束无差别地加热。在某些应用中，例如当粉末材料包括陶瓷组件时，激光可能导致陶瓷部件的热分解，导致宏观部件的物理特性的下降。

增材制造(AM)是一种制造工艺，其中通过将小的单个组分熔合在一起来制造复杂的部件，以产生大的宏观部件。通常，小的单个组分是特定材料的粉末中的颗粒。例如，在粉末床AM系统中，通常通过粉末床中颗粒的逐层固结来制造复杂部件。这种固结可以通过向颗粒输入能量来实现，这使得颗粒加热，烧结和/或熔化在一起或以其他方式彼此连接以形成致密的固体。可以通过使用激光、电子束或通过将材料暴露于高频磁场来将能量输送到颗粒。

在常规粉末床AM中，每层粉末依次固结以形成复杂部件。较早的层保持沉积的后续层。在制造过程中，最顶层松散粉末的颗粒熔合到母体部分(即基底或较早层)和相邻的松散颗粒。这是通过使用空间紧凑的能量源(例如激光，电子束，高频磁场等)来实现，以由三维(3D)部件的二维横截面限定的特定图案局部地巩固颗粒。

发明内容

本发明提供了一种制造系统，包括保持器和连接方案，所述保持器适于将第一粉末的第一颗粒保持在彼此附近，当使用所述连接方案时，将所述颗粒彼此连接以形成部件。

所述制造系统还可包括沉积系统。沉积系统包括：用于第一粉末的第一料斗，所述第一粉末具有第一材料的第一颗粒；第一喷嘴，所述第一粉末从所述第一喷嘴流出所述第一料斗以形成第一体积；用于第二粉末的第二料斗，所述第二粉末具有第二材料的第二颗粒；第二喷嘴，所述第二粉末从所述第二喷嘴流出所述第二料斗以形成与所述第一体积接触的第二体积，所述第一体积和所述第二体积之间具有界面，所述第二颗粒形成适于将第一颗粒保持在彼此附近的保持器的至少一部分；以及连接方案，当使用时，所述连接方案将所述第一颗粒彼此连接，其中所述第一材料是正极材料，所述第二材料是负极材料，使得所述正极材料相对于将所述第二颗粒彼此连接的所述负极材料优先将所述第一颗粒彼此连接，所述正极材料形成所述部件，所述部件的边缘由所述界面限定。

所述制造系统还可以包括，所述连接方案包括加热器，并且通过加热所述颗粒以使所述颗粒固结来连接所述颗粒。