[发明专利]用于形成用于增材制造的颗粒层的方法和装置

说明书

提供了用于形成颗粒层的方法和装置。成层方法包括在于载液与环境气体之间的气‑液界面处界定的注入区中注入颗粒，以及控制截液沿着气‑液界面将颗粒从注入区沿着颗粒流动路径向下游运送至层形成区的流动。所述方法还包括在层形成区中积聚颗粒以在气‑液界面上逐渐形成颗粒层，以及从层形成区收回颗粒层。通过成层方法和装置形成的颗粒层可用于通过增材制造来制造三维物体。

技术领域

一般技术领域涉及颗粒层的制备，特别地涉及用于形成适用于增材制造应用的颗粒薄层的方法和装置。

背景技术

已知用于制备、组装和/或形成小颗粒或分子的薄层，诸如，例如亚微米尺寸颗粒的超薄层或单层的各种技术。

Picard的WO 1998/053920 A1文件公开了用于制备颗粒或分子的单层的方法和装置。该文件公开了在其中组装此类颗粒，形成单层的旋转圆筒。该方法的基本原理基于三个不同过程的组合。第一过程是必须使用薄的液膜，其厚度必须在微米(μm)范围内。第二过程是控制薄液膜中颗粒的电荷，以引起颗粒在气-液界面处的吸附，而不会在气-液界面处或在薄液膜本身中引起它们之间的吸附。第三过程是，为了产生驱动颗粒边缘相靠以进行压实的力，移动在其上存在薄液膜的表面。这种运动将薄液膜向前推，并通过液体粘度产生最终将颗粒推向前方的表面力。

Schneider等的US2011/0135834A1文件和Picard等的美国专利7,591,905B2文件公开了用于形成单层和薄膜的方法。在这两篇文件中，所公开的方法依赖于重力作为推动颗粒形成单层的驱动力。由于缺少移动的液体控制，这些方法都不允许轴向控制单层质量，因此损害了由移动的流体施加到颗粒上的侧压控制。此外，倾斜平面的存在倾向于在移动流体的表面产生波纹或滚动波，这通过限制或降低所形成的超薄层或单层的产生速度以及质量和均匀性而影响该过程的整体效率。此外，在单点粒子注入的情况下，波纹倾向于在倾斜平面上向下移动时增加，进而影响单层质量并且还限制产生速度。

Teulet的EP 1 641 580 B1文件公开了用于通过激光烧结粉末(金属或陶瓷)的成层装置。该装置包括给料盘，其允许粉末储存并允许以受控量输送到带槽圆筒，该带槽圆筒一方面能够在所述圆筒第一次经过工作区期间将一定量的粉末转移并分配到沉积盘上，另一方面，能够通过在第二次经过期间使所述圆筒滚动运动来压实粉末。然后对粉末施以激光束。这种配置的一个不利方面是给料盘的尺寸和相当大的成本。另一个不利方面源于工作区的长度受限于圆筒的有用周长的事实。此外，亚微米尺寸的颗粒，或者通常的轻微颗粒倾向于挤在一起并产生不均匀的层。对于纳米尺寸的颗粒，该方法通常不能提供单层也不能控制颗粒堆积。

Teulet的WO 2011/007087 A2文件公开了用于通过激光熔化粉末的成层装置。该装置包括给料盘，其允许粉末储存并允许以受控量输送到刮板系统和圆筒，刮板系统向沉积盘进料，圆筒能够将一定量粉末分配和压实在沉积盘上。然后对粉末施以激光束。这种配置的一个不利方面是给料盘的尺寸和相当大的成本，以及通过要控制的大量工具(例如一个或多个刮板、一个或多个分配和/或压实圆筒、用于盘的夯锤(rams for the tray)等)而使机器产生固有的和必然的复杂性。此外，刮擦或推动颗粒要求它们尽可能地圆化，以确保在推动或滚动颗粒期间在工作区上的流动性。纤维(细长的)或血小板不能用于保证颗粒分布的平滑性、均匀性。非-圆形颗粒会产生堵塞和不均匀的沉积物，最终导致所制造的层的不均匀压力密度分布。