[发明专利]粉末装填方法和设备

说明书

本公开涉及用于增材制造(AM)方法和系统的粉末装填。常规粉末装填方法是手动和非标准化的，且其会导致操作者疲劳且可能导致产品不一致性。根据本公开的粉末装填改进标准且缩短了周转时间，降低AM的成本。

技术领域

本公开涉及在基于粉末的增材制造(AM)方法和系统中使用的粉末装填(powderpacking)方法及设备。

背景技术

与减材制造(subtractive manufacturing)方法相比，AM或增材印刷过程通常涉及堆积一种或多种材料以形成网状或近似网状(NNS)物件。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM涵盖多种名称下已知的各种制造和原型开发技术，包括任意形状制造、3D印刷、迅速原型开发/加工等。AM技术能够由广泛多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物件可通过计算机辅助设计(CAD)模型制成。特定类型的AM过程使用例如激光束等电磁辐射来烧结或熔融粉末金属材料，从而形成固体三维物件。例如直接金属激光熔融(DMLM)和选择性激光熔融(SLM)等基于粉末的方法已经用于为多种工业生产物件。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融和直接激光熔融是常见的工业术语，用以指代通过使用激光束烧结或熔融精细粉末而产生三维(3D)物件。举例来说，第4,863,538号美国专利和第5,460,758号美国专利描述了常规激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在粉末材料的熔融点以下的温度下熔化(聚结)粉末粒子，而熔融需要完全熔融粉末粒子以形成固体均质质量(solid homogeneous mass)。与激光烧结或激光熔融相关联的物理过程包括将热传递给粉末材料，以及随后烧结或熔融粉末材料。尽管激光烧结和熔融过程可应用于广泛范围的粉末材料，但生产流程的科学和技术方面，例如烧结或熔融速率以及处理参数对层制造过程期间的微观结构演变的影响尚未得到很好地理解。这种制造方法伴随着多个热传递、质量和动量传递的模式，以及使过程极其复杂的化学反应。

图1示出了用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示范性常规系统100的横截面图的示意图。设备100通过使用由例如激光120等源产生的能量束136烧结或熔融粉末材料(未图示)以逐层方式构建物件，例如零件122。待由能量束熔融的粉末由粉末贮存器126供应。粉末贮存器有时还被称作粉末剂量室。粉末使用在方向134中行进的涂覆机臂116而均匀散布在构建板114上以将粉末维持在水平面118，且将在粉末水平面118上方延伸的过多粉末材料移除到废料容器128。能量束136在检流计式扫描器(galvoscanner)132的控制下烧结或熔融正构建的物件的横截面层。构建板114被降低且另一粉末层散布在构建板和被构建的物件上方，随后通过激光120对粉末连续熔融/烧结。重复所述过程直到由熔融/烧结的粉末材料完全构建零件122。

先前将粉末装填到粉末贮存器或剂量室中的尝试一直聚焦于调平腔室内的散装粉末锥体。图2-3示出了德国专利申请案DE 102012008664 A1中描述的两个系统。在图2中，盖板215的横截面适于剂量室203的内部横截面，这允许将其放置到剂量室203中。通过这种方式，其可按压剂量室内部的散装锥体，同时避免当盖板压平散装锥体时过多粉末被推出到剂量室的边缘区外。可将振动引入到盖板215中。为了使构建材料的表面平滑，有可能在盖板215上提供振动元件。一旦由于振动盖板215已移除散装锥体的最上部分，盖板215就进一步插入到剂量室203中直到再次接触散装锥体。这允许散装锥体逐步地分级。