[发明专利]一种制造物件的方法和设备

说明书

本公开涉及用于具有改进的粉末分配能力的增材制造的方法和设备。具体地，本公开的方法和设备采用粉末分配轮叶，以改善粉末从料斗的横向沉积。这些方法和设备具有降低粉末开销成本、减轻相关健康和环境风险以及提高制造效率的潜力。

技术领域

本公开涉及用于增材制造的改进的方法和设备。更具体地，本公开涉及改进粉末涂层效率以及用于其方法和设备的覆盖和支撑结构。

背景技术

与减材制造(subtractive manufacturing)方法相比，增材制造(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涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM过程使用例如激光束等电磁辐射来熔融或烧结粉末材料，从而形成固体三维物件。

图1A中展示用于使用粉末构建材料的AM的设备的实例。设备140通过使用由源150产生的能量束170烧结或熔融粉末材料(未展示)以逐层方式构建物件或物件的部分，例如物件152，所述源可例如为用于产生激光束的激光器或在电流流动通过时发射电子的灯丝。待由能量束熔化的粉末由粉末储存器(未示出)或由附连至比如为重涂器臂146的重涂器机构的粉末料斗(未示出)供应，且使用沿y方向行进的重涂器臂146均匀地散布在粉末床142上来将粉末保持在一定水平148，且将延伸到粉末水平148以上的多余粉末材料去除至废物容器158。在例如激光振镜扫描器162的辐射发射导向装置的控制下，能量束170烧结或熔融构建的物件的横截面层。振镜扫描器162可包括例如多个可移动镜面或扫描透镜。扫描能量束的速度是关键的可控制过程参数，从而影响递送到特定斑点的能量的数量。典型的能量束扫描速度约为每秒10到1000毫米。构建平台144下降并且另一层粉末散布在粉末床和被构建的物件之上，之后通过激光器150连续熔融/烧结粉末。举例来说，粉末层的厚度通常为10到100微米。重复所述过程，直到物件152由熔融/烧结粉末材料完全建成为止。能量束170可以由计算机系统控制，所述计算机系统包括处理器和存储器(未展示)。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制能量束170以根据扫描模式辐照粉末材料。在完成物件152的制造后，可以将多个后处理程序施加于物件152。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空来移除过量粉末。其它后处理程序包括应力消除热处理过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对物件152进行表面处理。

传统的方法和设备可以具有附连至重涂器臂146顶部的粉末料斗(未示出)，如图1B所示。重涂器臂146可包含多个狭缝168，其在传统设备中是垂直的，因此允许粉末基本上仅沿垂直方向、即方向167流动。然后，重涂器臂146沿正y方向的后续运动将粉末散布或涂覆在构建表面上，例如，构建板144或最后完成的物件层152。因此，为了在构建平台上获得均匀的粉末涂层，可能需要大量的粉末；例如，DMLM平台上的均匀涂层是零件质量的关键。机器改型(Machine modifications)可能需要粉末比最初设计的更分散，并且这些效果可能导致板边缘处没有粉末。例如，粉末分配系统可能受到腔室加压和粉末动力学的影响。此外，可能存在与大量粉末状构建材料相关的环境和健康危害，更不用说增加的制造成本。因此，需要使粉末沉积设备的效率最大化。