[发明专利]使用具有可原位更换的重涂覆器叶片的重涂覆器进行的增材制造

说明书

本发明涉及使用具有可原位更换的重涂覆器叶片的重涂覆器的增材制造方法和系统。能够原位换出重涂覆器叶片，即不停止构建并打开构建室，是有利的，特别是对于更大，更复杂和/或更久的构建。例如，如果重涂覆器叶片损坏，则可以容易地更换新重涂覆器叶片。或者如果在构建期间使用用于物体的不同材料，则可能有利于的是换成由新的不同材料制成的新的重涂覆器叶片。

技术领域

本公开大体涉及适于执行增材制造(“AM”)过程的方法和系统，例如通过直接熔融激光制造(“DMLM”)。该过程利用发射能量束的能量源熔合连续的粉末材料层以形成所需的物体。更具体地，本公开涉及利用具有多个重涂覆器叶片的重涂覆器臂的方法和系统，上述重涂覆器叶片可以原位换进换出。

背景技术

与减材制造方法相比，AM过程通常涉及一种或多种材料的堆积以制造净形或近净形(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但AM涵盖了各种名称下的各种制造和原型制作技术，包括自由成形制造，3D打印，快速原型制作/工具等。AM技术能够由各种各样的材料制造出复杂的部件。通常，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM过程使用能量引导装置，其包括发射能量束(例如电子束或诸如激光束的电磁辐射)的能量源，以烧结或熔化粉末材料，产生固体三维物体，其中粉末材料颗粒粘合在一起。使用不同的材料系统，例如工程塑料，热塑性弹性体，金属和陶瓷。激光烧结或熔化是一种显著的AM过程，用于快速制造功能原型和工具。各应用包括复杂工件的直接制造，熔模铸造的模型，注塑和压铸的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。在设计周期中制造原型物体以增强通信和概念测试是AM过程的其他常见用法。

选择性激光烧结，直接激光烧结，选择性激光熔化和直接激光熔化是常用的工业术语，用于指通过使用激光束烧结或熔化细粉末来产生三维(3D)物体。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统的激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括向粉末材料进行热传递，然后烧结或熔化粉末材料。虽然激光烧结和熔化过程可应用于广泛的粉末材料，但生产途径的科学和技术方面，例如烧结或熔化速率以及处理参数在层制造过程中对微观结构演变的影响还没有被很好地理解。这种制造方法伴随着多种模式的热，质量和动量转移，以及使该过程非常复杂的化学反应。

图1是示出用于直接金属激光烧结(“DMLS”)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统100的横截面视图的示意图。装置100通过使用由诸如激光器120的源产生的能量束136烧结或熔化粉末材料112，以逐层的方式构建物体，例如部件122。待由能量束熔化的粉末由容器126供应并使用沿方向134行进的重涂覆器臂116均匀地铺展在粉末床114上以将粉末保持在水平118处，并将在粉末水平118之上延伸的多余粉末材料去除到废物容器128。能量束136在振镜扫描器132的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低粉末床114，将另一层粉末铺展在粉末床上并制造物体，然后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到部件122完全由熔化/烧结的粉末材料构成为止。激光器120可以由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可以确定每层的扫描图案，并且控制激光器120根据扫描图案辐射粉末材料。在完成部件122的制造之后，可以对部件122应用各种后处理程序。后处理过程包括通过例如吹气或抽真空除去过量的粉末。其他后处理程序包括应力消除过程。另外，可以使用热处理和化学后处理程序来完成部件122。

图2示出了根据现有技术的用于增材制造的粉末床。提供粉末分配器201，其将一定量的粉末(例如，钴铬合金)向上推入构建室中，其中辊或臂202将粉末铺展在构建板203上。激光以对应于部件的横截面的所需图案加热粉末，烧结或熔化粉末以在构建板203上形成实心横截面切片。降低构建板，粉末分配器和辊或臂在构建板上重新分布薄粉末层。然后，激光加热早期的熔融材料的沉积图案上构建的粉末，从而在增材制造过程中形成连续层。