[发明专利]粉末床熔融设备和方法

说明书

本发明涉及一种粉末床熔融设备，在该设备中以逐层方式构建物体。该设备包括构建套筒(290，690，790，890，990，1090，1190)、用于支撑粉末床的构建平台(230，630，830，930，1030，1130)，该构建平台230，630，830，930，1030，1130可在该构建套筒(290，690，790，890，990，1090，1190)中降低。加热元件(201，801，901，1001，1101，895，896，995，996，1095，1096，1195，1196)集成在构建平台(230，630，830，930，1030，1130)或构建套筒(290，690，890，990，1090，1190)中或者位于构建平台或构建套筒上。设置了密封件(209，210，211，809，810，811)用于密封构建平台(230，630，830，930，1030，1130)与构建套筒(290，690，890，990，1090，1190)之间的间隙以防止粉末穿过间隙。设置了构建室(202)用于维持构建平台(230，630，830，930，1030，1130)上方和下方的惰性气氛。

技术领域

本发明涉及一种将粉末床的选定区域以逐层方式固化以形成工件的粉末床熔融设备和方法。本发明具体地但非排他性地应用于选择性激光熔化(SLM)与选择性激光烧结(SLS)设备。

背景技术

粉末床熔融设备通过使用比如激光或电子束等高能束以将材料(比如，金属粉末材料)逐层固化来产生物体。通过以下方式在包含于构建套筒中的粉末床上形成粉末层：降低构建平台以降低粉末床、在降低的粉末床附近沉积一堆粉末并且用刮拭器跨(从一侧到另一侧)粉末床散布这堆粉末以形成该层。然后通过用束照射这些区域来固化与待形成工件的截面相对应的粉末层部分。该束将粉末熔化或烧结以形成固化层。在层的选择性固化之后，将粉末床降低该新固化层的厚度，并且根据需要在表面上散布另一层粉末并使其固化。

US 6042774中公开了这样的装置的示例。US 6042774中公开的构建平台包括由铜管的曲折环形成的冷却导管。在整个构建过程中都会对构建平台进行冷却。构建平台的边缘与容器的内壁之间的间隙由围绕构建平台的外边缘的柔性密封唇缘进行密封。

US 2004/0056022 A1公开了一种加热板，其放置在构建平台中或集成在构建平台的表面中。按一种方式设计加热板并通过隔热层将其与平台隔热，使得在加热期间温度达到至少500℃。加热板与侧壁相隔某个距离。由于散布的粉末的热导率非常低，因而热部件与构建室侧壁之间的隔热由周围的粉末承担。使用该装置，在构建过程中金属部件维持在高于500℃的温度下，从而降低了部件中的张力或开裂的危险。

US 2004/0056022 A1的加热系统的问题在于，用于密封构建平台与侧壁之间的间隙的密封件可能在高构建温度下变形且失效。此外，在构建结束时，用户必须等待粉末床和部件冷却，然后才能从粉末床熔融机器上拆下部件并移除部件。当进行高温构建时，冷却过程可能花费数小时。

US 2007/0023977 A1公开了一种包括加热板的装置，该加热板可以加热到300℃至500℃之间的工作温度。该构建平台具有冷却通路，冷却通路在整个构建平台上横向地延伸。在构建室的外周壁中设置有至少一个入口开口。将环境空气通过入口开口供给到构建室。构建室还具有至少一个连接到排放管线的出口开口。

在完成构建之后，将载体降低到冷却位置，在该位置中构建平台的冷却通路与构建室的外周壁中的入口开口和出口开口对准。体积流量流经冷却通路，从而至少对构建平台进行冷却。冷却可能受到脉冲抽吸流的影响。

另外，US 2007/0023977A1公开了还可以将冷却通路或冷却软管设置成与构建室的外周壁相邻或设置在构建室的外周壁中，这些冷却通路或冷却软管有助于冷却构建室、模制体和载体。

这种装置的问题在于，通过通路或软管用空气对构建室、模制体和载体进行冷却会花费很长时间。此外，用于密封构建平台与构建室的外周壁之间的间隙的密封件可能在较高的构建温度(比如高于500℃的温度)下变形并失效。