[发明专利]交错扫描的策略及其应用

说明书

一种用于增材制造的方法、装置和程序。在一个方面，该方法包括：在第一扫描区域(801)内形成至少部分固化的部分，其中通过沿着第一照射路径(811)照射构建材料来形成第一扫描区域(801)内的固化部分。构建材料的第二部分可以沿着第二照射路径(813)照射，其中第二扫描区域(803)相对于第一扫描区域(801)偏移，从而限定偏移区域(802)。偏移区域(802)通过第一照射路径(811)和第二照射路径(813)至少部分地固化，并且参考线(819)在偏移区域(802)内与第一照射路径(811)和第二照射路径(813)相交，其中参考线(819)基本上平行于第一扫描区域(801)的一侧(810)。

优先权信息

本申请人要求2017年11月10日提交的标题为“交错扫描策略及其应用”(Interlace Scanning Strategies and Uses Thereof)的美国临时专利申请序列号62/584,553的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种改进的用于增材制造中交错扫描的设备和方法。

背景技术

增材制造(AM)技术可以包括例如电子束自由成形制造、激光金属沉积(LMD)、激光金属丝沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光工程净成形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末进给引导能量沉积(DED)和三维打印(3DP)。例如，与减材制造方法相比，AM工艺通常涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ISO/ASTM F2792)，但AM包含各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型/工具等。AM技术能够使用多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物体可以使用计算机辅助设计(CAD)模型来制造。例如，特定类型的AM工艺使用能量束(例如，电子束或电磁照射(例如激光束))来烧结或熔化粉末材料和/或线材，从而创建材料粘合在一起的固体三维物体。

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工业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生成三维(3D)物体。例如，美国专利4,863,538和美国专利5,460,758描述了常规的激光烧结技术。更具体地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下融合(团聚)粉末的颗粒，而熔化则需要完全熔化粉末的颗粒以形成固体均质体(solid homogeneous mass)。与激光烧结或激光熔化相关联的物理处理包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。电子束熔化(EBM)利用聚焦的电子束以熔化粉末。这些处理涉及连续熔化粉末层以使用金属粉末构建物体。

AM技术，其示例在上文和本发明中讨论，其特征可能在于使用激光或能量源在粉末中产生热量以至少部分地熔化材料。因此，在短时间内在细粉中产生高浓度的热量。在部件的堆积过程中，粉末内部的高温梯度可能会对完成部件的微观结构产生重大影响。快速加热和固化可能会导致较高的热应力，并导致整个固化材料出现局部的非平衡相。此外，由于在完成的AM部件中晶粒的取向可通过材料中的导热方向来控制，因此AM设备和技术中激光扫描的方法成为控制AM部件的微观结构的重要方法。控制AM设备中的扫描策略对于开发无材料缺陷的部件至关重要，缺陷的示例可能包括缺乏熔合孔隙度率和/或沸腾孔隙率。