[发明专利]用于金属和陶瓷材料沉积的增材制造系统和方法

说明书

本公开涉及减少或消除由增材制造过程产生的本体沉积材料微结构中缺陷的增材制造系统和方法。增材制造系统包括使沉积材料蒸发以形成蒸发的沉积材料，以及使蒸发的沉积材料电离，以形成电离的沉积材料通量。在形成电离的沉积材料通量之后，引导电离的沉积材料通量通过孔，加速至受控动能水平并沉积到基材的表面上。孔机构可以包括物理、电、或磁的孔机构。沉积材料的蒸发可以利用蒸发机构来进行，所述蒸发机构包括电阻加热、感应加热、热辐射、电子加热和电弧源加热。

背景技术

技术领域

本申请一般涉及增材制造的系统和方法。

背景技术

常规的增材制造通常涉及使基材表面上的沉积材料状态从液体或粉末变为固体。使固体沉积材料形成于基材表面上的常规工艺可能掺入缺陷，例如本体沉积材料中粘合剂、滞留气体、微粒、位错和空隙形式的污染物和/或瑕疵。沉积材料中的缺陷会影响本体沉积材料的性质，例如，密度、微结构、热导率、电导率、屈服强度、二次电子产额、溅射产额、光学性质以及各种其他沉积材料性质。因此，需要消除缺陷并控制本体沉积材料的微结构。

发明内容

通常，本公开提供了减少或消除由增材制造过程产生的本体沉积材料微结构中缺陷的增材制造系统和方法。根据本公开，增材制造系统包括使沉积材料蒸发以形成蒸发的沉积材料，然后使蒸发的沉积材料电离，以形成电离的沉积材料通量。在形成电离的沉积材料通量之后，引导电离的沉积材料通量通过孔，加速至受控动能水平并沉积到基材的表面上。孔机构可以包括物理、电、或磁的孔机构。

根据本公开的各个方面，沉积材料的蒸发可以利用蒸发机构来进行，所述蒸发机构包括任意已知或仍未知的加热源，例如，电阻加热、感应加热、热辐射、电子加热、等离子体加热和电弧源加热。

根据本发明的各个方面，基材表面可以是正电势、负电势和接地电势的任意组合，以控制到达基材表面的电离的沉积材料通量的动能。

根据本公开的各个方面，基材电势为如下情况下中的至少一种：恒定的、随时间变化的或与机构中的沉积材料通量的一种或多种电变化同步。

附图简要说明

采用附图以帮助进一步理解本公开内容，其纳入说明书中并构成说明书的一部分，附图显示了本公开内容的实施方式，与说明书一起用来解释本公开内容的原理，其中：

图1是根据本公开的增材制造方法的图，其具有位于真空室内的单个沉积材料进料源、蒸发装置、电离装置、沉积材料通量聚集装置、和基材；

图2是根据本公开的增材制造方法的图，其使用离子偏转器来分离电离的蒸发通量与未电离的蒸发通量；

图3是根据本公开的增材制造方法的图，其具有多个沉积材料进料源；

图4是根据本公开的增材制造方法的图，其显示出电离的蒸发通量行进穿过物理孔；以及

图5是根据本公开的增材制造方法的图，其中电离的蒸发通量行进穿过电场孔。

具体实施方式的详述

本领域的技术人员应理解，可通过构造执行预期功能的任何数量的方法和系统来实现本公开内容的各个方面。换言之，可以将其它方法和系统纳入本文以发挥预期的功能。还应注意，本文参考的附图不一定是按比例绘制，而是有可能放大以对本公开的各个方面进行说明，就此而言，附图不应视为限制性的。最后，尽管可以结合各种原理和信念来描述本公开，但是本公开不应受理论约束。