[发明专利]用于增材制造机器的重涂覆组件

说明书

一种增材制造机器，包括可沿着构建方向移动的构建平台和用于在构建平面上方分配添加粉末的粉末供应组件。重涂覆组件被用于将添加粉末铺展到粉末床上的构建层中。重涂覆组件包括可滑动地支撑重涂覆机刀片并沿着重涂覆机方向在粉末床上方移动的支撑梁。刀片定位机构响应于来自传感装置的测量值来调节重涂覆机刀片的竖直位置，该传感装置测量重涂覆机刀片与构建平面之间的尖端间隙。在静止时以及沿着重涂覆机方向移动时，可沿着重涂覆机刀片的长度测量尖端间隙，以获得平滑且水平的添加粉末层。

技术领域

本主题大体上涉及增材制造机器，并且更具体地涉及用于粉末床增材制造过程中的改进的重涂覆的系统和方法。

背景技术

与减材制造方法相比，增材制造(AM)过程通常涉及堆积一种或多种材料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(ISO/ASTM52900)，但AM涵盖了以多种名称公知的多种制造和成型技术，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，独立物体能够由计算机辅助设计(CAD)模型制造。

特定类型的AM过程使用例如照射发射引导装置之类的能量源，该能量源引导能量束(例如电子束或激光束)烧结或熔化粉末材料，创建固体三维物体，其中粉末材料颗粒结合在一起。AM过程可以使用不同的材料系统或添加粉末，例如工程塑料，热塑性弹性体，金属和/或陶瓷。激光烧结或熔化是用于快速制造功能原型和工具的一种重要的AM过程。该应用包括直接制造复杂工件，熔模铸造的模式，注塑和压铸的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。在设计周期中制作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。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔融粉末颗粒(使粉末颗粒结块)，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，例如层制造过程期间的烧结或熔化速率以及处理参数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。

在直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)期间，设备通过使用能量束来烧结或熔化粉末材料而以逐层方式构建物体。将被能量束熔化的粉末均匀地铺展在构建平台上的粉末床上，并且能量束在照射发射引导装置的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建平台并将另一层粉末铺展在粉末床和正在构建的物体上，然后连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件完全由熔化/烧结的粉末材料构成为止。

在完成零件的制造之后，可以将多种后处理程序应用于零件。后处理程序包括通过例如吹气或抽真空而除去过量粉末。其他后期处理程序包括应力消除过程。此外，可以使用热、机械和化学后处理程序来完成零件。

值得注意的是，常规粉末床AM过程的精度或质量部分取决于沉积在构建平台上的添加材料层的厚度的精度和可重复性。然而，常规的粉末沉积和重涂覆组件被配置为在粉末床的一侧上沉积大量的添加粉末(例如，足够的粉末以覆盖整个粉末床)，随后通过使重涂覆机刀片经过粉末床上方来铺展那些量的粉末。但是，重涂覆机刀片中的任何未对准都会导致比添加粉末层中期望的区域更厚或更薄。具体地说，重涂覆机刀片和构建板之间的不良初始对准会导致第一层粉末重涂覆不均匀，并可能导致不良的结合，例如，熔池无法到达下层(sublayer)，甚至可能导致完全构建失败。

值得注意的是，常规的重涂覆组件和操作方法对添加材料层的厚度提供了非常有限的控制。例如，常规的重涂覆机刀片被固定在构建板的顶部，并且通常通过塞尺在构建板的多个位置处测量重涂覆机刀片与构建板之间的间隙。根据测得的间隙，手动调整重涂覆机刀片以最小化间隙差异。该手动过程很繁琐，缺乏准确性，并导致昂贵的停机时间。