[发明专利]基于可变光束几何形状的激光的粉末床熔合

说明书

提供了调整基于激光的粉末床熔合(PBF)中的激光束的几何形状的系统和方法。用于基于激光的粉末床熔合的设备包括沉积多层粉末材料的沉积器。该设备进一步包括生成具有可变光束几何形状的激光束的激光束源。激光施加部件以多种光束几何形状中的一种来施加激光束，以熔合粉末材料来构造构建件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月7日提交的题为“VARIABLE BEAM GEOMETRY LASER-BASEDPOWDER BED FUSION”的美国专利申请No.15/914,874的权益，其内容通过引用整体清楚地并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及增材制造，并且更具体地，涉及基于可变光束几何形状的激光的粉末床熔合。

背景技术

粉末床熔合(PBF)系统可以生产具有几何上复杂形状的金属结构(称为构建件)，所述复杂形状包括一些用传统制造工艺难以产生或不可能产生的形状。PBF系统包括用于逐层地产生构建件的增材制造(AM)技术。每个层或切片可以通过以下过程来形成：沉积一层金属粉末，并接着熔合(例如，熔化并冷却)金属粉末层的与构建件在该层中的截面相一致的区域。可以重复该过程以形成构建件的下一切片，并以此类推，直到构建件完成。因为每个层都沉积在前一层的顶部上，所以PBF可以被比作从底部逐切片地形成结构。

基于激光的PBF可以用于制造复杂的几何形状，并降低了定制成本。遗憾的是，与大规模生产可能需要的过程相比，利用基于激光的PBF系统进行制造可能是一个缓慢的过程。在当前的PBF系统中应用高功率激光系统可能导致在打印过程期间的材料蒸发，从而增加制造成本。

发明内容

下文将更全面地描述基于可变光束几何形状的激光的PBF以及用其进行制造的系统与方法的几个方面。

在本公开的一方面，提出了一种用于基于激光的粉末床熔合的设备。该设备包括沉积多层粉末材料的沉积器。该设备还包括生成具有可变光束几何形状的激光束的激光束源。该设备进一步包括激光施加部件(例如，偏转器)，其以多种光束几何形状中的一种来施加激光束，以熔合粉末材料。

在本公开的另一方面，提出了一种基于激光的粉末床熔合的方法。该方法包括调整激光束几何形状，以形成包括线或二维形状的经调整的激光束。该方法进一步包括将经调整的激光束施加至粉末材料的至少一部分，以扫描所限定构建件的至少一部分。

对于本领域技术人员来说，其它方面将从下面的详细描述中变得显而易见，其中，通过图示仅示出和描述了几个示例性实施例。如本领域技术人员将意识到的，本文描述的概念能够具有其它的和不同的实施例，并且能够在各种其它方面修改多个细节，这些都不背离本公开。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的而不是限制性的。

附图说明

在附图中，本文描述的概念的各个方面现在将通过示例而非限制的方式呈现在详细描述中，其中：

图1A-图1D示出了示例性PBF系统在不同操作阶段期间的相应侧视图。

图2A和图2B是示出根据本公开的各方面的示例性光束定形部件的示图，该光束定形部件被操作以改变激光束的几何形状。

图3是示出根据本公开的各方面的用于扫描构建件的示例性L-PBF系统的示图。

图4示出了根据本公开的各方面的在扫描期间的激光束的示例性调整。

图5是示出根据本公开的各方面的被调整成用于2-D扫描的激光束的示例性能量通量水平配置的示图。

图6是在L-PBF设备中配置激光束以扫描构建件的示例性方法的流程图。

具体实施方式