[发明专利]利用激光入射角控制增材制造构件的方法

说明书

本公开一般涉及具有控制能量束入射角的增材制造方法，所述能量束入射角允许对准激光束角以直接与成角度的墙壁的构建方向相对。所述方法包括在增材制造粉末床中构建物体，其中所述物体包括由构建矢量限定的表面，所述构建矢量限定的表面相对于所述构建板中心以相对于所述构建板的法线成角度Φ向外突出，使得90°＞Φ＞0°，并且所述定向能量束相对于所述构建板的法线形成角度θsubgt;L2/subgt;，使得270°＞θsubgt;L2/subgt;＞180°，其中θsubgt;L2/subgt;‑Φ＝180°±Δ，且Δ＜45°。本方法提供了具有更一致的表面光洁度和抗机械应变或应力的悬垂区域的成品。

优先权信息

本申请要求于2018年5月25日提交的美国专利申请序列号15/990,142的优先权，其通过引用合并于此。

技术领域

本公开一般涉及使用基于粉末的构建材料的增材制造方法。更具体地，本公开涉及照射构建区域以改善构建质量的方法。

背景技术

与减材制造方法相比，增材制造(AM)或增材打印工艺通常涉及一种或多种材料的堆积以制造净成形或近净成形(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但AM包括以多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/快速制模等。AM技术能够用各种各样的材料制造复杂的部件。通常，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的AM工艺使用诸如激光束的电磁辐射来熔化或烧结粉末状材料，从而产生固体三维物体。诸如直接金属激光熔化(DMLM)和选择性激光熔化(SLM)的基于功率的方法已被用于生产各种行业的物体。

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见的行业术语，用于指通过使用激光束来烧结或熔化细粉来生产三维(3D)物体。例如，美国专利No.4863538和美国专利No.5460758描述了传统的激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔融(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括向粉末材料的热传递，然后烧结或熔化粉末材料。虽然激光烧结和熔化工艺可应用于广泛范围的粉末材料，但生产路线的科学性和技术性方面，例如烧结或熔化速率以及处理参数对层制造过程期间的微观结构演变的影响尚未得到很好的认识。这种制造方法伴随着多种模式的热、质量和动量传递，以及使过程非常复杂的化学反应。

使用粉末状构建材料的AM设备的示例示于图1中。设备100通过使用由源120产生的能量束136(源120可以是例如用于产生激光束的激光器，或当电流流过其时发射电子的灯丝)烧结或熔化粉末材料(未示出)，以逐层的方式构建物体或物体的部分，例如物体129。由能量束熔化的粉末由储存器126供应，并使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地将粉末铺展在粉末床112上，以将粉末保持在水平118处，并将延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料移除到废物容器128。能量束136在诸如激光检流计扫描器132的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。检流计扫描器132可包括例如一个或多个可移动镜或扫描透镜。扫描能量束的速度是关键的可控过程参数，它影响传送到特定点的能量的量。典型的能量束扫描速度大约为每秒10到几千毫米。降低构建平台114，并且将另一层粉末铺展在粉末床和正在构建的物体上，接着通过激光120对粉末进行连续的熔化/烧结。粉末层的厚度通常为例如10微米至100微米。重复该过程，直到物体129完全由熔化/烧结的粉末材料形成为止。能量束136可以由包括处理器和存储器(未示出)的计算机系统控制。计算机系统可以确定每一层的扫描图案，并控制能量束136根据扫描图案照射粉末材料。在完成物体129的制造之后，可以对物体129应用各种后处理过程。后处理过程包括通过例如吹送或抽真空来除去过量粉末。其它后处理过程包括应力消除热处理过程。另外，可以使用热和化学后处理过程来完成物体129。