[发明专利]粉末床熔融设备和方法

说明书

披露了一种粉末床熔融设备，在该粉末床熔融设备中以逐层方式构建物体。该设备包括构建套筒(117)和用于支撑粉末床(104)的构建平台(102)，构建平台(102)可在构建套筒(117)中降低。处理板(115)联接至构建套筒(117)的上端。该设备进一步包括用于投放粉末的投放器(108)和用于将处理板(115)上的所投放的粉末铺展到粉末床(104)上的再涂器(109)。加热器(160，161，162)被设置用于对粉末床(104)进行加热。设置有包括冷却元件和/或冷却通道(153)的主动冷却装置，以在使用中形成从构建套筒(117)通过处理板(115)的热传导的主动热屏障。

技术领域

本发明涉及一种将粉末床的选定区域以逐层方式固化以形成工件的粉末床熔融设备和方法。本发明具体地但非排他性地应用于选择性激光熔化(SLM)与选择性激光烧结(SLS)设备。

背景技术

粉末床熔融设备通过使用比如激光或电子束等高能束来将材料(比如，金属粉末材料)逐层固化来产生物体。通过以下方式在包含于构建套筒中的粉末床上形成粉末层：降低构建平台以降低粉末床、在降低的粉末床附近沉积一堆粉末并且用再涂器将这堆粉末铺展(从一侧到另一侧)在粉末床上以形成该层。然后通过用束照射这些区域来使与待形成工件的截面相对应的粉末层部分固化。该束使粉末熔化或烧结以形成固化层。在层的选择性固化之后，使粉末床降低新固化的层的厚度，并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其固化。

US 6042774中披露了这样的装置的示例。US 6042774中披露的构建平台包括由铜管的曲折环路形成的冷却导管。在整个构建过程中都会对构建平台进行冷却。构建平台的边缘与容器的内壁之间的间隙由围绕构建平台的外边缘的柔性密封唇缘进行密封。

US 2004/0056022 A1披露了一种加热板，其放置在构建平台中或集成在构建平台的表面中。按一种方式设计加热板并通过隔热层将其与构建平台隔热，使得在加热期间温度达到至少500℃。加热板与侧壁相隔某个距离。由于铺展的粉末的热导率非常低，因而热部件与构建室侧壁之间的隔热由周围的粉末承担。使用该装置，在构建过程中金属部件维持在高于500℃的温度下，从而降低了部件中的张力或开裂的危险。

US 2007/0023977 A1披露了一种包括加热板的装置，该加热板可以加热到300℃至500℃之间的工作温度。该构建平台具有冷却通路，冷却通路在整个构建平台上横向地延伸。在构建室的外周壁中设置有至少一个入口开口。将环境空气通过入口开口供给到构建室。构建室还具有至少一个连接到排放管线的出口开口。

在完成构建之后，将载体降低到冷却位置，在该位置中构建平台的冷却通路与构建室的外周壁中的入口开口和出口开口对准。体积流量流经冷却通路，从而至少对构建平台进行冷却。冷却可能受到脉冲抽吸流的影响。

另外，US 2007/0023977 A1披露了将冷却通路或冷却软管设置成与构建室的外周壁相邻或设置在构建室的外周壁中，这些冷却通路或冷却软管有助于冷却构建室、模制体和载体。

WO 2010/007394 A1披露了一种设备，其中可以维持构建平台上方和下方(即，在构建平台与构建缸筒之间所形成的密封件的两侧)的惰性气氛。通过控制在构建平台上方和下方的气氛以具有相同的压力，可以减轻粉末被轻易地压入密封件与构建缸筒的孔之间的问题。可以在构建平台的上方和下方都形成真空或减压气氛。在使用中，将构建平台上方和下方的气氛脱气到大致真空，并且一旦已经将气氛脱气，则使用氩气回充这些室。与在不首先形成真空或减压气氛的情况下通过用惰性气体冲洗室来形成惰性气氛的方法相比，这种形成惰性气氛的方法在构建开始时可以实现较低的氧气含量。

US 2018/0079033 A1披露了一种通过激光熔化来增材生产零件的设备。粉末床形成在构建平台上，在各自情况下，该构建平台经由杯形壳体中的致动器可以逐步降低粉末层厚度。在壳体和构建平台中，呈电阻加热器形式的加热装置可以预加热正在形成的部件和粉末床的颗粒。