[发明专利]用于增材制造系统的下部气体流注入系统和方法

说明书

一种增材制造(AM)系统(10)，包括：壳体(18)，其限定室(20)；构建平台(22)，其在第一高程(150)处设置在室(20)中；和下部气体入口(98)，其设置在第二高程(152)处并且被构造为供应下部气体流(114)。AM系统(10)包括在下部气体入口(98)和构建平台(22)之间延伸的轮廓表面(118)，以将下部气体流(114)从下部气体入口(98)处的第二高程(152)引导到构建平台(22)处的第一高程(150)，其中，轮廓表面(118)在基本上平行于构建平台(22)的方向(11)上排放下部气体流(98)。AM系统(10)还包括：一个或多个气体输送装置(92)，其联接到下部气体入口(98)以调节下部气体流(98)的一个或多个流动特性；和气体出口(132)，其被构造为排放下部气体流(114)。

优先权信息

本申请要求于2018年8月21日提交的美国专利申请序列号16/107,696的优先权。

技术领域

本文公开的主题大体涉及增材制造系统和方法，并且更具体地，涉及采用聚焦能量以选择性地熔融粉末材料从而产生物体的直接激光烧结(DLS)或直接激光熔化(DLM)系统和方法。

背景技术

与从初始形式中选择性地去除材料以制作物体的减材制造方法相反，增材制造(AM)处理通常涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形的物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但它包含以各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由形式制作，3D打印和快速原型/工具。特殊类型的AM处理使用聚焦能量源(例如，电子束，激光束)来烧结或熔化沉积在室内构建平台上的粉末材料，从而形成其中粉末材料的颗粒粘结在一起的固体三维物体。

如在直接激光烧结(DLS)和/或直接激光熔化(DLM)中使用的激光烧结/熔化是通用的行业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体的方法。特别地，激光烧结/熔化技术通常需要将激光束投射到基底上的受控量粉末(例如粉末床)上，以便在其上形成熔融颗粒或熔化材料层。当激光束在粉末床处与粉末相互作用时，在室内会产生烟雾和/或颗粒物(例如冷凝物，飞溅物)。烟雾和/或特定物质可能对所得物体的质量有害。例如，室内的悬浮烟雾和/或特定物质会干扰激光束，并在激光束到达粉末床之前降低其能量或强度。作为另一个示例，烟雾和/或特定物质可能沉积在粉末床上，并可能并入所得物体中。

在某些激光烧结/熔化(或DLS/DLM)系统中，为了去除烟雾和/或颗粒物并防止沉积，气体流被引入室的上部部分(例如，在z方向上朝向室的顶部并远离构建平台)中以大致上平行于构建平台流动。然而，该上部气体流可能不能有效地去除室的下部部分(例如，在z方向上朝向构建平台并远离室的顶部)中的烟雾和/或颗粒物。因此，颗粒物可能被捕获或沉积在室的下部部分内，这会降低DLS/DLM处理的所得物体的质量。

发明内容

在一个实施例中，一种增材制造系统，包括：壳体，其限定室；构建平台，其相对于室在第一高程处设置在室的下部部分中；和下部气体入口，其靠近室的上游端部设置，其中下部气体入口相对于室设置在第二高程处并且被构造为供应下部气体流。增材制造系统还包括在下部气体入口和构建平台之间延伸的轮廓表面。轮廓表面被构造为将下部气体流从下部气体入口处的第二高程引导到构建平台处的第一高程，并且在基本上平行于构建平台的方向上排放下部气体流。增材制造系统还包括：一个或多个气体输送装置，其联接至下部气体入口并且被构造为调节下部气体流的一个或多个流动特性；和气体出口，其设置在室的下游端部中，其中该气体出口被构造为从室中排放下部气体流。

在另一个实施例中，一种操作增材制造系统的方法，该方法包括：在位于室内的第一高程处的构建平台上沉积粉末材料的床；在第二高程处将下部气体流供应到室的下部部分中；以及沿着轮廓表面经由流体导向效应从第二高程到第一高程，并且然后沿着平行于构建平台的方向朝向构建平台引导下部气体流。该方法还包括将聚焦能量束施加到沉积在构建平台上的粉末材料的床的至少一部分，以形成固化层。