[发明专利]粉末床熔融设备和方法

说明书

本发明涉及一种粉末床熔融设备和方法。所述设备包括：构建平台(102，302)，所述构建平台用于支撑粉末床(104，304)，粉末层可以沉积在所述粉末床上；扫描仪(106，306)，所述扫描仪用于在每一层上扫描能量束以熔融所述粉末床(104，304)的选定区域；以及气流回路，所述气流回路用于使气流经过所述粉末床(104，304)。所述气流回路包括过滤器组件(114，214)，所述过滤器组件包括使所述气体流过的过滤器壳体(115，215)，所述过滤器壳体(115，215)容纳粒状过滤介质、优选粉末过滤介质，以用于从所述气流中滤出颗粒。所述粉末过滤介质可以对应于用于形成所述粉末床(104，304)的粉末，例如具有与用于形成所述粉末床(104，304)的粉末相同的材料。

技术领域

本发明涉及粉末床熔融设备和方法，其中粉末床的选定区域以逐层方式凝固以形成工件。本发明具体地但非排他性地应用于选择性激光熔化(SLM)和选择性激光烧结(SLS)设备。

背景技术

粉末床熔融设备通过使用比如激光束或电子束等高能束来使比如金属粉末材料等材料逐层凝固来产生物体。通过以下方式在构建套筒中容纳的粉末床上形成粉末层：使构建平台降低以使粉末床降低，将一堆粉末添加到降低的粉末床附近，并且用再涂器将这堆粉末铺展在粉末床上(从粉末床的一侧到另一侧)以形成层。然后通过用束照射这些区域来使与要形成的工件的截面相对应的粉末层的各部分凝固。该束使粉末熔化或烧结以形成凝固层。在层的选择性凝固之后，使粉末床降低新凝固的层的厚度，并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其凝固。

在对材料(特别是金属)进行SLM期间，熔池散发出热的高速蒸气羽流，该蒸气羽流冷却后会形成金属“冷凝物”纳米颗粒的细雾。另外，从沸腾的熔池中喷出较大的不规则飞溅颗粒。此外，由蒸气羽流的运动导致的压降吸入熔池附近的粉末，从而将其向上抛离粉末床。

应当从构建腔室中除去这些加工排放物，以防止产生不良影响，比如气载颗粒干扰将激光束传到粉末床。已知的是，通过引导气流穿过其中夹带有冷凝物、飞溅物和其他颗粒的腔室而从构建腔室中除去加工排放物，这些颗粒随气流一起通过排气口离开腔室。

通过排放口收集的气体在泵的控制下通过气体回路再循环回到喷嘴。气体回路中的过滤器从再循环气体中滤出冷凝物。

WO 2010/007394披露了一种过滤器布置，其中容纳有过滤元件的过滤器壳体可以被密封并从设备中取出，使得过滤器壳体可以用水浸没以截获并中和被截留在过滤元件上的颗粒。在浸没之后，从过滤器壳体中取出过滤元件以进行处置。

这种系统的问题在于设备需要定期维修来更换过滤元件(典型地是纸过滤器)，并且被中和的过滤元件(包括原来的纸过滤器与其上截留的冷凝物和水的组合)必须作为有害废弃物进行处置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种粉末床熔融设备，包括：用于支撑粉末床的构建平台，粉末层可以沉积在该粉末床上；扫描仪，用于在每一层上扫描能量束以熔融粉末床的选定区域；以及用于使气流经过粉末床的气流回路，该气流回路包括用于从气流中滤出颗粒的过滤器组件。过滤器组件可以包括使气体流过的过滤器壳体，过滤器壳体容纳过滤介质以用于从所述气流中滤出颗粒。用于过滤颗粒的过滤介质可以包括粒状过滤介质，例如粉末过滤介质，并且优选地包括与用于形成粉末床的粉末相对应的粉末。处于未使用状态(即在过滤器组件用于过滤颗粒之前)的过滤器组件包括粉末过滤介质，即，在过滤器组件用于从气流中滤出颗粒之前，将粉末过滤介质预先装载到过滤器壳体中。

粉末过滤介质可以具有与用于形成粉末床的粉末相同的材料。粉末过滤介质可以具有与用于形成粉末床的粉末基本上相同的粒径特征，例如基本上相同的粒径分布、最大粒径和/或最小粒径。

气流中夹带的冷凝物颗粒是由粉末床的材料形成的。因此，通过使用相对应的材料从气流中滤出颗粒，所得到的过滤介质和过滤的材料的组合是可以在后续构建中重新使用的粉末。因此，减少了并且有可能完全避免产生和处置有害废弃物材料。