[发明专利]具有动态能量调整的电子束熔化增材制造机器

说明书

提供了一种电子束熔化机器和一种操作方法，该电子束熔化机器和操作方法通过调整入射能级来补偿未被添加粉末吸收的能量，从而在构建层内维持恒定的能量吸收。未被吸收的能量以电子发射物的形式被检测到，包括二次电子、反向散射电子和/或透射通过构建平台的电子。

技术领域

本公开大体上涉及增材制造机器和过程，并且更具体地涉及在打印过程期间维持粉末层内的目标能量吸收的电子束熔化机器。

背景技术

与减材制造方法相比，增材制造过程通常涉及一种或多种材料的堆积以形成净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语，但增材制造涵盖了以多种增材制造术语公知的多种制造和成型技术，包括自由成型制造、3D打印、快速成型/加工等。增材制造技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物体能够由计算机辅助设计(CAD)模型制造。

电子束熔化(EBM)是一个常见的工业术语，用于表示通过使用电子束烧结、熔化或熔融细粉末来生产三维(3D)物体。在EBM过程期间，将被电子束熔化的粉末均匀地铺展在构建平台上的粉末床上，并且电子束在电子控制单元或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。降低构建平台并将另一层粉末铺展在粉末床和正在构建的物体上，然后连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件完全由熔化/烧结的粉末材料构成为止。

值得注意的是，随着添加粉末的老化和吸收杂质，添加粉末的表面化学自然地发生变化。此外，添加粉末的表面化学可显著影响粉末层的二次电子发射物，并可导致被添加粉末吸收的能量的可变性。当电子束的能级保持在目标能级恒定时，粉末能量吸收中的这些变化可能导致添加粉末的过度熔化、熔化不足或以其他方式不适当地熔化。添加粉末的这种不适当的熔融会导致构建瑕疵、翘曲、分层、微结构变化和其他打印不规则现象，从而导致较低质量零件、结构性不足甚至有缺陷的零件。

因此，促进更稳定的制造过程，产生更少的有缺陷或次优零件的增材制造机器将是有用的。更具体地，能够检测电子发射物或能量沉积并调整电子束以在粉末层上维持恒定能量的电子束熔化机器将是特别有益的。

发明内容

方面和优势将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来得知。

根据本主题的一个实施例，提供了一种操作增材制造机器的方法。该方法包括在可移动地位于构建室内的构建平台上沉积添加粉末层；以入射能级和能量密度将电子束引向该添加粉末层；测量来自该添加粉末层的电子发射物；以及至少部分地基于所测得的电子发射物来调整该电子束的入射能级和能量密度中的至少一个。

根据另一个示例性实施例，提供了一种增材制造机器，该增材制造机器包括：构建平台，该构建平台构造成用于支撑部件并且可在构建室内沿着竖直方向移动；粉末分配组件，该粉末分配组件用于在构建平台上选择性地沉积添加粉末层；以及能量源，该能量源用于选择性地将电子束引导到添加粉末层上。发射物检测系统检测来自添加粉末层的电子发射物，控制器可操作地联接到能量源和发射物检测系统。控制器构造成以入射能级和能量密度将电子束引向添加粉末层，测量来自添加粉末层的电子发射物，以及至少部分地基于所测得的电子发射物来调整电子束的入射能级和能量密度中的至少一个。

参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解这些及其他特征、方面和优势。并入并构成该说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并同描述一起用来说明本发明的某些原理。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考所附的附图。

图1示出了根据本主题的示例性实施例的增材制造机器的示意图。

图2示出根据本主题的示例性实施例的图1的示例性增材制造机器的构建平台的特写示意图。

图3是根据本公开的一个实施例的操作增材制造机器(例如电子束熔化机器)的方法。