[发明专利]通过激光功率调制进行的增材制造

说明书

本发明涉及一种用于由粉末层选择性增材制造三维物品的方法，所述方法包括以下步骤：‑将增材制造粉末层施加至支撑件或先前固结的层，‑将激光束发射到增材制造粉末层的第一点上，以固结粉末层的包括第一点的第一区域，所述方法进一步包括：‑根据在粉末层的与第一点不同的第二点处的粉末层的估算温度变化来调节激光束的功率，所述估算温度变化是因发射激光束以固结粉末层的第一区域而引起的，所述估算温度变化取决于所述第一点与所述第二点之间的距离以及预定的时间间隔，‑以经调节的功率将激光束发射到所述第二点上，以固结粉末层的包括所述第二点的第二区域，将激光束发射到所述第一点和将激光束发射到所述第二点在时间上以预定的时间间隔分开。

技术领域

本发明涉及选择性增材制造的一般领域。

背景技术

选择性增材制造包括通过在连续的粉状材料(金属粉末、陶瓷粉末等)层中固结所选择的区域来制造三维物品。经固结的区域对应于三维物品的连续横截面。固结例如通过使用能源进行的全部或部分选择性熔化而逐层发生。

通常，高功率激光源或电子束源用作熔合粉末层的源。

通常，在使用高功率激光源制造三维物品的过程中，粉末达到的最大温度可超过蒸发温度，粉末层内的温度场呈现明显的梯度。

由蒸发引起的材料损失以及陡峭的梯度会导致残余应力，这对物品的机械特性产生影响，特别是局部变形、微米级或更大的裂纹，从而引起层的微裂纹和错位。

因此需要在制造过程中更好地控制粉末层的温度场。

发明内容

本发明的总体目的是克服现有技术的增材制造方法的缺点。

特别地，本发明的目的是提出一种用于在加工过程中更好地控制温度场的解决方案。

在本发明的情况中，该目的是通过一种由粉末层选择性增材制造三维物品的方法来实现的，所述方法包括以下步骤：

-将增材制造粉末层施加至支撑件或先前固结的层，

-将激光束发射到增材制造粉末层的第一点上，以固结粉末层的包括所述第一点的第一区域，

所述方法还包括：

-根据在粉末层的与第一点分开的第二点处的粉末层的估算温度变化来调节激光束的功率，所述估算温度变化是因发射激光束以固结粉末层的第一区域而引起的，所述估算温度变化取决于所述第一点与所述第二点之间的距离以及预定的时间间隔，

-以经调节的功率将激光束发射到所述第二点上，以固结粉末层的包括所述第二点的第二区域，将激光束发射到所述第一点和将激光束发射到所述第二点在时间上以预定的时间间隔分开。

这样的方法有利地由以下单独考虑或组合考虑的各种特征或步骤加以补充：

-根据第一点与第二点之间的距离r₂₁和预定的时间间隔(t₂-t₁)，通过计算下式来预先估算出估算温度变化ΔT：

Q₁为在发射激光束期间由层接收到的用以固结粉末层的第一区域的能量，ε为粉末层的热扩散性(effusivité thermique)，R为激光束的半径，α为粉末层的热扩散率，并且t₀为预定时刻。

-以下两个步骤组合：

-根据在层的第n点处在时刻t_n的固结前粉末的温度Tp(t_n)的估算值来调节激光束的功率的步骤，n为大于或等于2的整数，所述估算值取决于粉末的温度变化，所述温度变化是因发射激光束以固结粉末层的n-1个区域而引起的，

第n点位于距粉末层的第i点的距离r_ni处，其中