[发明专利]增材制造粉末再循环系统

说明书

一种增材制造粉末再循环设备(1)，包括：粉末再循环回路(120)，该粉末再循环回路具有：用于接收来自增材制造设备的粉末的入口(114)；用于向该增材制造设备供应粉末的出口(154)；以及在该入口(114)与该出口(154)之间延伸的粉末流路径。该粉末流路径中的分流阀(200，400)被配置为选择性地将粉末流置于与下游粉末再循环回路或在粉末再循环回路(1)外部的料斗(140)处于流体连通。

技术领域

本发明涉及基于粉末的增材制造和用于基于粉末的增材制造的粉末处理设备。

背景技术

增材制造方法(在一些情况下可以称为“3D打印”)典型地通过以逐层方式积聚材料来形成三维制品。与传统制造技术相比，增材制造具有几个优势，例如：增材制造几乎不限制部件的几何形状；增材制造可以减少材料浪费(因为即使是复杂几何形状，也可以制成其最终净形状或接近其最终净形状)；以及，增材制造不要求专用工具，因此能够灵活地制造小批量或单独定制的产品。

一种类型的增材制造是粉末床熔融，其特别适用于高强度材料，比如金属合金(但也可以用于基于陶瓷或聚合物的材料)。在粉末床熔融中，在基部上提供薄粉末层，并将其选择性地暴露于能量源以熔融该层的部分。通常通过降低支撑着粉末的平台，在固化的层上提供另一粉末层，并选择性地熔融该后续层。这使得新层内的粉末熔融并且熔融到前一层的熔融区域。重复该过程以在逐层的基础上构建完整部件。粉末床熔融包括例如选择性激光熔化(其中能量源是激光)和电子束熔化(其中能量源是电子束)。

为了获得增材制造工艺的全部益处，在增材制造中使用的粉末必须非常精细且质量高(在化学和物理两方面)。粉末的特征比如颗粒大小、颗粒形状和颗粒形状分布可以直接影响粉末流动和层积聚，从而可以直接影响最终部件的质量和一致性。用于粉末床增材制造中的金属粉末颗粒可以例如具有在15至45μm范围内的颗粒大小(对于选择性激光熔化)。

出于工艺和安全两种原因，必须谨慎处理用于增材制造的粉末。例如，精细的金属粉末通过皮肤接触或吸入对人类健康构成威胁，并且具有火灾或爆炸风险。进一步，金属粉末暴露于水分和/或氧气可能会导致粉末降级。例如，一些材料、比如钛合金是特别活泼的并且容易吸收大气中的杂质，比如氧气和氮气。因此，最佳做法是将用于增材制造的粉末保持在惰性气氛中，例如通过使用密封的粉末烧瓶和粉末装载布置。

在典型的逐层构建中未熔融粉末的量可能相对较高，使得粉末床中的大部分粉末可用于再使用。为了维持工艺质量和一致性，任何回收的未熔融粉末在被重新引入增材制造工艺之前典型地要求进行一定程度的加工，以确保所回收的粉末在化学和/或物理上与原始粉末一致，以提供一致的结果。例如，所回收的粉末可以穿过筛或过滤器以去除过大颗粒(其可能通过增材工艺的加热而形成——例如已经烧结在一起或形成不规则形状附聚物的颗粒)。

尽管粉末再循环设备具有这些优势，但它们并未被普遍采用。例如，在增材制造的一些应用中，严格的性能或监管要求当前可能会限制再循环的使用。这种限制可能要求使用原始粉末或可能要求在再使用之前对未熔融的粉末进行测试和认证。因此，期望提供能够增加再循环粉末的使用的增材制造方法和设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种增材制造粉末再循环设备，其包括：

粉末再循环回路，所述粉末再循环回路具有：

用于接收来自增材制造设备的粉末的入口；

用于向所述增材制造设备供应粉末的出口；以及

在所述入口与所述出口之间延伸的粉末流路径；

在所述粉末流路径中的分流阀，所述分流阀被配置为选择性地将所述粉末流置于与下游的粉末再循环回路或在所述粉末再循环回路外部的料斗处于流体连通。