[发明专利]通过电子束粉末床融合来融合一个或者多个横截面

说明书

概括而言，本发明涉及一种用于在粉末床(PB)中融合一个或者多个横截面(C1、C2)的方法、一种用于构造物体(1、2)的方法和一种电子束粉末床融合系统(100)。为了提供电子束粉末床融合的改进的无烟雾的工艺、实现更复杂的几何形状并且减少对所构造的物体的后制造/后处理的需要，建议以下步骤：‑仅预烧结(S2)所述粉末层(Ln)中的横截面(C1、C2)，方式为以第一线能量扫描所述横截面(C1、C2)，‑融合(S3)所述横截面(C1、C2)，方式为以第二线能量扫描所述横截面(C1、C2)，其中，第二线能量超过第一线能量、优选以至少2或者至少5的系数超过第一线能量。

本发明涉及一种用于融合(熔合、熔融)一个或者多个横截面的方法、一种用于构造物体的方法和一种电子束粉末床融合系统。

在传统的电子束粉末床融合(EB-PBF)中，通过在前一个粉末层上涂抹薄的粉末层并且将物体暴露在聚焦的电子束下有选择地熔化物体的横截面，来逐层地构造物体。

与将激光射束作为融合粉末所需的能量来源不同，电子束将电荷(电子)带入粉末颗粒中。由于粉末床的导电性较差，颗粒中的电荷可能会增长得如此之大，以至于静电力导致几乎爆炸性的排斥，即通常已知的“烟雾”。这破坏了粉末层，并且可能导致工艺中断、终止或者物体质量较低。

为了避免烟雾现象，在施加粉末之后并且在熔化之前，通过加热粉末层来提高粉末层的温度，同时提高射束功率，直到粉末的导电性足够高以安全地使用聚焦的射束熔化粉末。

这可以实现无烟雾的工艺，但是会导致剩余的粉末烧结在一起，并且因此粘附在所构造的物体上。因此，在进行后处理时需要附加的步骤去除烧结的粉末，例如方式为以与构造过程中所使用的粉末相同的粉末对物体进行粉末喷射。

然而，与激光粉末床融合(L-PBF)相比，通过EB-PBF构造的物体在几何方面受到限制。由于在后处理中缺乏可触及性，烧结的粉末无法从具有小孔或者底切的腔体中取出。这例如妨碍了通过EB-PBF制造例如具有复杂的内部冷却通道的涡轮叶片。

本发明所要解决的技术问题是为电子束粉末床融合提供一种改进的无烟雾工艺，以实现更复杂的几何形状，并且减少对所构造的物体的后制造/后处理的需要。

所述技术问题通过权利要求1的方法解决。所述方法用于融合粉末层中的一个或者多个横截面，以逐层地构造一个或者多个物体。所应用的工艺是电子束粉末床融合。按照本发明的方法包括以下步骤：

-仅预烧结所述粉末层中的横截面，方式为以第一线能量扫描所述横截面，

-融合所述横截面，方式为以第二线能量扫描所述横截面。

第二线能量优选以至少2或者至少5的系数超过第一线能量。这实现了精确的预烧结步骤，由此显著降低了烟雾事件的风险，同时使得通过电子束粉末床融合直接构造的物体的质量得到改善。

线能量(也称为线能量密度)是电子束的功率(对应于射束电流和射束电压)和射束速度的函数。射束速度描述了射束在粉末床/电流层的平面中移动的速度。线能量与单位速度的射束功率(P/v)成正比并且通常以焦耳/米(J/m)为单位。

扫描是指通过电子束粉末床融合装置的电子束来扫描粉末床。

横截面通常由“切片器”从待构造的物体的三维模型中创建。构造在彼此之上的横截面构成一个或者多个物体。换言之，横截面分别代表物体的一个层。在单独的粉末床上，多个物体可以由多个横截面构成。此外，例如在物体的区段具有分裂结构时，单独的物体在特定的层可以具有多个横截面。

本发明的优点在于，预烧结步骤只烧结横截面，而不烧结周围的对物体来说不需要的粉末床。这使得能够几乎不需要后处理地进行构造。