[发明专利]用于制备具有改进性质的三维制品的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过粉末形式的材料层的选择区域的逐层连续固结制造具有改进性质的三维制品的方法和设备，经固结的区域对应于三维制品的连续部段。这种制造方法也被称为粉末基增材制造，使用电磁辐射(例如激光束)或粒子束(例如电子束)部分或全部地逐层形成粉末颗粒的烧结或熔合。

背景技术

通过文献US 4863538已知从粉末形式的材料开始通过使用激光束选择性熔合粉末从而逐层制备三维制品的设备的一个实例。文献WO 0181031描述了通过使用电子束的粉末基增材制造方法制造三维制品的设备。所获得的制品通常具有复杂的形状并且显示出相当良好的几何精度。然而，根据它们的用途，这些制品有时必须经受额外的操作，所述操作的目的在于改进它们的耐磨损性、耐疲劳性或其所经受的机械应力。

制造的制品必须满足操作条件或使用条件，特别是显示出对各种机械应力的良好抵抗力。组件的机械性质可以根据组件的几何形状和其所经受的应力的类型变化。因此，组件必须例如在表面上有限程度的区域上显示出高强度机械特征，而组件本体必须显示出高延性。通过使组件经受热处理获得这些机械性质。

当制造的制品必须显示出良好的耐疲劳性或耐磨损性时，表面的机械稳定性是特别重要的。通常地，制造的制品的耐疲劳性或耐磨损性的机械性质通过表面热处理得以改进。表面热处理最经常使用包括感应设备的热处理装置。然而，用这些装置进行的处理可能造成经处理组件内的变形。还观察到，对于具有复杂几何形状的制品，使用常规处理方法不能在制品的所有部段中保证热处理的所需参数。

为了克服这些缺点，已知通过高能量密度束例如激光束或电子束进行制品的表面处理。这些处理更特别适合于具有复杂的几何形状的组件，例如通过粉末基增材制造方法获得的大部分组件。

文献DE 100 07 962描述了这种粉末基增材制造方法，所述方法使用激光束从而逐层凝固粉末颗粒从而获得注塑元件。所获得的组件具有高的粗糙度，并且出于该原因其表面随后经受通过第二激光束进行的表面精整操作，所述第二激光束造成其表面的一定区域的表面熔合从而减小其粗糙度。在该文献中第二激光束的使用限制于经精整组件的表面熔合。

文献WO 02/11928描述了通过基于粉末混合物的增材制造方法使用激光束获得精确组件的方法，组件随后经受热处理。所描述的热处理的目的在于赋予结构均匀性、减轻内部应力、消除缺陷或改进表面条件。通过使所获得的组件经受额外的烧结然后在炉中经受缓慢的冷却循环从而进行这些处理。这意味着需要实现远离制造装置的分离的处理装置，鉴于相当长的处理时间(加上用于在制造站和处理站之间输送组件的时间)，暗示着在长的时间周期之后获得经处理的组件。

文献DE 10 2007 059 865描述了通过粉末基增材制造方法使用激光束获得金属组件的另一种方法。根据该文献，通过红外辐射元素加热或通过激光束再加热熔融区域从而在所获得的组件内局部改变组件的金相性质。因此获得组件的硬度、韧性或抵抗力的改进。该文献的主要缺点在于获得组件所需的时间长度，特别是当首先使用相同的激光进行凝固然后进行后者的热处理时。

通过文献US 2011/0165339进一步已知用于制造三维制品的方法和设备，所述三维制品至少部分地由无定形金属的基质内的晶体金属的复合物组成。通过沉积粉末形式的材料逐层形成所述制品，在沉积之后通过使用激光束或使用电子束熔合并且通过经熔合区域的受控的冷却使该材料局部凝固。以这样的方式选择粉末层的限定尺寸的区域上的源的功率和束的行进速率：使得通过改变经处理区域的冷却速率，经处理区域可以呈现晶体或无定形结构。该文献中描述的设备采用单个能量源，所述能量源发射的束处理极小的区域同时频繁改变位置，该事实延长了组件的制造时间。出于该原因，该设备不适合制造具有适中尺寸或大尺寸的组件，也不适合大容量制造。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点并且提供通过粉末的选择性熔合制造三维制品的改进的方法和更快速和更高性能的设备，所述制品具有高精度并且其机械性质得以改进，同时制品的每个部段精确限定。

本发明的另一个目的是提供允许获得三维制品的改进的方法和高性能设备，所述制品具有复杂形状并且显示出改进的机械性质和良好的生产率。

这些目的如下实现：一种通过粉末层的选择区域的逐层连续固结制造三维制品的方法，经固结的区域对应于三维制品的连续部段，所述方法包括如下顺序的步骤：

a-在支撑体上沉积粉末层；