[发明专利]包括加热邻近熔池的区域的用于熔化粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过利用高能束(激光束、电子束……)熔化粉末来制造零件的领域。

背景技术

本发明更具体地涉及一种包括如下步骤的方法：

a)提供粉末颗粒形式的材料；

b)在高能束的协助下将第一数量的粉末加热到高于粉末的熔化温度T_F的温度，并且在支撑件的表面形成包括支撑件的一部分和已熔化粉末的第一池；

c)在高能束的协助下将第二数量的粉末加热到高于它的熔化温度T_F的温度，并且在支撑件的表面形成包括支撑件的一部分和已熔化粉末、位于第一池下游的第二池；

d)重复步骤c)直至在支撑件上形成零件的第一层；

e)在高能束的协助下将第n数量的粉末加热到高于它的熔化温度T_F的温度，并且形成部分地包括已熔化粉末、在第一层的一部分之上的第n池；

f)在高能束的协助下将第n+1数量的粉末加热到高于它的熔化温度T_F的温度，并且形成部分地包括已熔化粉末、在所述第一层的一部分之上、位于所述第n池下游的第n+1池；

g)重复步骤f)以在第一层之上形成零件的第二层；以及

h)重复步骤e)至g)形成位于已经形成的层之上的每层，直至零件基本具有其最终形状。

在上面的方法中，需要n-1数量的粉末形成第一层。

现有已知的方法能够获得具有复杂三维(3D)形状的机械零件。这些方法一层一层地形成零件直至已重构出零件的期望形状。有利地，零件可以直接从计算机辅助设计和制造(CADM)文件使用计算机控制机器来重构，该计算机辅助设计和制造文件从处理3D计算机辅助设计(CAD)图形文件的数据推导出来，该机器以一层在另一层之上的方式形成被熔化并随后固化的材料的连续层，每层由具有CADM文件定义的尺寸和形状的并列的平边构成。

举例来说，构成粉末颗粒可以为金属的、金属间化合的、陶瓷的或聚合物的。

在本申请中，当粉末为金属合金，对于给定的合金成分，熔化温度T_F介于液相线温度和固相线温度之间。

建造支撑物可以为某些其它零件的一部分，在其上期望增加附加的功能。它的成分可以不同于喷射的粉末颗粒的成分，并且由此可以具有不同的熔化温度。

这些方法具体地包括激光喷射(projection by laser)或直接“直接金属沉积”(direct metal deposition，DMD)、“选择性层熔化”(selective layer melting，SLM)和“电子束熔化”(electron beam melting，EBM)。下面简要概括DMD和SLM方法的特点和操作。

下面参考图1解释DMD方法的操作。

在局部保护下或在规定的高压或低压的惰性气体的外壳中，通过喷嘴190将粉末颗粒喷射到在支撑件80上的材料上，形成材料的第一层10。与喷射粉末颗粒60同时地，喷嘴190发射来自发生器90的激光束。喷嘴190的第一孔口191同轴地围绕第二孔口192，通过第一孔口粉末被喷射到支撑件80上，通过第二孔口激光束95被发射，这样粉末被喷射到激光束95中。粉末形成颗粒的圆锥体，圆锥体是中空的，并且具有特定厚度，并且激光束是圆锥形的。

激光束95通过熔化暴露于激光束的支撑件80的区域，在支撑件80上形成池102。粉末供应给池102，粉末以熔化状态进入池，粉末在到达池之前在激光束中在它的路径上被熔化。

作为一种选择，并且举例来说，喷嘴190可以以这样一种方式控制和/或定位，使得粉末没有在激光束95中经历足够的时间以使所有粉末被完全熔化，并且它到达池102后熔化，该池是通过熔化支撑件80的暴露于激光束95的区域预先形成在支撑件80的表面上的。

粉末也能够根本不被激光束95熔化，或者能够仅部分被熔化，原因是一些或所有构成粉末颗粒的尺寸对它们来说太大而不能熔化。

当激光束95(或支撑件80)向下游移动时，池102被保持并且渐渐固化以在支撑件80上形成固化材料105的平边。该过程继续进行以在支撑件80上形成另一个固化的平边，该另外的平边与例如第一平边并列。这样，通过在平行于工作平面的平面内移动喷嘴190或支撑件80，材料的第一层10沉积在支撑件80上，该层通过固化符合CADM文件定义的形状的一件式的第一元件15形成。工作平面P被定义为包含在其上建造和/或形成层的表面的平面。