[发明专利]用于激光烧结系统的改进的粉末分配

说明书

提供用于基于设计数据且由可烧结粉末制造三维物体的激光烧结系统和相应的激光烧结方法，上述激光烧结系统包括：进料斗，用于将可烧结粉末供应到激光烧结系统的构建室；粉末分配装置，用于将可烧结粉末分配在部件床上的层中；以及位于部件床的与进料斗相对置处的返回粉末装置，其中返回粉末装置能选择性地移动以能够使粉末的一部分从粉末分配装置的一侧移送到另一侧。

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35卷( 35 U.S.C. )119(e)款要求2013年3月15日提交的系列号为 61/793,870的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及激光烧结系统，更特别地涉及用于提高部件质量并减少丢弃已使用过但未烧结的粉末的激光烧结系统设备和方法。

背景技术

激光烧结是根据数字数据制造三维物体的加法制造的一种形式。如本领域中已知的，激光烧结用激光加热粉末层，典型地为聚合物或金属粉末，以使粉末颗粒以预定图案彼此熔合从而限定正被制造的物体的横截面层。这种技术在美国专利第4,863,538、5,155,321、5,252,264、5,352,405、6,815,636、7,569,174以及 7,807,947中公开，其揭露内容通过引用全部并入本文中。

伴随激光烧结的一个问题是在构建过程中激光衰减，由此在图像平面（可烧结粉末暴露于激光束的表面）处的激光功率发生变化（典型地为减小）。这种激光功率变化可归因于很多问题，并可导致部件从底部到顶部（沿着z轴）为不同颜色、或者沿着z轴具有不同机械性能。

伴随激光烧结、特别是被加热到接近熔点温度的聚合物的激光烧结所伴随的另一问题是，未熔融的可烧结粉末在粉末产生具有非期望质量（例如表面上的“桔皮现象”）、着色或降低的机械性能的部件之前，仅可被再利用一定次数。结果就是，激光烧结机器的操作者必须丢弃一定数量的已使用过的激光烧结粉末以保持部件质量。

发明内容

本发明的多种实施方式解决上述需求，并实现提高部件质量并减少丢弃可烧结粉末的需要的其它优点。本发明的一个实施方式包括用于施加粉末层的方法，以减小可导致降低部件强度或精度并提高层内粉末密度的表面结构的可能性。特定实施方式使用“两次通过（two pass）”途径（也称作“双APL”（APL = Apply Powder Layer，译为APL =施加粉末层））”，从而通过与传统(现有技术)施加粉末层相似地在第一次通过时分配粉末层来铺设单个粉末层（借助于反向旋转的辊子或其它粉末分配装置），但然后与现有技术不同，将辊子以分配余留粉末来填充间隙并使粉末层表面弄平的第二次通过移动回来。为了分配来自第一次通过的余留粉末，将返回粉末装置（例如活塞）设置在部件床（part bed）（对粉末进行激光烧结的区域）的与进料斗沉积粉末之处相对置的侧部上。返回粉末装置降低以容许余留粉末通过辊子下方，并在辊子通过后抬升，使得辊子可分配余留粉末。将在第二次通过之后剩余的任何余留粉末沉积进位于部件床侧部上的粉末返回槽。通过使用双次通过技术，粉末层改善了均匀性并具有更好致密性以用于更精确激光烧结。