[发明专利]利用特殊扫描策略的增材制造设备和相关方法

说明书

本发明涉及一种增材制造设备，该增材制造设备包括：构建室(101)；构建平台(102)，其可在该构建室(101)中降低使得可连续形成跨该构建平台(102)的可流动材料层；激光器(105)，其用于产生激光束(118)；扫描单元(106)，其用于将该激光束(118)引导到每一层上以选择性地固化该材料；以及处理器(131)，其用于控制该扫描单元(105)。该处理器(131)被布置成控制该扫描单元(105)通过沿扫描路径(200)多次推进该激光束(118)而引导该激光束(118)来固化材料的选定区域。在沿该扫描路径(200)的每一扫描时，该激光束(118)固化该扫描路径(200)的间隔开的区段，每一后续扫描固化位于先前扫描所固化的区段之间的区段。在另一实施例中，该增材制造设备包括：激光源，其用于产生多个激光束；该处理器(131)，其被布置成控制该扫描单元(106)通过沿扫描路径连续推进该等激光束中的多个来引导该等激光束固化材料的选定区域，其中在该等激光束中的每一个沿该扫描路径扫描时，该激光束固化该扫描路径的间隔开的区段，且该等激光束中的一个沿该扫描路径的扫描固化位于该扫描路径的由该等激光束中的另一个所固化的区段之间的区段。该处理器(131)可被布置成控制该扫描单元引导该激光束通过非连续地且依次序地固化该区域的次毫米大小区段来固化材料的选定区域，以使得经连续固化的区段被间隔开。

技术领域

本发明涉及以逐层方式固化材料层以形成物体的增材制造设备和方法。本发明具有对选择性激光固化设备的特定但非排他性应用，例如，选择性激光熔融(SLM)和选择性激光烧结(SLS)设备。

背景技术

选择性激光熔融(SLM)和选择性激光烧结(SLS)设备使用高能量束(例如，激光束)经由材料(例如，金属粉末材料)的逐层固化来产生物体。通过沉积邻近于粉末床的粉末堆和用刮子将粉末堆散布于粉末床上(从粉末床的一侧到另一侧)以形成层而在构建室中形成跨越粉末床的粉末层。随后跨越对应于经建构物体的横截面的粉末层的区域而扫描激光束。激光束熔融或烧结粉末以形成固化层。在选择性固化某一层之后，粉末床减少掉新固化层的厚度且另一粉末层散布于表面上且视需要固化。这类装置的实例公开于US6042774中。

通常，沿着扫描路径跨粉末扫描激光束。扫描路径的布置将由扫描策略来界定。US5155324描述一种扫描策略，其包括扫描部分横截面的轮廓(边界)，接着扫描部分横截面的内部(核心)。扫描该部分的边界可改善该部分的表面的分辨率、清晰度和平滑化。

已知，使用连续型激光操作模式，其中在使镜面移动以沿扫描路径引导激光点的同时保持激光开启；或使用脉冲型激光操作模式，其中在镜面沿扫描路径引导激光点到达不同位置时，激光经脉冲开启和关闭。

用以扫描部分的策略可影响在建造期间所产生的热量负载和所得的材料的经固化线的准确度。

在建造期间所产生的过度的不受限制的热量应力导致所建造部分变形和/或卷曲。随着经固化材料冷却，正冷却的经固化材料的温度梯度可导致该部分的变形和/或卷曲。US5155324和US2008/0241392 A1描述以多个平行扫描路径来扫描一个区域(光栅扫描)。在各层之间旋转扫描路径的方向，以使在建造期间所产生的张力均匀化。US2008/0241392 A1将这个概念延伸到一连串平行条带的扫描，其中每一条带由垂直于条带的纵向方向运行的多个平行扫描路径构成。条带的方向在各层之间旋转67度。

US2005/0142024公开一种包括连续地辐射层的个别区域的减少热量负载的扫描策略，该等区域彼此距离大于或至少等于个别区域的平均直径的距离。以一连串平行扫描路径来辐射每一个别区域。