[发明专利]用于添加式制造的方法及可断裂支撑

说明书

本公开的发明名称是“用于添加式制造的方法及可断裂支撑”。本公开一般涉及在构建对象（200）的过程中利用可断裂结构（210）的用于添加式制造（AM）的方法以及将在这些AM过程内使用的新型可断裂支撑结构。支撑结构包括弱化部位（216），并且，对象包括出口（206）。所述方法包括使可移除的支撑结构在弱化部位断裂成至少两个部分。

技术领域

本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支撑结构的用于添加式制造（AM）的方法以及将在这些AM过程内使用的新型支撑结构。

背景技术

与删减式制造方法形成对照，AM过程一般涉及将一个或更多材料积聚（buildup）以制作净成形或近净成形（NNS）对象。虽然“添加式制造”是行业标准术语（ASTM F2792），但AM包含以包括自由成形制作、3D打印、快速原型制作/工具作业等的各种名称已知的各种制造及原型制作技术。AM技术能够由多种多样的材料制作复杂的构件。一般，能够由计算机辅助设计（CAD）模型制作独立式对象。特定的类型的AM过程使用能量束，例如，电子束或诸如激光束之类的电磁辐射，以烧结或熔融粉末材料，从而创建固体三维对象，在该对象中，粉末材料的颗粒粘结在一起。使用不同的材料体系，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属以及陶瓷。激光烧结或熔融是值得注意的用于快速制作功能原型和工具的AM过程。应用包括复杂的工件、用于熔模铸造的图案、用于注射模塑和压铸的金属模具以及用于砂型铸造的模具和型芯的直接制造。在设计周期的期间制作原型对象以增强概念的交流和试验的方案是AM过程的其它常见的用法。

选择性的激光烧结、直接激光烧结、选择性的激光熔融以及直接激光熔融是用于指通过将激光束用于烧结或熔融微细的粉末而生产三维（3D）对象的常见的行业术语。例如，美国专利号4863538和美国专利号5460758描述常规激光烧结技术。更准确的是，烧结使在低于粉末材料的熔融点的温度下使粉末的颗粒熔合（凝聚）成为必要，然而，熔融使充分地熔融粉末的颗粒以形成固体均质体成为必要。与激光烧结或激光熔融相关联的物理过程包括热传递至粉末材料，且然后烧结或熔融粉末材料。虽然激光烧结及熔融过程能够应用于大范围的粉末材料，但未充分地理解生产流程的科学及技术方面，例如，烧结或熔融速率和处理参数对层制造过程的期间的显微结构演化的影响。该制作方法伴有多种模式的热量、质量和动量传递以及化学反应，这导致过程非常复杂。

图1是示出用于直接金属激光烧结（DMLS）或直接金属激光熔融（DMLM）的示范性的常规系统100的截面图的示意图。设备100通过使用诸如激光器120之类的源所生成的能量束136来烧结或熔融粉末材料（未示出），从而以逐层的方式构建对象，例如部分122。将通过能量束而熔融的粉末由储存器126供给，并且，使用沿方向134行进的再涂敷器臂（recoaterarm）116来均匀地散布于构建板114上，从而将粉末维持在水平118，并且，将在粉末水平118的上方延伸的过量粉末材料移除至废物容器128。在检流计扫描器132的控制之下，能量束136烧结或熔融正在构建的对象的截面层。使构建板114下降，并且，使另一层粉末散布于构建板和正在构建的对象上，接下来通过激光器120而连续熔融/烧结粉末。重复该过程，直到部分122完全地由熔融/烧结后的粉末材料而积聚。可以由包括处理器和存储器的计算机系统控制激光器120。计算机系统可以针对各层而确定扫描图案，并且，根据扫描图案而控制激光器120来照射粉末材料。在完成部分122的制作之后，可以将各种后处理程序应用于部分122。后处理程序包括通过例如吹气或真空处理而移除通路粉末。其它后处理程序包括应力释放过程。另外，热及化学后处理程序能够用于对部分122进行精加工。

在激光烧结/熔融过程的期间，由于在构建对象时再涂敷另外的多层粉末，因而三维对象受到大量的应力。本发明的发明人已发现，例如空心结构之类的某些AM结构倾向于经历变形。在某些情况下，变形可能与再涂敷器臂在它移动经过正在构建的对象时的移动有关。鉴于上文，能够意识到，存在与AM技术相关联的问题、缺陷或缺点，并且，如果可获得改进的支撑对象的方法和支撑结构，则将是理想的。

发明内容