[发明专利]形成3D物体的装置

说明书

本发明涉及一种用于由金属粉末形成3D物体的装置，其包括：·递送装置，适于以足够高的速度发射出金属粉末流，使其能够在基体上形成固体；及·定位装置，适于当粉末在所述基体上堆积起来时设置或调整所述递送装置与基体间的距离和/或角度；及·控制装置，适于在物体成形时接收测得的表示物体状态的几何数据并响应于所述数据控制所述定位装置的调整以准确形成所述物体。

技术领域

本发明涉及由金属粉末流形成3D物体的装置。

背景技术

以500-1000ms^-1的速率将金属粉末冷喷涂至物体上以赋予其保护层是众所周知的。然而，就所有功能性目的而言，这些只是2D表面涂层，并不用于提供3D特征。已知的用于涂覆2D涂层的装置不能够控制粉末路径与其所充分接触的物体之间的关系进而实现3D特征的生成。本领域技术人员尚未开发出一种基于喷涂的金属粉末的3D生产技术。这可能是因为在粉末流中，位于粉末流中心的粒子的运动速度往往比位于边缘处的要大，结果导致颗粒沉积得不均匀。虽然对于2D涂层而言这并不是所关心的问题，但是用于形成3D物体的话确是不切实际的。

具体而言，由于位于射流横截面中心的粒子速度较高，而位于射流横截面外围处的粒子速度较低，从而会在基体与粉末流之间的界面上形成锥状结构。由于被沉积材料和粉末流所呈现的表面角被认为是影响沉积速率的关键因素，因此，这种锥形布置可能会减慢或阻碍有效沉积。结果，将射流保持在基体的单个点之上静止不动的行为可能会导致形成锥形形状，这种锥形形状会短暂地形成，然后在剩余粉末粒子从锥的倾斜面弹出时停止。申请人发现，通过适当地控制基体相对于粉末流的布置方式，可以方便地形成目标3D物体。

在本文中结合各种特征或步骤使用的“包括”一词不应排除存在其它特征或步骤。该术语不应以限制的方式来解释。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于由金属粉末形成3D物体的装置，包括：

·递送装置，适于以足够高的速度发射出金属粉末束，使所述粉末能够在基体上形成固体；及

·定位装置，适于当粉末在所述基体上堆积起来时设置或调整所述递送装置与基体间的距离和/或角度；及

·控制装置，适于在物体成形过程中使所述定位装置重新定向以基本保持所述金属粉末束的垂直进攻角度。

所述基体可以也可以不构成所述装置的一部分，然而，在其不构成装置的一部分的情况下，为便于定义其它组件，还是会对其提及。所述基体可以是物体形成所在的基底、新物体的3D模板、或已经形成但需要修改或修复的3D物体。

可选地，所述递送装置和定位装置可以是同一组件的不同部分或方面。进一步可选的，它们可以是单独的组件。

可选地，所述定位装置包括具有夹具的机械臂，所述夹具适于保持所述基体。

可选地，所述粉末以大约200-2000m/s的速度从所述递送装置移动至所述基体。

可选地，所述粉末包括纯金属粉末或合金金属粉末，被雾化为平均粒径(直径)为5-50微米。

可选地，所述粉末包括市场上可获得的金属粉末，诸如例如325目并经水雾化的铜粉或铝粉。来自Alcoa公司的123级纯铝粉被认为适合于本发明的至少一些优选实施例。

可选地，所述粉末在0℃-500℃之间(例如，0℃-300℃之间)供给所述递送装置。

可选地，所述粉末在室温(例如，25℃)与500℃之间(例如，0℃-300℃之间)供给所述递送装置。

可选地，所述定位装置能够相对于所述递送装置移动所述基体。在一些实施例中，所述定位装置可以相对于所述基体移动所述递送装置。

可选地，所述定位装置能够保持或调整所述递送装置和所述基体间的垂直和水平间距。