[发明专利]用于增材制造的方法和多用途的粉末移除部件

说明书

本公开大体上涉及用于制作多壁结构的增材制造(AM)的方法。多壁结构包括具有第一表面的第一壁和具有第二表面的第二壁，第二表面面向第一表面，以限定具有在第一表面与第二表面之间沿第一方向的宽度的通路。多壁结构还包括连接第一壁和第二壁的扩大的粉末移除部件。扩大的粉末移除部件具有大于沿第一方向的宽度的内部尺寸和沿横向于第一宽度的方向的至少一个开口端。

技术领域

本公开大体上涉及用于使用增材制造(AM)来制造粉末移除部件的方法，以及通过这些AM工艺制造的新颖的加强结构。

背景技术

与减材制造方法相反，AM工艺大体上涉及累积一种或多种材料以制造净形或近净形(NNS)物体。虽然“增材制造”为工业标准术语(ASTM F2792)，但AM包含在多种名称下已知的多种制造和成型技术，包括自由成形制作、3D打印、快速成型/模具等。AM技术能够由广泛种类的材料来制作复杂的构件。大体上，可根据计算机辅助设计(CAD)模型来制作独立式物体。特定类型的AM工艺使用能量束(例如，电子束或电磁辐射(诸如激光束))来使粉末材料烧结或熔化，从而形成实心的三维物体，其中粉末材料的颗粒粘结在一起。不同的材料系统(例如，工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷)被使用。激光烧结或熔化对于快速制作功能性原型和工具是值得注意的AM工艺。应用包括直接制造复杂工件、用于熔模铸造的式样、用于注射模塑和压模铸造的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。制作原型物体以在设计周期期间增进概念的传达和测试是AM工艺的其它常见的用法。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常见的工业术语，其用于指代通过使用激光束以使精细粉末烧结或熔化，来生产三维(3D)物体。例如，美国专利No. 4863538和美国专利No. 5460758描述了常规的激光烧结技术。更准确地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下使粉末的颗粒熔融(凝聚)，而熔化需要使粉末的颗粒充分熔化以形成实心的均质体。与激光烧结或激光熔化相关联的物理过程包括将热传递到粉末材料，且然后使粉末材料烧结或熔化。尽管激光烧结和熔化工艺可应用于广泛范围的粉末材料，但生产流程的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率，以及在层制造工艺期间工艺参数对微结构演变的影响)尚未得到较好的理解。该制作方法伴随有多个模式的热、质量和动量传递以及化学反应，它们使工艺非常复杂。

图1为显示用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统100的横截面视图的示意图。设备100通过使用由源(诸如激光器120)生成的能量束136来使粉末材料(未显示)烧结或熔化，从而以逐层的方式构建物体(例如零件122)。将由能量束来使其熔化的粉末由贮存器126供应，且使用涂覆机臂116来使粉末均匀地遍布在构建板114上，涂覆机臂116沿方向134移动，以使粉末保持在水平面118处，且将延伸超过粉末水平面118的多余粉末材料移除到废物容器128。在扫描振镜132的控制下，能量束136使正在构建的物体的横截面层烧结或熔化。使构建板114降低，且将另一层粉末遍布在构建板和正在构建的物体上，接着通过激光器120来使粉末相继地熔化/烧结。重复该过程，直到零件122完整地由熔化的/烧结的粉末材料累积而成。激光器120可由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可确定针对各层的扫描式样，且控制激光器120根据扫描式样来照射粉末材料。在完成零件122的制作之后，多种后处理程序可应用于零件122。后处理程序包括通过例如吹扫或抽真空来移除过量的粉末。其它后处理程序包括应力消除过程。此外，热后处理程序和化学后处理程序可用于精加工零件122。

本发明人已发现，增材制造技术可用于形成适于多种目的的多壁结构。例如，多壁结构可提供结构强度，同时在壁之间提供管道以允许有空气流。然而，在制造期间，多壁结构可形成可固持粉末的部分封闭的空间。例如，从两个壁之间的狭窄空间中移除粉末可为困难的。在一些情况下，固持的粉末在后处理程序期间可被烧结，从而使移除固持的粉末更加困难。

鉴于上文，可认识到的是，存在与AM技术相关联的问题、缺陷或缺点，并且如果可得到制造多壁结构且从多壁结构中移除粉末的改进方法，那么这将是令人期望的。

发明内容