[发明专利]通过在线激光扫描器控制粉末床的熔化池的冷却速率的方法及直接金属激光熔化制造系统

说明书

一种控制粉末床的熔化池的冷却速率的方法，其包括：在粉末床上引导第一激光束(5)以形成熔化池；使第二激光束(6)与第一激光束(5)同轴地对准；以及，使第二激光束(6)的聚焦光斑(26)相对于熔化池横向偏移，其中，第二激光束(6)加热但不熔化聚焦光斑内的粉末。

技术领域

本技术大体涉及直接金属激光熔化(DMLM)的使用，用于在制造或修理部件(更特别地，燃气涡轮发动机的部件)中使用。

背景技术

增材制造是一种使得能够对各种材料(包括金属、陶瓷和塑料)的部件进行“3D打印”的技术。在增材制造中，通过使用高功率激光或电子束调平金属粉末并且使粉末选择性地熔融在层内，以逐层方式构建部件。每层之后，增添更多粉末并且激光图案化下一层，同时使其熔融到先前的层以制造埋在粉末床中的完整部件。增材制造系统和处理被用以依由数字模型制造精密的三维部件。

在现有的粉末床系统中进行构建时，激光束或电子束被用以扫描一层粉末以在粉末床的层中烧结并且熔化所需图案。对于一些应用，构建可能要求数天的处理时间。DMLM的一个应用是用于飞行器的燃气涡轮发动机的翼型件的制造和修理。使用常规的铸造技术难以形成翼型件的几何形状，因而已提出使用DMLM处理或电子束熔化处理来制造翼型件。随着层被构建在彼此之上并且横截面和横截面彼此连结，可以产生带有所要求的几何形状的翼型件或其部分，诸如用于修理。翼型件可能要求后处理以提供所需结构特性。

使用DMLM处理的三维金属部件制造产生极高的温度梯度和冷却速率，其导致内部部件应力和开裂。该问题在镍基超合金之中特别普遍，镍基超合金在高温下保持高强度，因此在翼型件中受到关注。尽管需要定制的感应加热器来达到所要求的温度，但是，可以使用被加热的构建平台来完成无开裂部件制造。可以接近于熔化池使用第二激光并更改冷却速率。然而，现有的双激光构造要求独立的两套光学器件和扫描器，其昂贵且难以协调。

发明内容

根据文中公开的技术的一个示例，一种控制粉末床的熔化池的冷却速率的方法包含：在粉末床上引导第一激光束以形成熔化池；使第二激光束与第一激光束同轴地对准；以及，使第二激光束的聚焦光斑相对于熔化池横向偏移，其中，第二激光束加热但不熔化聚焦光斑内的粉末。

根据文中公开的技术的另一示例，一种直接金属激光熔化制造系统包含：至少一个激光源，其产生第一激光束和第二激光束；反射器，其能够绕着两个轴线倾斜并且被构造成反射第二激光束；束组合器，其使第一激光束通过并且反射从反射器反射的第二激光束；光学系统，其被构造成使第一激光束和第二激光束同轴地对准并且将第一激光束和第二激光束引导至粉末床，其中，第一激光束在粉末床中形成熔化池；控制器，其使反射器倾斜以使第二激光束的聚焦光斑相对于熔化池横向偏移，其中，第二激光束加热但不熔化聚焦光斑内的粉末。

根据文中公开的技术的又一示例，一种控制粉末床的熔化池的冷却速率的方法包含：在粉末床上引导激光束以形成熔化池；以及，使激光束相对于熔化池横向振荡，以控制邻近熔化池的粉末的温度。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地了解本技术的这些及其他特征、方面和优点，附图中，类似的字符在所有附图中表示类似的部件，其中：

图1示意性地图示控制直接金属激光熔化增材制造的冷却速率的在线(in-line)激光扫描器；

图2示意性地图示控制直接金属激光熔化增材制造的冷却速率的在线激光扫描；

图3示意性地图示在直接金属激光熔化制造期间两个激光光斑之间或单个激光光斑的两个状态之间的关系；以及

图4示意性地图示在直接金属激光熔化制造期间单个激光光斑或多个激光光斑可以跟随的图案。

具体实施方式