[发明专利]粉末床重涂器设备及其使用方法

说明书

本公开内容涉及用于在增材制造过程期间将粉末供应至粉末床的系统，方法及设备。重涂器设备包括粉末储存器，以及用于将粉末从粉末储存器传送至粉末床的粉末分配系统。重涂器设备还包括至少两个扫掠带，其中粉末分配系统中的至少一个出口位于两个扫掠带之间，以便屏蔽粉末分配系统的出口。

技术领域

本公开内容主要涉及适于执行增材制造(“AM”)工艺的方法及系统，例如通过直接熔融激光制造(“DMLM”)。该工艺使用能量源，能量源发射能量束来熔合粉末材料的连续层，以形成期望的物体。更具体而言，本公开内容涉及使用重涂器刀片来分配和平滑粉末的方法及系统。

背景技术

例如，增材制造(AM)技术可包括电子束自由形式制造、激光金属沉积(LMD)、激光线金属沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光加工近形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末给送定向能量沉积(DED)，以及三维打印(3DP)。相比减材制造方法，AM工艺大体涉及积聚一种或多种材料以制造净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。举例来说，特定类型的AM工艺使用能量束，例如，电子束或电磁辐射如激光束，以烧结或熔化粉末材料和/或线材，以产生材料在其中结合在一起的固体三维物体。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融、和直接激光熔融是用于表示通过使用激光束来烧结或熔融细粉来制造三维(3D)物体的常见工业术语。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统激光烧结技术。更确切地说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔融相关的物理过程包括向粉末材料传热并且随后烧结或熔融粉末材料。电子束熔化(EBM)使用聚焦的电子束来熔化粉末。这些工艺涉及连续地熔化粉末层来以金属粉末构成物体。

图1是示出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110的横截面视图的示意图。例如，设备110通过使用由诸如激光器120的源生成能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)来以逐层方式(例如，层L1、L2和L3，其出于图示目的夸大了比例)构成零件122。待由能量束熔化的粉末由储存器126供应，且使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地散布在构建板114上来将粉末保持在一定水平118，且将延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料去除至废物容器128。能量束136烧结或熔化在振镜扫描器132的控制下构成的物体的横截面层(例如，层L1)。构建板114降低，且另一个粉末层(例如，层L2)散布在构建板和待构建的物体上，接着由激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件122由熔融/烧结粉末材料完全建成。激光器120可以由计算机系统控制，该计算机系统包括处理器和存储器。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制激光器120以根据扫描图案照射粉末材料。在完成零件122的制造后，可以将多个后处理工艺施加于零件122。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空、加工、喷砂或介质喷砂来除去多余粉末。此外，例如，常规后处理可涉及例如从构建平台/基底通过加工来除去零件122。其它的后处理程序包括应力释放过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对零件122进行表面处理。

上述AM工艺由执行控制程序的计算机来控制。例如，设备110包括处理器(例如，微处理器)，其运行固件、操作系统或提供设备110与操作者之间的界面的其它软件。计算机接收待形成的物体的三维模型作为输入。例如，三维模型使用计算机辅助设计(CAD)程序生成。计算机分析模型，且提出用于模型内的每个物体的工具路径。操作者可限定或调整扫描图案的各种参数，如功率、速度和间距，但大体上不会直接地编程工具路径。本领域的普通技术人员将完全认识到，前述控制程序可适用于任何前述AM工艺。