[发明专利]通过实时和原位调整生长参数进行增材制造的设备和方法

说明书

提供一种用于物体的基于粉末的增材制造的设备。所述设备包括粉末输送机构，粉末重涂机构，辐照束引导机构和温度控制机构，温度控制机构至少测量构建物体的至少一个生长部分的实时温度。所述设备包括构建单元，定位机构和旋转机构。所述构建单元附接到所述定位机构，从而实现所述构建单元在至少两个维度中的独立移动。所述构建单元还附接到所述旋转机构，并且在生产期间在构建平台上方围绕所述构建平台旋转。一种使用所述设备制造物体的方法包括以下的重复循环：将粉末沉积到构建平台上、辐照所述粉末的至少一个选定部分以形成至少一个熔合层，以及测量所述至少一个熔合层的至少一个选定部分的实时温度。

技术领域

本公开主要涉及增材制造设备和方法。更具体地说，本公开涉及使得构建物体的生长部分的实际温度能够进行测量，确定和相应调整以使得所述部分可以冷却和凝固成恰当大小或所要大小的设备和方法。

背景技术

增材制造(AM)包括用于以增材分层方式生产部件的各种技术。粉末床熔合是最受欢迎的AM技术之一，在粉末床熔合中，聚焦能量束用于将粉末颗粒分层地熔合在一起。能量束可以是电子束或激光。激光粉末床熔合工艺在行业内有许多不同的名称，其中最常见的是选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)，这取决于粉末熔合工艺的性质。当要熔合的粉末是金属时，通常使用术语直接金属激光烧结(DMLS)和直接金属激光熔化(DMLM)。

参考图1，诸如系统100的激光粉末床熔合系统包括固定且封闭的构建腔室101。在构建腔室101内部的是在一个端部处的构建板102和相邻的进料粉末贮存器103以及在另一个端部处的过量粉末容器104。在生产期间，进料粉末贮存器103中的升降机105使用重涂器刀片106提升规定剂量的粉末以散布在由构建板102限定的构建表面上。粉末溢出物被收集在粉末容器104中，并且任选地进行处理以在再使用之前筛出粗颗粒。

使用例如激光束108在每个层中辐照粉末层的选定部分107，从而形成熔池(meltpool)。在辐照之后，构建板102下降一距离，该距离等于正在构建的物体109中的一个层厚度。然后，随后的粉末层被覆盖在最后一层之上，重复该过程直到物体109完成。使用振镜扫描仪110来控制激光束108的移动。按照计算机辅助设计(CAD)数据以构建物体109的方式进行选择性辐照。

粉末床技术已经显示出了所有已知金属AM技术中的最佳分辨能力。然而，特别是对于较大物体，制造过程的参数，例如辐照束的强度，速度或持续时间，需要得到有效控制，以便产生具有大小，几何结构或配置不同的多个部分的此类较大物体。

在一些情况下，作为控制辐照束参数的添加或替代，可以控制粉末床中的熔池的温度。例如，US 2017/0051386(转让给通用电气公司)描述一种制造方法，其中使用第一加热器将定位于底板上的衬底加热到预定温度，接着使用激光在衬底的表面上形成熔池。将超合金粉末引入到熔池中，并测量熔池的温度，接着相应地调整熔池的温度。

然而，在构建过程中改变粉末床中的熔池的热状态可导致正在构建的部分的横截面相对于构建物体的“基线”，即参考基线位置，产生热驱动偏差。如果未经补偿，那么构建物体和设备之间的这一热运动可导致大小和位置相对于最合乎需要的大小和位置产生较小尺寸误差。

鉴于前述内容，需要制造设备和方法，其可以改进的精度处理物体的生产，特别是具有大小、几何结构或配置不同的多个部分的物体，且处理方式既节省时间又节省成本，同时使原料的浪费最少。

发明内容

下文呈现了一个或多个方面的简要概述，以便提供此类方面的基本理解。本概述并不是对所有能够构想到的方面的广泛概述，并且既非旨在确定所有方面的关键因素也非旨在描述任何或所有方面的范围。其目的在于以简化形式展示一个或多个方面的一些概念，以引出下文呈现的更详细描述。