[发明专利]增材制造

说明书

本文提供了一种通过增材制造来生产3D产品的方法。该方法包括以下步骤：在产品的已有部分中形成熔池，并使熔池相对于其移动；将引导的原料进料到移动的熔池中以在已有部分上沉积并融合材料层；和重复进行形成、移动和进料步骤以构建连续的材料层。其中在进行形成和移动步骤时：第一能量源撞击在与熔池一起移动并引导熔池的第一区域上，由此第一能量源启动熔池的形成，并且第二能量源撞击在与第一区域一起移动并跟随第一区域的第二区域上，由此在原料进料到熔池中之前，第二能量源增加熔池的横向宽度。

技术领域

本公开涉及一种通过增材制造来制造3D产品的方法和系统。

背景技术

增材制造(AM)是一项通常可以基于产品的计算机辅助设计(CAD)软件模型来构建接近最终形状的3D产品的技术。AM涉及沉积和熔合一种或多种材料(例如金属)的多个连续层以构建产品。与制造3D产品的传统方法(例如铸造或机加工)相比，增材制造的显着优势包括缩短生产时间并降低“飞购比”(buy-to-fly ratio)，即需要购买的物料的重量相对于最终制造零件中该物料的重量。减少材料消耗尤其有助于降低总体生产成本。

在AM中，将用来制造3D产品的材料(即原料)供应到指定位置，在该位置它进入形成在基材上的熔池。熔池的位置在基材上连续移动。熔化的原料层融合到基材上，然后将其他连续的材料层以类似的方式沉积在先前沉积的层上以构建3D产品。基材可以是已有组件，AM可以在其上添加新特征。

通常用能量源(例如等离子弧、电子束或激光)形成熔池。当原料进入熔池时，该能量源还可用于提供能量以熔化原料，并控制该工艺的整体温度(因此控制3D产品的冷却条件以及微观结构和机械性能)。

良好控制每一层沉积材料的形状(也称为熔珠形状)对于生产接近最终形状的3D产品很重要。单熔珠宽度(SBW，即一层沉积材料的宽度)决定了工艺分辨率；新层与前一层之间的接触角(CA)决定了各层之间缺少融合缺陷的可能性；层高(LH)决定表面光洁度。这些熔珠形状参数中的每一个都取决于能量源的功率和能量分布。因此，控制能量源和/或原料的进料速率以改变LH，也将改变SBW和CA。因此，例如，调节工艺以提高LH可导致SBW和/或CA降低。

在实践中，可以例如使用统计分析或神经网络以找到合适的熔珠形状参数平衡来优化AM过程，使用热源生产接近最终形状的产品。但是，这会导致AM工艺不灵活且缺乏适应性，因为无法独立控制熔珠的形状、原料的沉积速率和工艺的整体温度。或者，该工艺可能不是足够优化的，不能足够准确地生产接近最终形状的产品，或者没有融合缺陷。

因此，提供一种通过AM生产产品的方法，该方法能够独立地控制熔珠形状、原料的沉积速率和工艺的整体温度，以高成型速率生产接近最终形状的产品，这将是非常有利的。

发明内容

根据第一方面，本文提供了一种通过增材制造来生产3D产品的方法，其中所述方法包括以下步骤：

在产品的已有部分中形成熔池，并使所述熔池相对于其移动；

将引导的原料进料到移动的熔池中以在所述已有部分上沉积并融合材料层；和

重复进行形成、移动和进料步骤以构建连续的材料层从而生产3D产品；并且

其中在进行形成和移动步骤时：

引导第一能量源到所述已有部分上，所述第一能量源撞击在与所述熔池一起移动并引导所述熔池的第一区域上，由此所述第一能量源启动所述熔池的形成，并且

引导第二能量源到所述已有部分上，所述第二能量源撞击在与所述第一区域一起移动并跟随所述第一区域的第二区域上，由此在所述原料进料到所述熔池中之前，所述第二能量源使所述熔池的横向宽度生长。

产品的已有部分可以是要在其上沉积各层的基材(例如，在增材工艺之前通过另一种制造方法生产的产品)，或者可以是先前融合的材料层。