[发明专利]增材制造方法

说明书

本发明涉及一种增材制造方法，其中通过以下方式来制造物体(10)：将金属(12)分层地施加在基底(8)上、使施加装置(5)相对于基底(8)依次与不同的加工区(9)对准、以及使液态金属(12)分别被局部地施加在加工区(9)中并在那里被固化。为了在通过液态金属打印制造的物体的情况下允许精确地调节局部材料特性，根据本发明，在施加金属(12)之后，通过与加工区(9)对准的至少一个热影响装置(6、7)影响金属(12)随时间变化的温度发展，以便局部地调节物体(10)的机械性能，并且其中热影响装置(6、7)和施加装置(9)在制造过程中彼此相对保持固定。

技术领域

本发明涉及一种增材制造方法。

背景技术

现今存在多种方法，借助这些方法可以基于设计数据制造由无定形或形状中性的材料制成的三维模型，该材料例如是粉末(可选择性地添加粘合剂)或流体(其中有时还包括熔化的固体)。这些方法也以诸如“快速成型(Rapid Prototyping)”、“快速制造(RapidManufacturing)”或“快速制模(Rapid Tooling)”的通称而为人所知。通常，执行初步成型步骤，在此步骤中，起始原料要么从一开始就已经以液体形式存在，要么预先液化然后固定在预定位置。在这种情况下，一种已知的方法是所谓的熔融涂覆(熔融沉积建模，FDM)，其中由热塑性材料分层地构造工件。塑料例如以粉末形式或细丝形式被输送、被熔化以及通过压头以熔融形式被涂覆，压头顺序地涂覆待制造物体的各个独立的大体水平的层。

近来已经开发出一些方法，其中这些方法代替了热塑性塑料，液态形式的金属被施加并且然后被固化。以这种方式，可以连续构造金属物体，并且可以分层地进行构造。与诸如选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)的粉末床方法不同，在粉末床方法中先施加粉末，然后通过合适的聚焦辐射对其进行选择性加热和烧结或熔合，然而，在这种情况下，沿平行层的构造没有任何限制。在粉末床方法中，在生产过程期间会产生大量未使用的金属粉末，需要将其从成品和生产区域中清除掉，然后要么处置或要么循环再利用。在液态金属的受控局部施加中不会出现该问题，也就是说，就此而言这些方法实质上更经济。金属可以以细丝或金属丝的形式被输送，并且可以说在逐点局部施加之前被熔化了。

在这种情况下，可以产生单个金属滴并且在压力下通过喷嘴以压力打印机的方式喷射。喷嘴对准所需的施加点，随后在该施加点处设置液滴。

前述方法也特别适合于原型的制造，在形状方面几乎没有限制，并且例如还可以制造也可以通过变形方法制造的零件(例如作为成型的钣金零件)。在批量生产中，通过变形生产通常大体上更加经济，而对于原型或非常小的批号而言，增材制造通常更加经济且难度较小。然而，一个问题是尽管通过增材制造已经制造的部件可以精确地对应于例如成型的钣金零件的外部形状，然而，由于完全不同的生产工艺，它们不具有相同的材料特性。这是因为变形过程会通过局部不同的应力局部修改材料特性。例如，高度变形的区域通常比变形较小的那些区域具有更高的硬度和更低的拉伸强度。这归因于所谓的加工硬化，金属晶格中的位错由于变形可能迁移到晶界并且在那里积累。相反，在增材制造的部件内部的任何地方，诸如硬度和强度之类的材料特性通常大致相等。这使得难以借助于增材制造的原型来评估部件的适用性。希望能够以受控的方式局部地调节增材制造物体的材料特性。当然，这种情况下的应用将不限于原型的制造。以此方式可以制造具有某种程度上局部定制的特性的金属部件。

US 2015/0064047A1公开了一种用于制造三维结构的方法。在印刷位置处以例如液态金属喷射的形式施加金属材料。此外，通过控制向打印位置的热能供应并且控制向打印位置的超声振动的供应，在打印位置调节材料的微观结构。可选地，也可以例如通过将冷却剂供应到印刷位置来提供印刷位置的冷却。

CN 107511481 A公开了一种用于超长金属零件的3D打印和热处理的集成方法。根据另一变型，金属零件的纵轴沿着由金属基板限定的底面的对角线对准。根据另一种变型，金属零件的纵轴沿着基面上方的对角线对准。两种方法都可以优化利用给定制造设备的空间。