用于增材制造的構建板和裝置的制造方法
【專利說明】用于増材制造的構建板和裝置
[0001]發(fā)明背景
[0002]所描述的主題大體上涉及增材制造。更特別地,本主題涉及粉末床增材制造。
[0003]增材制造(也被稱為實體自由(SFF)制造)大體上指的是特征在于成品部分由多個薄材料片的逐層構造產生的事實的一類制造方法。增材制造通常涉及將液體或粉末材料迭代地應用到工作表面、然后進行燒結、固化、熔化和/或切割的一些組合來產生每一層。重復該過程來構造近凈形組件,其然后可被加工為最終產品。
[0004]各種增材制造是已知的。實例包括各種基于粉末的過程,包括其中電子束選擇地熔化粉末以形成每一層的電子束熔化;其中使用激光選擇地熔化粉末的激光增材制造;和直接金屬沉積?;诜勰┑倪^程通常涉及在能量束通過粉末時的快速加熱和固化。支撐結構(諸如散熱器、堆砌物和/或錨定件已被融合到厚金屬構建板的上表面,以在以逐層方式在其上構建組件時對組件進行散熱并防止其變形。通過這種傳統(tǒng)布置,然后須在分離構建板、支撐結構(多個),和近凈形組件之前進行一個或多個附加的應力消除步驟。
發(fā)明概要
[0005]—種粉末床沉積裝置包括可移動構建板、粉末輸送系統(tǒng)、能夠在連續(xù)量的金屬粉末上方選擇地轉向至少一個聚集能量束的能量束裝置、非金屬阻擋層,和可移除地固定到構建板的錨定件。非金屬阻擋層設置在構建板的金屬上表面上方。錨定件具有與非金屬阻擋層平齊的金屬接合表面。非金屬阻擋層和錨定件限定具有粉末床工作表面的可移動構建總成。
[0006]構建平臺包括具有金屬上表面的構建板,和可移除地固定到構建板的構建總成。構建總成包括具有非金屬阻擋部分和金屬接合部分的粉末床工作表面。非金屬阻擋部分設置在構建板的金屬上表面上方,且金屬接合部分與非金屬阻擋部分齊平。
[0007]—種用于制造近凈形組件的方法包括將粉末床工作表面可移除地固定到具有金屬上表面的可移動構建板。粉末床工作表面具有設置在構建板的金屬上表面上方的非金屬阻擋部分,和與非金屬阻擋部分齊平的金屬接合部分。從粉末輸送系統(tǒng)供應一定量的金屬粉末以在粉末床工作表面上形成第一粉末構建層。通過操作能量束裝置以在第一粉末構建層上方選擇地轉向至少一個聚集能量束來形成第一組件構建層。第一組件構建層粘附到粉末床工作表面的金屬接合部分。
【附圖說明】
[0008]圖1示意地描繪了示例性粉末床沉積機器。
[0009]圖2A示出包括非金屬阻擋層、錨定銷和第一粉末構建層的進程中的構建總成。
[0010]圖2B示出在第一粉末構建層的固化和第二粉末構建層的沉積之后的圖2A的進程中的構建總成。
[0011]圖3示出從構建板上被移除的完成的構建總成。
[0012]圖4示出錨定銷和支撐結構于近凈形組件的分離。
[0013]圖5是示出示例性構建過程的步驟的圖表。
【具體實施方式】
[0014]圖1示出粉末床沉積裝置10,并且還包括構建臺14、構建平臺16、粉末輸送裝置18、粉末隔室20、粉末升降平臺22、構建方向箭頭24、能量束裝置26、光束發(fā)生器28、出口透鏡30、可轉向能量束32、可轉向光束路徑34、金屬構建板36、非金屬阻擋層38、構建總成40、粉末供應裝置42、粉末定量裝置43、重復涂布機44、粉末構建層45、供應活塞46、可移動粉末床工作表面48和錨定件50。
[0015]構建臺14包括構建平臺16。裝置10的實施方案可采用各種增材制造過程,諸如但不限于直接激光燒結(DLS)制造、直接激光熔化(DLM)制造、選擇性激光燒結(SLS)制造、選擇性激光熔化(SLM)制造、激光工程凈成形(LENS)制造、電子束熔化(EBM)制造、直接金屬沉積(DMD)制造,和本領域已知的其它制造。
[0016]構建平臺16可以是任何物體,其能夠安裝到粉末床沉積裝置10上,并且一個或多個近凈形組件可構建在其上。例如,平臺16可包括可相對于構建臺14移動的一個或多個構建板。構建板可具有增材制造可在其上進行的金屬上表面,如下面所解釋。
[0017]粉末床裝置沉積裝置10可包括粉末輸送系統(tǒng)18。在該實施例中,粉末傳輸系統(tǒng)18包括粉末隔室20,其具有設置為靠近并且可相對構建平臺16移動的粉末升降平臺22。構建箭頭24指示粉末升降平臺22可在第一垂直方向上移動,且構建平臺16可在相對第一垂直方向的第二垂直方向上移動。然而,應理解,可使用其它粉供應布置。
[0018]能量束裝置26能夠對由粉末輸送系統(tǒng)18供應到構建平臺16的一定量的金屬粉末選擇地轉向至少一個聚集能量束。能量束裝置26的該非限制性實施例顯示了至少一個束發(fā)生器28和適于通常朝向構建平臺16沿光束路徑34轉向能量束32的出口透鏡30。雖然圖1示出直接朝向構建平臺16轉向束32的能量束發(fā)生器26,但是這僅是為了簡化說明而示出。應理解,可結合其它更復雜的束構造(例如,轉向反射鏡、棱鏡,和/或多軸CNC系統(tǒng))來操作能量束裝置26的其它實施方案。
[0019]圖1還示出設置在上表面18上的粉末床構建板36。犧牲非金屬阻擋層38可設置在構建板36的至少一部分上方。犧牲非金屬阻擋層38然后可作為構建總成40的初始工作表面的基本部分。
[0020]粉末輸送系統(tǒng)18能夠供應連續(xù)量的金屬粉末以對構建總成40形成連續(xù)粉末構建層45。在使用時,粉末供應裝置42由升降平臺22向上饋送且定量裝置43由重復涂布機刮刀44跨越構建臺14移動。重復涂布機刮刀44可根據情況替代地采取其它形式,諸如滾輪或噴射噴嘴。粉末定量裝置43可在沉積表面上均勻地分布以形成粉末構建層45??蛇x擇地在每個粉末構建層45上方掃描能量束(例如,激光或電子束)32以形成熔池。熔池的部分被固化以形成連續(xù)層的近凈形組件并將其粘附到先前的沉積表面。每層都根據計算機模型(其可被存儲在STL存儲器文件或可由粉末床沉積裝置10的控制器(未示出)訪問的其它電子數(shù)據文件中)來構建。在每個連續(xù)層之后,重復涂布機44返回到鄰近升降平臺22的開始位置,而供應活塞46向上前進以從粉末供應裝置42中暴露另一層,而構建平臺16指示下降約一層厚度。重復涂布機44然后分布其它量的粉末43以形成新的粉末構建層45。如上所述,每個連續(xù)沉積層的選擇性區(qū)域由能量束32燒結或以其它方式接合到前一層。重復該過程直到構建總成40具有以逐層方式構建的一個或多個近凈形實體自由組件。應指出,圖1示出增材制造過程和裝置的僅一個非限制性實施例,并且不意味著將本發(fā)明限于本領域中已知的任何單個過程。
[0021]在傳統(tǒng)的粉末床過程中,近凈形組件被直接構建到金屬構建板上。這需要使用融合到基本上所有的金屬構建板工作表面上的幾個大支撐結構(例如,堆砌物)。這些大支撐結構用于將進程中的近凈形組件直接固定到金屬構建板,同時散熱并減少近凈形組件的熱變形。然而,在構建過程完成時,整個組合必須在分離近凈形組件與金屬構建板之前被熱應力消除。通常由機械工具(諸如鋸片和/或線放電機(EDM))實現(xiàn)分離。隨后,近凈形組件的底座必須經過較長機械加工過程來移除支撐結構的較大其余部分。因此,隨附的支撐結構的形成和移除會引起很長處理時間和顯著量浪費的構建材料。
[0022]與此相反,構建總成40形成于金屬構建板36上且可移除地固定到其上。構建總成40通常包括構建在可移動粉末床工作表面48上的近凈形組件。粉末床工作表面48可包括犧牲非金屬阻擋層38,其在構建過程期間設置在構建板36的大部分上方。粉末床工作表面48也可包括一個或多個錨定件50。錨定件(多個)50可具有與非金屬阻擋層38齊平的上金屬接合表面(圖2A和圖2B中所示的非限制性實施例