用于制備具有改進性質的三維制品的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種通過粉末層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造三維制品(2)的方法，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段，所述方法包括如下順序的步驟：a.在支撐體上沉積粉末層；b.通過第一激光束能量源(19)熔合所述粉末層從而獲得經熔合層，所述經熔合層對應于制品的部段并且具有其機械性質的第一狀態(tài)；c.使用第二電子束能量源(20)將至少一部分經熔合層加熱至一定溫度，所述溫度以受控的方式隨時間變化從而改變經熔合層的所述第一狀態(tài)并且獲得具有改進的機械性質的經固結層；d.重復上述步驟直至形成具有改進性質的形成所述制品(2)的數個重疊的經固結層。
【專利說明】用于制備具有改進性質的三維制品的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通過粉末形式的材料層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造具有改進性質的三維制品的方法和設備，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段。這種制造方法也被稱為粉末基增材制造，使用電磁輻射(例如激光束)或粒子束(例如電子束)部分或全部地逐層形成粉末顆粒的燒結或熔合。

【背景技術】
[0002]通過文獻US 4863538已知從粉末形式的材料開始通過使用激光束選擇性熔合粉末從而逐層制備三維制品的設備的一個實例。文獻WO 0181031描述了通過使用電子束的粉末基增材制造方法制造三維制品的設備。所獲得的制品通常具有復雜的形狀并且顯示出相當良好的幾何精度。然而，根據它們的用途，這些制品有時必須經受額外的操作，所述操作的目的在于改進它們的耐磨損性、耐疲勞性或其所經受的機械應力。
[0003]制造的制品必須滿足操作條件或使用條件，特別是顯示出對各種機械應力的良好抵抗力。組件的機械性質可以根據組件的幾何形狀和其所經受的應力的類型變化。因此，組件必須例如在表面上有限程度的區(qū)域上顯示出高強度機械特征，而組件本體必須顯示出高延性。通過使組件經受熱處理獲得這些機械性質。
[0004]當制造的制品必須顯示出良好的耐疲勞性或耐磨損性時，表面的機械穩(wěn)定性是特別重要的。通常地，制造的制品的耐疲勞性或耐磨損性的機械性質通過表面熱處理得以改進。表面熱處理最經常使用包括感應設備的熱處理裝置。然而，用這些裝置進行的處理可能造成經處理組件內的變形。還觀察到，對于具有復雜幾何形狀的制品，使用常規(guī)處理方法不能在制品的所有部段中保證熱處理的所需參數。
[0005]為了克服這些缺點，已知通過高能量密度束例如激光束或電子束進行制品的表面處理。這些處理更特別適合于具有復雜的幾何形狀的組件，例如通過粉末基增材制造方法獲得的大部分組件。
[0006]文獻DE 100 07 962描述了這種粉末基增材制造方法，所述方法使用激光束從而逐層凝固粉末顆粒從而獲得注塑元件。所獲得的組件具有高的粗糙度，并且出于該原因其表面隨后經受通過第二激光束進行的表面精整操作，所述第二激光束造成其表面的一定區(qū)域的表面熔合從而減小其粗糙度。在該文獻中第二激光束的使用限制于經精整組件的表面熔合。
[0007]文獻WO 02/11928描述了通過基于粉末混合物的增材制造方法使用激光束獲得精確組件的方法，組件隨后經受熱處理。所描述的熱處理的目的在于賦予結構均勻性、減輕內部應力、消除缺陷或改進表面條件。通過使所獲得的組件經受額外的燒結然后在爐中經受緩慢的冷卻循環(huán)從而進行這些處理。這意味著需要實現遠離制造裝置的分離的處理裝置，鑒于相當長的處理時間(加上用于在制造站和處理站之間輸送組件的時間)，暗示著在長的時間周期之后獲得經處理的組件。
[0008]文獻DE 10 2007 059 865描述了通過粉末基增材制造方法使用激光束獲得金屬組件的另一種方法。根據該文獻，通過紅外輻射元素加熱或通過激光束再加熱熔融區(qū)域從而在所獲得的組件內局部改變組件的金相性質。因此獲得組件的硬度、韌性或抵抗力的改進。該文獻的主要缺點在于獲得組件所需的時間長度，特別是當首先使用相同的激光進行凝固然后進行后者的熱處理時。
[0009]通過文獻US 2011/0165339進一步已知用于制造三維制品的方法和設備，所述三維制品至少部分地由無定形金屬的基質內的晶體金屬的復合物組成。通過沉積粉末形式的材料逐層形成所述制品，在沉積之后通過使用激光束或使用電子束熔合并且通過經熔合區(qū)域的受控的冷卻使該材料局部凝固。以這樣的方式選擇粉末層的限定尺寸的區(qū)域上的源的功率和束的行進速率:使得通過改變經處理區(qū)域的冷卻速率，經處理區(qū)域可以呈現晶體或無定形結構。該文獻中描述的設備采用單個能量源，所述能量源發(fā)射的束處理極小的區(qū)域同時頻繁改變位置，該事實延長了組件的制造時間。出于該原因，該設備不適合制造具有適中尺寸或大尺寸的組件，也不適合大容量制造。


【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服這些缺點并且提供通過粉末的選擇性熔合制造三維制品的改進的方法和更快速和更高性能的設備，所述制品具有高精度并且其機械性質得以改進，同時制品的每個部段精確限定。
[0011]本發(fā)明的另一個目的是提供允許獲得三維制品的改進的方法和高性能設備，所述制品具有復雜形狀并且顯示出改進的機械性質和良好的生產率。
[0012]這些目的如下實現:一種通過粉末層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造三維制品的方法，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段，所述方法包括如下順序的步驟:
[0013]a-在支撐體上沉積粉末層；
[0014]b_通過第一激光束能量源以獲得經熔合層的方式熔合所述粉末層，所述經熔合層對應于制品的部段并且顯示出其機械性質的第一狀態(tài)，
[0015]C-通過第二電子束能量源將至少一部分經熔合層加熱至一定溫度，所述溫度以改變經熔合層的所述第一狀態(tài)并且獲得具有改進的機械性質的經固結層的方式隨時間受控地變化，
[0016]d-重復上述步驟直至形成具有改進性質的形成所述制品的數個重疊的經固結層。
[0017]本發(fā)明的方法因此允許通過粉末基增材制造技術，通過使用來自第一能量源(其為激光源)的激光束逐層進行粉末的熔合，然后使用來自第二能量源(其為電子槍)的電子束全部或部分地進行經熔合層的熱處理，從而制造三維制品。因此獲得熔合層，所述熔合層在通過激光熔合之后的幾何形狀和尺寸非常精確，該層然后通過電子束以有效的方式進行熱處理。電子束比激光束更強烈；相比于激光束，其允許更高速率的掃描和更好的粉末層表面控制，并且其能量更易于被層的材料吸收。這允許迅速獲得精確具有改進的機械性質的經固結的經處理層。
[0018]由于熱處理逐層進行的事實，每個層的金相結構因此可以更好地控制。因此，通過給定強度的電子束以預定速率在經熔合層的表面上的受控的位移，經熔合層的表面的溫度可以隨著時間受控地變化。電子束因此提供溫度的升高、在給定溫度下的維持或根據所選擇的熱處理的經熔合區(qū)域的冷卻。通過電子束的參數(行進速率、功率)和通過不受熱的影響并且因此允許排出所產生的熱的周圍材料的體積調節(jié)加熱之后的冷卻。因此通過電子束以可以獲得制品的每個部段(或固結層)所追求的機械性質的方式有效地保證熔合之后的加熱和冷卻的管理，這能夠避免對成品進行更長的額外處理操作。
[0019]此外，通過向每個層施加熱處理并且通過使用與進行熔合的束不同的束，獲得顯著的時間利潤，因為例如通過向已經熔合的層的區(qū)域施加電子束同時激光束熔合相同層的其它區(qū)域，使得處理可以及時進行。
[0020]優(yōu)選地，通過電子束的所述加熱在經熔合層的固體相中進行熱處理，所述熱處理單獨或組合地選自如下處理:穩(wěn)定化退火、回火、本體淬火、表面淬火。
[0021]在固體相中的熱處理包括通過將溫度升高至小于熔合溫度的溫度、維持該溫度并且受控地冷卻的預定循環(huán)在經熔合層內或在經熔合層的一部分內施加結構變形，從而改變機械性質。
[0022]因此，通過電子束施加均勻的加熱、維持在恒定溫度下并且緩慢冷卻通過激光熔合的層從而進行穩(wěn)定化退火。退火可以在經熔合層的整個表面上進行并且允許減輕在熔合之后出現的內部應力和獲得經固結的經處理層而無變形并且遵守其幾何形狀。所述處理還允許表皮(或以給定厚度圍繞制品本體的外表面，所述厚度在十分之幾mm和數mm之間的范圍內)受壓，通過重合裂紋和通過限制熔合裂隙的蔓延而造成耐磨損性和耐疲勞性的改進。
[0023]回火熱循環(huán)由溫度的增加、在恒定溫度下的周期和緩慢冷卻組成。已知數種類型的回火循環(huán):
[0024]-硬化回火，其允許形成使材料硬化的沉淀物(例如在馬氏體時效鋼的情況下)
[0025]-消應回火，其允許在淬火、重新建立沖擊韌度之后降低內部應力，并且使經處理材料脆性更低和延性更高。
[0026]可以通過在通過激光熔合的層的周邊、在經熔合層的局部區(qū)域上或在經熔合層的整個表面上施加電子束從而進行所述回火循環(huán)。電子束允許保證根據所選擇材料特有的回火曲線在經處理的層中溫度隨著時間以獲得層的金相結構的變化的方式受控地變化。
[0027]通過調整電子束的強度和行進速率進行淬火處理從而在升高至高溫之后迅速冷卻。所述淬火可以是表面的，因此在制造的制品的表皮內進行，或在本體內進行，因此施加至制品的芯部。在本體中淬火之后通常是一個或多個回火循環(huán)，回火溫度低于淬火溫度。淬火允許獲得結構的硬化。
[0028]有利地，根據待制造制品的材料選擇電子束的功率和相對于待制造制品的彳丁進速率。這暗示著根據待處理的材料的組成之后根據每個經處理層內的溫度隨時間的變化選擇溫度曲線，從而獲得制品所需的機械性質。
[0029]優(yōu)選地，連續(xù)控制電子束的聚焦、其位移及其功率。這允許保證在經處理的層中追蹤溫度隨時間的變化因此獲得所需的熱處理。
[0030]在本發(fā)明的一個有利的實施方案中，兩個束在共同路徑上同時移動，例如在所述束相對于所述制品的位移的方向上觀察，激光束相對于電子束提前。這允許在通過激光束熔合的同時獲得通過電子束處理的經固結層用于進一步改進的生產率。
[0031]優(yōu)選地，在所述束相對于制品的位移的方向上觀察，電子束的撞擊區(qū)域的重心相對于激光束的撞擊區(qū)域的重心位于后方。有利地，根據粉末層的材料和粒度測定確定電子束的撞擊區(qū)域的重心和激光束的撞擊點的重心之間的距離。這允許在溫度梯度方面和在所討論的空間(相對表面積和厚度)內可以更好地控制在由于通過激光束熔合而造成的第一極熱區(qū)域和通過電子束加熱的第二區(qū)域之間的溫度轉變。
[0032]優(yōu)選地，激光束和電子束的功率和直徑可調節(jié)從而能夠更好地適應幾何精度的條件和制品所需的機械性質。
[0033]優(yōu)選地，所述粉末為金屬粉末。在實驗室中進行的測試之后，發(fā)現本發(fā)明的方法本身傾向于以高精度和出色的機械性質極好地制造金屬組件。
[0034]有利地，所述三維制品為用于輪胎制造的模具或模具的一部分。本發(fā)明的方法允許制造具有復雜形狀的組件并且更特別適合于制造用于輪胎的模具或模具的一部分，所述模具內襯具有小尺寸的元件，例如板或帶。
[0035]本發(fā)明的目的也使用如下實現:一種通過粉末層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造三維制品的設備，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段，所述設備包括:
[0036]-用于所述制品的支撐體裝置；
[0037]-分配裝置，所述分配裝置被設計成將粉末層施加在所述支撐體上或所述制品的預先固結的層上；
[0038]-第一激光能量源，所述第一激光能量源被設計成熔合通過所述分配裝置施加的粉末層；
[0039]-第二電子束能量源，所述第二電子束能量源被設計成加熱通過激光束熔合的粉末層;
[0040]-第一位移裝置，所述第一位移裝置沿著給定的路徑以獲得經熔合層的方式施加所述第一激光束源的輻射相對于制品的相對移動；
[0041]-第二位移裝置，所述第二位移裝置沿著給定的路徑以這樣的方式施加來自所述第二電子束源的輻射相對于制品的相對移動:將至少一部分所述經熔合層加熱至一定溫度，所述溫度隨時間受控地變化從而獲得具有改進的機械性質的經固結層；
[0042]-存儲器，在所述存儲器中儲存與在產生制品的每個經固結層的過程中溫度隨時間的變化相關的數據；
[0043]-控制單元，所述控制單元被設計成根據熔合策略和來自所述存儲器的數據控制所述源和所述位移裝置的操作。
[0044]有利地，所述裝置和能量源設置在真空下的腔體內。這允許在共同的腔體中有效地操作使用電子束和激光束的兩個能量源，同時避免在激光熔合的過程中的氧化現象或電子分散現象并且保證排出來自在制品的制造過程中進行的操作的氣體。
[0045]有利地，本發(fā)明的設備包括連接至所述控制單元的用于測量粉末層的溫度的裝置。這允許更細微地調節(jié)電子束源的操作參數。
[0046]激光束源被理解為意指至少一個所述源，電子束源被理解為意指至少一個所述源，在本發(fā)明的方法和設備中能夠組合使用數個源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]歸功于說明書的如下部分(所述部分得到如下附圖的支持)，將更好地理解本發(fā)明。
[0048]圖1為示意性地顯示了根據本發(fā)明的用于制造三維制品的設備的橫截面圖；
[0049]圖2a和2b顯示了制品的俯視圖，所述制品示意性顯示了本發(fā)明的設備使用的兩個能量束的撞擊區(qū)域；
[0050]圖3顯不了本發(fā)明的第一個不例性實施方案所使用的CCT圖表。
[0051]圖4為顯示了在根據本發(fā)明的第一個示例性實施方案的熱處理的框架中溫度隨時間變化的曲線；
[0052]圖5為顯示了在根據本發(fā)明的第二個示例性實施方案的熱處理的框架中溫度隨時間變化的曲線。

【具體實施方式】
[0053]在各個附圖中，相同或相似的元件帶有相同的附圖標記。因此不對其進行有系統(tǒng)的重復描述。此外應注意層的厚度、輻射束的尺寸或形成的制品的尺寸不以一致的比例顯示，而是相反故意篡改從而使附圖易讀。
[0054]圖1顯示了用于制造三維制品2的設備I。設備包括水平承載板3，制品2構造在所述水平承載板3上，所述水平承載板3為所述制品形成支撐體。設備還包括來自位于承載板3頂部上的粉末儲存器7的粉末分配裝置4，所述分配裝置被設計成例如通過刮刀5在承載板3上施加細的粉末層。刮刀5被設置成通過致動裝置(未示出)移動從而在水平面中根據雙箭頭A在承載板3的頂部上進行交替平移移動。因此，刮刀5從儲存器7的出口開始將粉末鋪展成薄層，剩余粉末被刮刀5推入回收容器6。在用于形成粉末層的新的循環(huán)開始之前，刮刀5優(yōu)選返回至其靠近儲存器7的出口的原始位置。在一個變體中，也可以提供用于壓實鋪展粉末層的設備(圖中未示出)。因此鋪展在承載板3上的粉末層因此形成層，所述層通過來自能量源組件8的一個或多個能量束選擇性熔合。通過粉末的選擇性熔合或選擇性燒結從而制造三維制品2，并且通過計算機基于制品的模型使層重疊從而構造三維制品2。通過控制單元9的微處理器控制能量束(或多個能量束)，所述控制單元9包括通過重疊粉末層的連續(xù)熔合或燒結制造制品的制品的模型。在用于制造制品的循環(huán)的過程中，在每個粉末層固結之后，承載板3以等于經固結粉末層的厚度的距離定期降低。為了實現該目的，承載板3連接至用于根據雙箭頭B以豎直平移移動驅動的機構，例如通過連接支撐承載板3的豎軸10至通過伺服馬達或通過步進馬達致動的齒條-齒輪類型或螺栓-螺母類型的機構。在本發(fā)明的一個變體中，當然有可能從底部向承載板供給粉末。
[0055]更特別地，根據本發(fā)明，設備I包括兩個不同的能量源，電子束槍11和激光源12。
[0056]激光源12為例如CO2激光或Nd = Yag激光，其功率等于或大于500W。激光源I通過第一位移裝置移動從而根據制品的模型數據和制造制品的預定熔合策略熔合粉末層。為了實現該目的，激光源I連接至動圈式鏡14的控制單元13，所述動圈式鏡14允許來自源12的激光束根據由控制單元9發(fā)送的信息相對于制品2定向和位移。激光束可以通過控制單元9以約10m/s的速率移動。
[0057]電子槍11以已知的方式包括高壓回路，所述高壓回路產生由槍的發(fā)射電極發(fā)射的電子的加速電壓，所述槍又連接至電源使其能夠加熱從而產生電子發(fā)射。來自槍的電子束通過偏轉線圈16根據由控制單元9發(fā)送的信息相對于制品2定向。設備I還包括束調節(jié)線圈15，所述束調節(jié)線圈15允許電子束相對于制品2的工作區(qū)域聚焦。電子槍的功率為約3000W且其束可以以約1000m/s的速率移動。
[0058]設備I的組件設置在氣密性腔體17中，所述氣密性腔體17連接至真空泵18，所述真空泵18維持腔體內約10_4-10_6毫巴的真空。當通過激光源進行粉末的選擇性熔合時，所述壓力水平保證電子槍的正確操作并且能夠避免氧化現象。真空泵18以這樣的方式選擇:考慮到源自熱循環(huán)的脫氣連同腔體17的潛在泄漏速率，其通過量也足夠。
[0059]腔體17的壁優(yōu)選由鋼制成并且足夠厚，壁的厚度為約20至30mm，從而保證保護操作者免受X射線的損害。腔體17還包括窗口(未示出)，所述窗口允許操作者觀察設備內的各個區(qū)域，同時針對由電子槍發(fā)射的X射線和針對由激光源發(fā)射的光輻射提供保護。
[0060]控制單元9控制電力供應和能量源、來自儲存器的粉末供應和粉末層通過分配裝置的分配，連同承載板的移動。在本發(fā)明的一個變體中，設備還包括用于測量溫度的裝置，例如IR或CCD攝像機，其被設計成向控制單元傳送與粉末層的溫度相關的信息，因此允許調節(jié)電子槍或激光束的操作參數。
[0061]根據本發(fā)明，由槍11產生的電子束20用于進行用由源12產生的激光束19熔合的粉末層的熱處理。電子槍11因此通過第二位移裝置移動從而根據制品的模型數據并且根據每個層預定的溫度隨時間的變化加熱經熔合的粉末層。更特別地，通過以預定功率和以預定速率在粉末層的經熔合區(qū)域上引導電子束20以這樣的方式進行熱處理:局部管理溫度隨時間的變化并且獲得成品的相應部段的所需的機械性質。以這樣的方式選擇電子束20的功率和與經熔合區(qū)域的相互作用時間:根據所選擇的處理和材料特有的溫度隨時間的變化曲線獲得溫度升高、維持溫度或冷卻的所需速率。通過從經固結層向由傳導材料制成的承載板3的表面或向構造在載體板3上的預先固結的層的熱傳導進行冷卻。在一個變體(圖中未示出)中，冷卻回路可以以使得其導管與承載板3和/或制品2接觸的方式裝配在設備中。
[0062]設備I還包括存儲器單元25，在所述存儲器單元25中儲存與產生制品的每個經固結層的過程中溫度/時間變化相關的數據。該存儲器25連接至控制單元9，所述控制單元9以連續(xù)的方式控制電子束20的聚焦、其位移及其功率，從而獲得在每個經處理層內溫度隨時間變化的曲線。在本發(fā)明的一個變體中，可以基于層表面的溫度的監(jiān)控實施束的控制的更精細調節(jié)。
[0063]在本發(fā)明的第一個變體實施方案(圖中未示出)中，激光束19進行粉末層的離散區(qū)域的熔合，所述區(qū)域彼此相隔一定距離，并且根據預定熔合策略進行熔合。然后在經熔合區(qū)域上引導電子束20，這樣進行從而跟著通過激光束的熔合。
[0064]在本發(fā)明的第二個變體實施方案中，例如在圖2a和2b中可見，激光束19和電子束20通過其各自的位移裝置根據預定的共同路徑一起移動。兩個束的聚焦使得電子束20的撞擊區(qū)域的面積大于激光束19的撞擊區(qū)域的面積。這允許使用緊密聚焦的激光束獲得精確熔合，同時用更寬的電子束獲得對經熔合區(qū)域和經熔合區(qū)域周圍的溫度的良好控制。束相對于彼此的定位使得根據束相對于制品2的行進方向(例如由箭頭表示)，電子束20的撞擊區(qū)域的重心相對于激光束19的撞擊點的重心位于后方。因此,通過以這樣的方式調節(jié)每個束的強度:獲得由激光束造成的熔合并且管理由電子束造成的經熔合區(qū)域的加熱或冷卻，有可能在層中以連續(xù)方式與層的固結一致地獲得所需性質。這允許剛在被激光熔合之后以局部方式保證經熔合層的溫度的良好控制，和保證經熔合層的性質的緊密控制，同時允許縮短制品的制造時間。
[0065]通過將焦點調節(jié)至粉末層表面上方的預定距離，電子束20的撞擊區(qū)域可以具有環(huán)形形狀(圖2a)。對于需要更大的形狀精度和表面精度并且在電子束20的撞擊點的任一側上延伸的制品，撞擊區(qū)域可以具有橢圓形形狀(圖2b)，可以通過調節(jié)電子束例如通過合適地控制產生聚焦磁場的線圈15從而獲得所述橢圓形形狀。
[0066]本發(fā)明的方法所使用的粉末為金屬粉末，例如T1、Ni_T1、超合金、鋁合金、殷鋼、不銹鋼、CoCr、馬氏體時效鋼的粉末和其它金屬粉末，或陶瓷粉末。根據待制造制品的幾何形狀和機械特征或表面特征，并且根據最終層的目標厚度、粉末的平均顆粒直徑可以從數微米(例如5 μ m)改變至300 μ m。根據所使用的能量束的操作參數和所使用的粉末，粉末層的厚度可以從數微米(例如10 μ m)改變至數百微米(例如500 μ m)。
[0067]圖4顯示了使用本發(fā)明的設備和根據本發(fā)明的方法實施的熱處理的第一個實施例。在承載板3上以18% Ni沉積馬氏體時效鋼Fe-Ni的粉末層。然后用激光束19熔合沉積的層。以使得其在層的經熔合區(qū)域上的位移可以根據圖4中可見的曲線提供溫度隨時間的變化的方式調節(jié)電子束20的功率和行進速率。因此，位于圖4左手側的曲線為通過將經熔合區(qū)域加熱至奧氏體化溫度所獲得的淬火，在所述加熱之后維持在恒定的溫度下然后以獲得馬氏體結構的方式受控地冷卻。圖3顯示了 CCT(法文縮寫為“TRC”)圖表，或連續(xù)冷卻轉化圖表，其在實施例中用在馬氏體時效鋼的淬火循環(huán)的情況下從而確定冷卻的最佳速率從而獲得所需的微結構。該圖表中的曲線Ms確定了對于選擇的冷卻速率馬氏體轉化的起始點。在圖4左手側的曲線上，As和Af分別表示奧氏體轉化的起始點和結束點，Ms和Mf分別表示經處理層所經受的馬氏體轉化的起始點和結束點。在實施的處理的過程中，電子束將層的經熔合區(qū)域加熱至接近但是大于Af的溫度，維持該溫度預定的時間，然后以預定速率(借助于圖3的圖表選擇)實施冷卻從而獲得馬氏體微結構。馬氏體淬火的目的在于改進經處理材料的摩擦性質和機械性質,特別是其耐磨損性、耐彎曲性或耐扭曲性。
[0068]圖4的右手側為在淬火之后進行的回火處理。為了實現該目的，以這樣的方式調節(jié)電子束20的功率和速率:使得在經淬火層的區(qū)域中溫度隨時間的變化遵循圖4中所示的曲線。在所使用的馬氏體時效鋼的實施例中，在淬火之后通常使用回火從而形成沉淀物并且增加彈性和斷裂負載。
[0069]根據圖4右手側的曲線進行的熱處理也可以施加至通過激光束熔合的層，而無需進行在先淬火。該處理有助于減輕經熔合層中的應力。
[0070]—旦已經在第一經熔合層上進行處理，在之前的層上沉積新的粉末層并且向附著至之前的層的新的經熔合層施加熱處理。逐層重復直至獲得三維制品2。
[0071]圖5顯示了使用本發(fā)明的設備和根據本發(fā)明的方法進行的熱處理的第二個實施例。在承載板3上沉積基于與Cr合金的Co的合金的粉末層。然后用激光束19熔合沉積的層。以這樣的方式調節(jié)電子束20的功率和行進速率:使得其在層的經熔合區(qū)域上的位移可以根據圖5中可見的曲線提供溫度隨時間的變化。這包括加熱至溫度Tm，在該實施例中所述溫度Tm為約800°C，維持該溫度預定的時間周期，然后進行冷卻。加熱比冷卻更快地進行，加熱速率為約冷卻速率的兩倍。進行的熱處理為穩(wěn)定化退火，其允許減輕通過激光束熔合的層中的應力并且獲得具有改進的機械性質的經固結層。
[0072]可以設想本發(fā)明的其它變體和實施方案而不偏離其權利要求書的框架。因此，可以使用多個電子束源從而進行預加熱和/或使用多個激光束源從而進行粉末層的熔合。
【權利要求】
1.一種通過粉末層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造三維制品(2)的方法，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段，所述方法包括如下順序的步驟: a_在支撐體上沉積粉末層； b_通過第一激光能量源(19)以獲得經熔合層的方式熔合所述粉末層，所述經熔合層對應于制品的部段并且顯示出其機械性質的第一狀態(tài)， C-通過第二電子束能量源(20)將至少一部分經熔合層加熱至一定溫度，所述溫度以改變經熔合層的所述第一狀態(tài)并且獲得具有改進的機械性質的經固結層的方式隨時間受控地變化， d-重復上述步驟直至形成具有改進性質的形成所述制品(2)的數個重疊的經固結層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過電子束的所述加熱在經熔合層的固體相中進行熱處理，所述熱處理單獨或組合地選自如下處理:穩(wěn)定化退火、回火、淬火。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據待制造制品的材料選擇電子束(20)的功率和相對于待制造制品的行進速率。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，連續(xù)控制電子束(20)的聚焦、其位移及其功率。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，兩個束在共同路徑上同時移動，在所述束相對于待制造制品(2)的位移的方向上觀察，激光束(19)相對于電子束(20)提前。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述束相對于制品的位移的方向上觀察，電子束(20)的撞擊區(qū)域的重心相對于激光束(19)的撞擊區(qū)域的重心位于后方。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，根據粉末層的材料和粒度測定確定電子束(20)的撞擊區(qū)域的重心和激光束(19)的撞擊點的重心之間的距離。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，激光束(19)和電子束(20)的功率和直徑可調節(jié)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述粉末為金屬粉末。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述三維制品(2)為用于輪胎制造的模具或模具的一部分。
11.一種通過粉末層的選擇區(qū)域的逐層連續(xù)固結制造三維制品(2)的設備(1)，經固結的區(qū)域對應于三維制品的連續(xù)部段，所述設備包括: -用于所述制品的支撐體裝置(3)； -分配裝置(4)，所述分配裝置(4)被設計成將粉末層施加在所述支撐體上或所述制品的預先固結的層上； -第一激光能量源(19)，所述第一激光能量源(19)被設計成熔合通過所述分配裝置(4)施加的粉末層； -第二電子束能量源(20)，所述第二電子束能量源(20)被設計成加熱通過激光束熔合的粉末層； -第一位移裝置，所述第一位移裝置沿著給定的路徑以獲得經熔合層的方式施加所述第一激光束源(19)的福射相對于制品的相對移動； -第二位移裝置，所述第二位移裝置沿著給定的路徑以這樣的方式施加來自所述第二電子束源(20)的輻射相對于制品的相對移動:將至少一部分所述經熔合層加熱至一定溫度，所述溫度隨時間受控地變化從而獲得具有改進的機械性質的經固結層； -存儲器(25)，在所述存儲器(25)中儲存與在產生制品的每個經固結層的過程中溫度隨時間的變化相關的數據； -控制單元，所述控制單元被設計成根據熔合策略和來自所述存儲器(25)的數據控制所述源和所述位移裝置的操作。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，所述裝置和能量源設置在真空下的腔體(17)內。
13.根據權利要求11和12中任一項所述的設備，其特征在于，其包括連接至所述控制單元(9)的用于測量粉末層的溫度的裝置。
【文檔編號】B29C67/00GK104136149SQ201380010976
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月19日 優(yōu)先權日:2012年2月27日
【發(fā)明者】C·貝薩克, S·布羅謝, F·皮亞洛, G·瓦爾朗 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術股份有限公司