经创新地开发了用于高溫合金增 材制造工艺的步骤的组合，其解决了用于运些材料的已知选择性激光烙化和烧结工艺的长 期忍受限制。为此目的，本发明人已经发现，通过使包括粉末状金属材料和粉末状焊剂材料 两者的粉末状材料床流态化，衬底可W连续形成，而不递增地形成建立衬底的层，并且无需 引入昂贵的惰性气体。
[0026] 图1图示了根据本发明的一个实施例的增材制造系统和工艺，诸如选择性激光烧 结或选择性激光烙化，其在此被统称为选择性激光加热。增材制造装置10包括填充有粉末 状材料床14(粉末状床、流态化床或床)的腔室12,其包括粉末状金属材料14'和粉末状焊剂 材料14"。粉末状材料也可W是复合金属和焊剂W改进流态化的一致性。粉末状材料14的床 是由通过一个或多个导管16引入气体被流态化，所述导管在腔室12的底部与增压室17流体 连通。扩散板19被提供W将增压室17与床14分离，并且通常在腔室12中均匀地分布流态化 气体。运种扩散板的示例是可购于Mott公司的20微米、46%孔隙率、3mm(l/8英寸)厚的31化 型不诱钢的烧结薄板材料。
[0027] 可W被用于使床14流态化的气体包括惰性气体，诸如氣气或氮气。然而，由于焊剂 材料14"在加热期间用作粉末状金属材料14'或烙化金属的保护屏蔽，可W使用更便宜的反 应性或半反应性气体，诸如甲烧、氮气、氧气、二氧化碳或压缩空气。如本领域技术人员将理 解的，流态化气体的流速必须被控制，W适当地使床14流态化，W便粉末状材料14的足够量 将沉淀（settle)用于加工，并且运种流率将取决于若干相互联系的参数，包括床14和/或腔 室12的体积、粉末状材料14的密度、粒度等。焊剂14"可W比金属粉末更粗糖，W提高金属和 焊剂颗粒的流态化的一致性和均匀性。即，焊剂材料14"趋于比金属材料14'的密度更小；因 此，在流态化较大但密度较小的焊剂颗粒方面，小金属颗粒可w更好地匹配。因此，流态化 介质流率可W均匀地使粉末状焊剂材料14"的较大颗粒和粉末状金属材料14'的更小颗粒 流态化。
[0028] 扫描系统18将能量束(诸如激光束20)从流态化粉末状床14顶表面25的下方引导 W选择性地加热(烙化、部分烙化或烧结)和固化粉末的区域，从而形成部件22的一部分。相 对于在图1和图2中所示的实施例，扫描系统18包括浸没在流态化床14中的光束传输管21。 管21优选具有不透明壁或表面，使得激光束20被引导通过设置在粉末状材料床14的表面下 方的出射口 23。术语"顶表面下方"旨在涵盖其中激光束出射口 23被浸入流态化床14内，或 者被定位在腔室12外部，但仍低于至少部分由床14的顶表面25限定的平面的实施例。
[0029] 如图2所示，一个或多个反射镜33可W被布置在管21内W控制通过出射口 23的光 束路径方向。运些反射镜33可W使用本领域技术人员已知的机制和技术被移动W控制光束 路径的行进方向。
[0030] 透光膜35可被固定在出射口 23中W保持出射口 23没有烙化的粉末状材料14。膜35 可W由透光的固体材料，诸如玻璃或石英组成，或者其可W包括透气材料，其中气体可通过 管21和膜35被提供W相对于出射口 23移位粉末状材料14,使得烙化材料不接触膜35。备选 地，如果气体被供给W保持出射口 23没有任何烙化的粉末状材料14,则出射口 23可W不需 要膜35。为此目的，通过管21和出射口 23被提供的气体可朝向部件21表面来移位金属和焊 剂颗粒，该部件21表面可W通过激光束20被部分烙化。在烙化部件22上的表面张力使金属 和焊剂颗粒附着到用于烙化的部件22,运样，部件22的水平设置的元件可W被形成。
[0031] 激光束20和部件22之间的相对运动可W根据部件22的预定图案或形状或根据部 件22的可编程路径或预定形状来控制。在一个实施例中，扫描系统18包括一个或多个控制 器26,或软件，其控制管21和激光束20沿水平方向X和Y轴W及沿垂直Z轴的运动，W跟随部 件22的预定图案或形状，包括其尺寸。此外，或备选地，扫描系统18、管21和光束20可被配置 成使得管21围绕中屯、纵轴27枢转或旋转。W运种方式，激光束20可被用于形成部件22的内 部零件。此外，扫描系统18可W被配置成为绕在腔室12内所形成的部件22旋转，运可能需要 管21绕中屯、纵轴27枢转，使光束20保持朝向部件22定向。
[0032] 又一替代方案是在X-Y平移阶段形成在腔室12中定位的部件22, W相对于激光束 20移动部件22。另外，部件被支撑在其上的腔室12的表面可被旋转W相对于光束20移动部 件22。此外，虽然在图1和图2中所示的实施例包括单个激光束20,但是组合几个激光束是可 能的，其选择性地扫描来自表面下方位置的粉末状材料14,和/或来自单个激光的光束可W 被分割，使得相同的部分可W同时形成。
[0033] 在图3所示的实施例中，激光束20'位于腔室12'的外部，其具有透光面板29,所W 光束可W选择性地扫描其表面W下的粉末状材料14。如图所示，机器人控制的较接组件31 控制激光束20'相对于部件22'的移动。较接组件31可W被配置W控制光束20'穿过床14的 表面的运动，W及在其表面下方有选择地扫描床14。可替换地，光束20'可与图1和图2中所 示的光束20的任意组合，W及图4中所示的扫描系统一起使用。此外，管21可W被配置为机 器人驱动较接组件，W相对于部件22扫描或移动光束20。如本领域技术人员将理解的，流态 化气体的流速必须被控制，W充分使床14流态化，使足够量的粉末状材料14将沉淀用于处 理，并且运种流速将取决于若干相互关联的参数，该参数包括床14和/或腔室12的体积、粉 末状材料14的密度、粒度等。
[0034] 相对于图4,扫描系统18'朝向流态化粉末状床14的顶表面25引导激光束20"，W加 热(烙化、部分烙化或烧结)和固化粉末14的区域，W形成部件22"的一部分。部件22"被形成 在操作地连接到制造活塞13的台板24上，所述活塞13向下移动，W允许流态化粉末状材料 14沉淀在之前形成或沉积的金属衬底上。能量束20"然后在粉末状材料14已经沉淀在之前 形成的衬底或沉积金属上的那些位置选择性地扫描粉末状材料床。如图所示，扫描系统18' 可用于形成部件22"的顶部部分，而扫描系统18和光束20形成或修复部件22"低于床14的表 面25的部分。控制器26可W被提供W根据部件22"的编程路径和/或预定形状来控制光束 20"的相对运动。
[0035] 当与图1-图4中的任一实施例的部件的制造结合使用时，部件22可被形成在支撑 板37上，其可具有类似于待形成部件22的金属组成。例如，当形成用于满轮发动机的部件 时，板37可W由儀基高溫合金组成。当部件22的制造完成时，板37使用已知金属切割技术从 部件22分离。
[0036] 此外，激光束20的尺寸可W被控制，W根据部件的对应尺寸进行改变。例如，在下 文中被更详细地说明的图5中，能量束20具有大致矩形的构造。激光束20的宽度尺寸可W被 控制，W对应于部件22的衬底的变化的尺寸(诸如厚度）。可替代地，当沿着衬底向前移动W 实现区域能量分布时，可W来回光栅扫描圆形激光束。图8示出用于一个实施例的光栅图 案，其中具有直径D的大致圆形光束被从第一位置34移动到第二位置34'，然后到第Ξ位置 34"等等。在其方向改变的位置，光束直径图案的重叠量0优选处于D的25-90%，W提供材料 的最佳的加热和烙化。可替代地，两个能量束可W同时被光栅化W实现跨越表面区域的所 需的能量分布，光束图案之间的重叠处于相应光束直径的25-90 %的范围内。
[0037] 因为粉末状材料14包括粉末状焊剂材料14"，当激光束20加热和烙化粉末状金属 14'和粉末状焊剂材料14"时，烙渣层形成在沉积金属上方。图5是包括粉末状金属14'和粉 末状焊剂材料14"的流态化粉末状材料14的示意图，其包括在其上方流态化的材料14和/或 已经沉淀在先前沉积或形成的金属衬底34上的一些材料14。因此，当光束20通过光束20的 移动穿过粉末状材料14时，通过光束20和部件22之间的相对运动，粉末状金属14 '和粉末状 焊剂材料14"被烙化，如由烙化区域36所表示