通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备，包括用于产生光束，例如激光光束或电子光束的装置，以及用于在粉末的层上移动光束撞击点的装置。该设备进一步包括用于收集光束（11）局部地熔化粉末（2）时所产生的熔化粉末的喷射（24）的元件，包括允许光束（11）通过的开口（15），以及设计用于在粉末层上联合地移动所述收集元件（14）和光束（11）的装置。
【专利说明】通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备
[0001]本发明涉及在激光光束或电子光束的帮助下，通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备，这种方法也称为直接金属激光烧结或电子光束熔化。
[0002]现有技术中已知的方法包括通过数据处理系统所控制的激光光束或电子光束，通过熔化粉末的连续层来制造部件，该数据处理系统其中已经记录了待要制造的连续层的点的三维坐标。实际上，粉末的第一层放置在容器中，该容器具有可平移移动的板所构成的底部，在刮刀和滚筒的帮助下，粉末放置于其中。在板上沉积的层具有顶部表面，在该顶部表面上导向激光光束或电子光束和在其上移动。光束传递的能量使得粉末局部地熔化，并且固化时它形成金属部件的第一层。
[0003]已经形成该第一层后，板降低一段距离，该距离对应于一层的厚度，然后通过刮刀将第二层粉末带到前面的层上。然后，在光束的帮助下，通过和前面相同的方式制造金属部件的第二层。
[0004]重复这些操作直到已经制造了完全的部件为止。
[0005]该方法特别地可以用于制造具有薄壁厚的部件或者制造通过铸造或通过常规机械加工，具有复杂和难以制造形状的部件。
[0006]当正在熔化粉末时，熔化的金属小滴从液体槽，S卩，从还没有被固化的熔化区域突出，并且它们变得沉积在未熔化的粉末上或已经熔化的金属上。当固化时，这些小滴形成颗粒尺寸大于粉末颗粒尺寸的固体颗粒。
[0007]因为它们的维度(例如，300微米(μ m)数量级)，不能通过光束熔化这些颗粒。结果，落到将要被光束随后扫描的区域上所有的颗粒将最终存在于成品部件的中心中，与围绕着它们的材料没有任何粘着力。它们构成了消弱部件和降低它们机械特性的缺陷。
[0008]仅仅冗长和昂贵的扩散热处理可以限制由于这些突出物所引起的缺陷。
[0009]本发明的特别目的是提供对该问题的简单、有效和廉价的解决方案。
[0010]为此，本发明提供了通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备，该设备包括用于产生光束，例如激光光束或电子光束的装置，以及用于在粉末的层上移动光束撞击点的装置，该设备的特征在于:它包括收集器元件，后者用于收集在通过光束的粉末的局部熔化期间所产生的熔化粉末的突出物，该元件适于收集撞击或落在其上的熔化粉末的突出物，这样固化时突出物与其连接，收集器元件具有用于通过光束的开口，以及设计用于在粉末的层上联合地移动所述收集器元件和光束的装置。
[0011 ] 通过这种方法，在粉末的熔化过程中，熔化粉末的突出物在固化时变得连接收集器元件，而没有落到正在制造的部件的表面上的风险。
[0012]优选地，收集器元件安装在框架上，用于移动所述收集器元件的装置包括用于在两个垂直方向上移动框架的装置。
[0013]根据本发明的特征，收集器元件放置在框架的内侧和框架具有通过连接臂连接收集器元件的周缘。
[0014]在实施方式中，收集器元件是板，例如，盘形式的板，具有用于通过光束和熔化粉末的突出物的开口，该开口截面大于光束的截面。[0015]所述开口优选地向上张开，并且例如它是截头圆锥形的。
[0016]这确保已经向上突出和沿着通常抛物线形状轨迹的小滴或颗粒不接触开口的内侧壁和不在其上收集。熔化粉末的小滴或突出物由此刚好通过开口和落在收集器板的顶部面上，在此它们固化。
[0017]此外，板的顶部表面可以包括向上突出的内部和外部周缘。
[0018]该特征可以避免还没有变得连接板的顶部面的颗粒能够落在粉末床上。通过开口的边缘限定内部周缘。
[0019]举例说明，这些突出边缘由顶部面形成，具有绕着开口的环形凹面形状。
[0020]在另一个实施方式中，收集器元件是管状的，熔化粉末的突出物在收集器元件内侧壁上被收集。
[0021]然后，收集器元件的材料应该根据颗粒的性质确定，以确保熔化粉末的突出物变得连接收集器元件的内侧表面。
[0022]收集器元件的高度优选地大于5毫米(_)，并且它的中空区域具有锥形截面。
[0023]本发明也提供了在上述类型的设备帮助下，通过选择性熔化粉末制造部件的方法，该方法包括通过联合地移动光束和收集器元件，以这样的方式:通过已经撞击或落在收集器元件上的熔化粉末的突出物的固化，光束正在熔化粉末时所形成的至少一些突出物由收集器元件收集，分层地制造部件。
[0024]通过阅读下面参考附图的非限制性实施例所进行的描述，可以更好地理解本发明，并且可以呈现本发明的其它细节、特征和优点，其中:
[0025]图1是通过选择性熔化粉末用于制造金属部件的现有技术的示意图。
[0026]图2是本发明第一实施方式中收集器元件和它安装于其上的框架的立体图。
[0027]图3是图2收集器元件的立体图。
[0028]图4是图2和3的收集器元件的部分放大图。和
[0029]图5和图6是本发明第二实施方式中收集器元件的立体图。
[0030]图1中示意了通过选择性熔化粉末用于制造金属部件的设备。它包括装有金属粉末2和具有在杆4和致动器的驱动下可平移移动的底部3的槽1，带有邻接的容器5，具有由可移动的板6所构成的其底部，同样地通过杆7和致动器可平移移动。
[0031]设备具有刮刀8或滚筒，用于通过在水平面A中移动，将粉末从槽I带向容器5，并且它也具有用于产生激光光束或电子光束的装置9，所述装置连接用于指向和移动光束11的装置10。
[0032]在该设备的帮助下制造金属部件的步骤如下:
[0033]首先，槽I的底部3向上移动，这样一定量的粉末2位于水平面A之上。刮刀8然后从左到右移动，以从槽I的顶部刮擦所述的粉末2层，并且将它带到容器5中。确定粉末2的量和板6的位置，以形成具有选定和恒定厚度的粉末层12。
[0034]然后，激光光束或电子光束11扫描容器5中所形成的层12的确定区域，以在扫描区域局部熔化粉末2。熔化的区域固化，因此形成待要制造部件的第一层13，例如，该层13具有范围是10 μ m到100 μ m的厚度。
[0035]然后，板6降低已经被制造的层的厚度，然后，通过与以前相同的方式，将新的粉末2层带到粉末的第一层上。通过光束11的可控移动，金属部件的第二层形成在第一层13上。
[0036]重复这些操作直到已经完全地制造了部件。
[0037]当在激光光束的帮助下，通过选择性熔化粉末2分层地制造部件时，粉末2具有范围在10 μ m到40 μ m的平均颗粒尺寸。
[0038]如上所解释的，在光束的帮助下，在粉末的局部熔化期间，熔化金属的小滴可以从液体槽突出，并且它们可以变得沉积在正在制造的部件上。固化时，这些小滴形成不能被随后熔化的大尺寸的颗粒。通过那种方式所制造的部件然后可以包括中心缺陷，因此降低了它们的力度。
[0039]为了避免这样，本发明建议在收集器元件的帮助下，收集这些或所有这些突出物或这些颗粒。
[0040]本发明的第一实施方式如图2到图4中所示，其中收集器元件是由金属或陶瓷所制造的盘形的碟子14，。收集器元件14具有中心开口 15，用于通过光束11和熔化粉末的突出物，该开口截面大于光束的截面。开口是截头圆锥形和向上张开。开口在其底端16的直径可以是例如约1mm，而光束的直径是约50 μ m到100 μ m.[0041]收集器元件14的顶部表面17具有绕着开口的环形凹面表面。径向地内部和外部周缘18和19由此相对于中间区域升高。
[0042]收集器元件14安装在具有矩形形状周缘的框架20上，该框架20通过四个连接臂21连接收集器元件。优选地，收集器元件14相对于框架20居中。因此，框架具有两个侧边缘22和垂直于侧边缘的两个纵向边缘23，同时臂连接每个边缘22、23与收集器元件14的径向外部边缘19。
[0043]框架20在适合装置的帮助下，通过其侧和纵向边缘22和23，在两个互相垂直方向上，在粉末2的层12之上移动。这种移动装置对本领域技术人员而言是公知的，并且这里不再详细地描述。框架20和由此的收集器元件14与光束11联合地同步地移动，这样与光束11的位置无关，它总是通过收集器元件14中的开口 15。
[0044]通过联合地移动光束11和收集器元件14分层地制造部件。光束11通过开口 15和到达粉末2的层12以局部地熔化它。液体槽中光束11的撞击如同现有技术中一样起作用和产生沿着基本上抛物线轨迹的突出的小滴或颗粒24。这些突出物通过开口 15边缘和光束11之间环形区域中开口 15，或者通过光束11，然后它们落回到收集器元件14的凹面顶部表面17上。液体槽和开口 15的顶端18之间的距离约是1mm。
[0045]该收集器元件14的维度根据设备的参数确定，诸如特别地光束11的功率，以确保小滴不突出超过顶部表面17的径向外部边缘19。例如，收集器元件14的直径可以是约50mm 到 100mm。
[0046]顶部表面17的凹面形状防止落到顶部表面17上的突出物和颗粒滚动超过表面17的径向内部和外部边缘18和19，然后落回到粉末2的层12。
[0047]这种凹面形状也用于使得回收已经固化的突出物更容易。
[0048]在未示出的实施方式中，收集器元件仅仅是具有开口的板，优选地窄开口以允许激光光束通过。在该实施方式中，突出物撞击和固化在板的底面上。
[0049]图5或图6表示本发明的另一个实施方式，其中收集器元件14是管状的和具有形成用于通过光束11的开口 15的中空区域，颗粒24收集在中空区域的内侧壁25上。管状收集器元件14的高度是约20mm。
[0050]中空区域的截面可以是圆形或锥形的，如图6中所示。锥形截面对应于液体槽的截面，在光束11的帮助下通过熔化粉末2形成该液体槽。该槽具有基本上圆形的上游部分和锥形下游区域，该上游部分对应于光束11在时刻t所熔化的区域，该锥形下游区域对应于正在固化的以前熔化的区域。
[0051]该收集器元件14可以安装在与上述框架相似的框架上，以与光束一起被移动。
[0052]在这些实施方式的每种实施方式中，本发明提出了一种设备，其中在粉末2熔化过程中，从液体槽突出的小滴或颗粒24撞击或落在收集器元件14上，以在固化时与其连接，而不会有落回到正在制造的部件上的任何风险。
[0053]在一些优选的实施方式中，本发明没有任何抽吸装置和/或鼓风装置。
【权利要求】
1.通过选择性熔化粉末用于制造部件的设备，该设备包括用于产生光束，例如激光光束或电子光束的装置，以及用于在粉末(2)的层(12)上移动光束撞击点的装置，该设备的特征在于:它包括收集器元件(14)，后者用于收集在通过光束(11)的粉末(2)的局部熔化期间所产生的熔化粉末的突出物(24)，该元件适于收集撞击或落在其上的熔化粉末的突出物(24)，这样固化时突出物与其连接，收集器元件(14)具有用于通过光束(11)的开口(15)，以及设计用于在粉末(2)层(12)上联合地移动所述收集器元件(14)和光束(11)的>j-U ρ?α装直。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于:收集器元件(14)安装在框架(20)上，用于移动所述收集器元件的装置包括用于在两个垂直方向上移动框架(20 )的装置。
3.根据权利要求2的设备，其特征在于:收集器元件(14)放置在框架(20)的内侧和框架(20)具有通过连接臂(21)连接收集器元件(14)的周缘(22、23)。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求的设备，其特征在于:收集器元件(14)是板，例如，盘形式的板，具有用于通过光束(11)和颗粒(24)的开口(15)，该开口截面大于光束 (11)的截面。
5.根据权利要求4的设备，其特征在于:所述开口(15)向上张开，例如是截头圆锥形的。
6.根据权利要求4或5的设备，其特征在于:板(14)具有向上突出的内部和外部周缘(18 和 19)。
7.根据权利要求1或2的设备，其特征在于:收集器元件(14)是管状的，突出物(24)在收集器元件(14)内侧壁(25)上被收集。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于:收集器元件(14)的高度大于5_。
9.根据权利要求7或8的设备，其特征在于:收集器元件(14)具有锥形截面的中空区域。
10.在根据权利要求1至9中任一权利要求的设备帮助下，通过选择性熔化粉末(2)制造部件的方法，该方法包括通过联合地移动光束(11)和收集器元件(14)，以这样的方式:通过已经撞击或落在收集器元件(14)上的熔化粉末的突出物(24)的固化，光束(11)正在熔化粉末(2)时所形成的至少一些突出物(24)由收集器元件(14)收集，分层地制造部件。
【文档编号】B22F3/105GK103547397SQ201280024405
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月15日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】吉恩-弗朗索瓦·卡斯塔格恩, 达米恩·赫布特恩, 托马斯·维拉罗 申请人:斯奈克玛