使用高能束选择性熔化或选择性烧结优化紧实度的粉末床增材制造部件的方法_3

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线101和102之间没有重叠的情况:dQ%_2大于d
[0070] 图8示出了这两个曲线101和102重叠的情况:(1。%_2小于d 100%-1? d5〇%-i 小于dQ%_2, 以及 ^100% -1 小于 d5(l%_2。
[0071] 当存在相当大的重叠时,有必要在该粉末的粒度分布上整体上进行反褶积处理, 以正确地限定这些个体分布。
[0072] 对于双峰粒度分布,粉末60有利地具有小尺寸颗粒的第一分布(曲线101),其具 有围绕第一平均直径值Cl5tl^1的平均尺寸,以及大尺寸颗粒的第二分布(曲线102),其具有 围绕第二平均直径值d5(l%_2的平均尺寸,该第二平均直径值d 5(|% _2基本比所述第一平均直 径值Cl5tl^1大7倍。优选地,第一颗粒分布基本占粉末重量的27% (该第二颗粒分布表示 平衡,即基本占粉末重量的73% )。
[0073] 带有在第一平均直径值Cl5tl^1和第二平均直径值d 5Q%_2之间7倍的尺寸比(Cl5H/ Clai^2 =或~1Λ)的这种双峰分布导致粉末床的最小孔隙度以及最大相对密度,假设这两 个粒度分布完全地混合在一起(干燥或使用润湿技术),以获得完全均匀的混合物。可通过 扩散(旋转筒),通过对流(旋转螺杆)或通过剪切(旋转叶片或散热片)进行干混合。
[0074] 粉末床的该最大相对密度位于倾倒(或表观)相对密度和振动(或振实)相对 密度之间,该倾倒(或表观)相对密度和振动(或振实)相对密度分别对应于倾倒(或表 观)密度与理论密度之间的比例以及振动(或振实)密度和理论密度之间的比例。该倾倒 密度对应于被大批倾倒到适当和已知体积的容器内的粉末的表观密度,该粉末保持不被压 实,除了其自身重量。相比之下,当被压实在振动盘而没有任何其他被施加的压力时,振动 密度对应于以上容器中粉末的表观密度。应该强调的是,通常在ASTM B527 93(2000)标准 的应用中使用一种被称为"霍尔流量计"的设备确定粉末的压实和倾倒密度。
[0075] 更准确地,在理想情况下,其中颗粒为平均尺寸比为1/7的相同尺寸球体以及第 一颗粒分布占重量的27%,计算可以示出的是,获得0. 86的最佳相对密度(与对于单峰粒 度分布的〇. 74相比,该单峰粒度分布对应于表面中心立方型或配位数为12的紧实六角型 的规则填料)和14%的孔隙度(与单峰粒度分布的26%相比)。应该记住的是,紧实度单 分散性的球形颗粒的随机密排列(RCP)约为0. 64 (对于大球体直径),其接近于这种粉末的 倾倒相对密度。
[0076] 例如,使用具有双峰分布的粉末,其中第一平均直径值(I5tH1为3. 5 μπι,d 和 (I9c^1分别为2. 2 μπι和10 μπι,以及第二平均直径值d5(l%_2大约7倍大,即d5(l%_ 2为24. 5 μπι, d1(l% _2和 d 9(|% _2分别为 15 μ m 和 50 μ m〇
[0077] 第一粒度分布存在优选地不少于1 μπι并且不超过15 μπι的颗粒尺寸。
[0078] 第二粒度分布存在优选地不小于10 μ m并且不大于53 μ m的颗粒尺寸。
[0079] 例如,通过筛选更大颗粒(彡38 μπι或< 400目)以及通过在空气、氮、氩的气流 中淘选更小颗粒38 μπι),可以从选择性颗粒尺寸分类推断这两个分布。
[0080] 可以从更广泛的分布采取这两个分布(如具有颗粒尺寸d位于1 μπι到150 μπι之 间范围内的尺寸d的颗粒),从而必然导致一定量的粉末不适合于在该方法中使用,以及对 于该粉末需要发现其使用。
[0081] 根据另一优选的然而很昂贵的规定,该粉末具有三峰的粒度分布。
[0082] 在这种情况下,以及有利地,粉末60具有小尺寸颗粒的第一分布,其平均值围绕 第一平均直径值,中等尺寸颗粒的第二分布,其平均值围绕第二平均直径值,该第二平均直 径值基本上比该第一平均直径值大7倍,以及大尺寸颗粒的第三分布,其平均尺寸围绕第 三平均直径值,该第三平均直径值基本上比所述第一平均直径值大49倍。优选地,第一颗 粒分布基本占粉末重量的11%,以及第二颗粒分布基本占粉末重量的14% (第三颗粒分布 表示平衡,即基本占粉末重量的75% )。
[0083] 带有在第二平均直径值和第一平均直径值之间为7的尺寸比例以及在第三平均 直径值和第一平均直径值之间为49的尺寸比例的这种三峰分布导致粉末床的最小孔隙度 和最大相对密度,该最大相对密度位于倾倒相对密度和振动(振实)相对密度之间。
[0084] 更准确地,在理想情况下,其中颗粒为在第一和第二分布之间平均尺寸比为1/7 以及在第一和第三分布之间平均尺寸比为1/49的单一尺寸球体,计算可以示出的是,获得 0. 95的最佳相对密度(与单峰粒度分布的0. 74相比)以及获得5%的孔隙度(与单峰粒 度分布的26%相比)。
[0085] 例如,使用具有三峰分布的粉末,其中第一平均直径值Cl5tl^1对于分别等于 0. 25 μL?和1. 5 μL?的d1(l% 和d Wt1为0. 50 μL?,第二平均直径值d 对于分别等于 2. 2 μ m和10 μ m的d10% _2和d 90% _2比等于3. 5 μ m的给定d 50% _2大约7倍,以及第三平均直 径值d5(l% _3比第一平均直径值大约49倍,给定d 5(|% _3等于24. 5 μ m以及d 1(|% _3和d 9(|% _3分 别等于15 μ m和50 μ m。第一粒度分布存在优选地不低于0. 1 μ m且不高于2. 5 μ m的颗粒 尺寸。第二粒度分布存在优选地不低于Iym且不高于15μπι的颗粒尺寸。第三分布存在 优选地不低于10 μ m且不高于53 μ m的颗粒尺寸。
[0086] 关于粉末的组成以及颗粒之间、或者在每个颗粒内的分布,可以设计很多配置。
[0087] 在一种可能规定中,所有粉末颗粒存在相同和均匀的成分。
[0088] 例如,还可以有利地使用粉末60,该粉末为通过一种从单亲合金(single parent al loy)合成粉末的方法获得的完全或部分地为预合金粉末。
[0089] 获得这种预合金粉末对本领域技术人员来说是已知的,特别地通过存在粉末所需 成分(父母混合物)的液体的气体雾化,并形成固化并且从而形成粉末颗粒的液滴。
[0090] 可以使用完全或部分地为涂敷粉末的粉末60,即粉末,该颗粒在核心中和位于该 核心周围的覆盖层中存在不同的成分。
[0091] 也可以设想一种聚集类型的预合金粉末,其通过用水性粘合剂聚集金属粉末(基 质)和陶瓷粉末(加强部分)的混合物而获得,该水性粘合剂包括聚乙烯醇类型或纤维素 类型或确实聚乙二醇类型的胶凝剂,其然后被热固化并且可选地球化处理。
[0092] 还可以使用粉末60,其中第一颗粒分布和第二颗粒分布存在相互不同的化学成 分。
[0093] 也可以想象的是,第一颗粒分布已经由不同化学成分的两种粉末的混合物组成, 并且第二颗粒分布也可能这样。
[0094] 优选地,由所述粉末的颗粒组成的所述材料为金属,或金属间化合物,或陶瓷、或 聚合物。
[0095] 有利地,由所述粉末的颗粒组成的所述材料是金属并属于以下的组:基于铁的合 金、基于钛的合金、基于钴的合金、基于铜的合金、基于镁的合金、基于铝的合金、基于钼的 合金、基于钨的合金、基于锆的合金、基于银的合金、基于钽的合金、基于锌的合金、基于金 的合金、基于铌的合金、基于铂的合金以及基于镍的超合金。
[0096] 在另一优选的规定中,所述材料是金属并由属于包括TA6V和铬镍铁合金718 (注 册商标)的组的所述粉末制成。
[0097] TA6V合金是著名并广泛使用的钛合金,其包括6%重量的铝和以及4%重量的钒。
[0098] 术语铬镍铁合金718 (注册商标)用于表示存在以下成分的镍基合金:
[0099]
[0100]
[0101] 为了实施该方法,以上描述的现有技术方法没有变化,除了粉末60的多峰粒度分 布。
[0102] 因此,在具有单个成分的粉末的示例中,例如铬镍铁合金718 (注册商标),可以从 存在受到选择性分类的单峰粒度分布曲线100的一批粉末开始,以从所有这些初始颗粒保 留两个(或更多)子组合的相应尺寸的粉末颗粒,该相应尺寸集中在第一平均直径值(小 尺寸颗粒的第一分布围绕中值直径cUn)以及集中在第二平均直径值(大尺寸颗粒的第 二分布围绕直径中值d5(l%_2)上,如图7和8所示这已完成。
[0103] 此后,粉末颗粒的这两个子组合以良好限定的重量比混合在一起,从而具有均匀 的混合物。
[0104] 此后,粉末60的一部分从进料容
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