增材制造方法以及具有纤维增强的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的主题涉及增材制造(additive manufacturing)方法和系统，以及更具体来说，涉及增材制造方法以及具有纤维增强的系统。
【背景技术】
[0002]增材制造过程一般涉及一个或多个材料的积聚，以制作网形或者近网形物体，与减材制造方法形成对照。虽然“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但是增材制造包含以多种名称已知的各种制造和原型制作技术，包括自由成型加工、3D印刷、快速原型制作/加工等。增材制造技术能够从大量材料来制作复合组件。一般来说，独立物体能够从计算机辅助设计(CAD)模型来制作。一种示范增材制造过程使用能量束、例如电子束或电磁辐射(例如激光束)来烧结或熔融粉末材料，从而创建固体三维物体，其中粉末材料的微粒接合在一起。可使用不同材料系统，例如工程塑料、热塑弹性体、金属和陶瓷。激活烧结或熔融是一种用于功能原型和工具的快速制作的示范增材制造过程。应用能够包括用于熔模铸造的图案、用于注射成型和压铸的金属铸型、用于砂铸的铸型和型芯以及比较复杂组件本身。促进设计周期期间的概念的传递和测试的原型物体的制作是增材制造过程的其他潜在使用。同样，包括更复杂设计、例如具有内部通道(其不容许其他制造技术，包括铸造或锻造)的那些设计的组件可使用增材制造方法来制作。
[0003]激光烧结能够表示通过使用激光束烧结或熔融细粉末，来产生三维(3D)物体。具体来说，烧结能够需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝聚)粉末的微粒，而熔融能够需要完全熔融粉末的微粒，以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔融关联的物理过程包括到粉末材料的热传递，并且然后烧结或熔融粉末材料。虽然激光烧结和熔融过程能够应用于大范围的粉末材料，但是生产路线的科技方面、例如烧结或熔融速率以及在层制造过程期间的处理参数对微结构演进的影响能够引起多种生产考虑因素。例如，这种制作方法可伴随热、质量和动量传递的多种模式和化学反应。
[0004]激光烧结/熔融技术具体能够需要将激光束投射到基板(例如构建板)上的可控量的粉末材料(例如粉末金属材料)上，以便在其上形成一层熔合微粒或熔融材料。通过沿预定通路(常常称作扫描模式)相对于基板移动激光束，层能够在基板上沿两个维(例如“X”和“y”方向)来限定，层的高度或厚度(例如“z”方向)部分通过激光束和粉末材料参数来确定。扫描模式能够包括平行扫描线、又称作扫描向量或影线，以及两个相邻扫描线之间的距离可称作影线间距，其可小于激光束的直径，以便实现充分重叠，以确保粉末材料的完全烧结或熔融。重复激光器沿扫描模式的全部或部分的移动可促进材料的其他层被沉积并且然后烧结或熔融，由此制作三维物体。
[0005]例如，激光烧结和熔融技术能够包括使用连续波(CW)激光器，例如工作在或者大约在1064nm的Nd:YAG激光器。这类实施例可促进特别适合于修复应用或者后续机器加工操作是可接受的情况的较高材料沉积速率，以便取得完成物体。作为替代或补充，可利用其他激光烧结和熔融技术，例如脉冲激光器、不同类型的激光器、不同功率/波长参数、不同粉末材料或者各种扫描模式，以促进一个或多个三维物体的生产。但是，三维物体的所产生物理特性(例如强度、重量、密度等)可取决于原始粉末材料组成以及烧结和/或熔融所述粉末材料的后续效果。
[0006]相应地，备选增材制造方法以及具有纤维增强的系统会是本领域所欢迎的。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，公开一种用于制作纤维加强合成物体的增材制造方法。该方法包括提供粉末材料的至少第一层，将纤维材料设置成与粉末材料的至少第一层相邻以形成纤维增强层，并且将激光能量应用于粉末材料的至少第一层，以便将粉末材料熔合成为与纤维增强合成物体的纤维增强层相邻的至少第一激光熔合材料层。
[0008]在另一个实施例中，公开一种通过增材制造所制造的纤维增强合成物体。纤维增强合成物体包括其中包括由激光器所熔合的粉末材料的多个激光熔合材料层以及设置在相邻激光熔合材料层之间的至少一个纤维增强层。
[0009]在又一个实施例中，公开一种用于制造纤维加强合成物体的增材制造系统。增材制造系统包括:构建板；粉末涂布器，其将粉末材料层设置到构建板上；以及纤维编织器，其将纤维材料层设置到构建板上。增材制造系统还包括激光生成系统，其生成定向到构建板的激光束，以便烧结其上设置的粉末材料层，以便迭代地构建纤维增强合成物体的多个激光熔合材料层，其中纤维材料的至少一个纤维增强层设置在相邻激光熔合材料层之间。
[0010]结合附图考虑以下详细描述，将会更全面了解通过本文所述实施例所提供的这些和附加特征。
[0011]技术方案1: 一种用于制作纤维增强合成物体的增材制造方法，所述增材制造方法包括:
[0012]提供粉末材料的至少第一层；
[0013]将纤维材料设置成与粉末材料的所述至少第一层相邻，以形成纤维增强层；以及
[0014]将激光能量应用于粉末材料的所述至少第一层，以便将所述粉末材料熔合成为与所述纤维增强合成物体的纤维增强层相邻的至少第一激光熔合材料层。
[0015]技术方案2:如技术方案1所述的增材制造方法，还包括:
[0016]提供粉末材料的至少第二层；以及
[0017]将激光能量应用于粉末材料的所述至少第二层，以便将所述粉末材料熔合成为所述纤维增强合成物体的至少第二纤维熔合材料层。
[0018]技术方案3:如技术方案2所述的增材制造方法，还包括将附加纤维材料设置成与粉末材料的所述至少第二层相邻，以形成附加纤维增强层。
[0019]技术方案4:如技术方案1所述的增材制造方法，其中，所述粉末材料包括钴铬合金。
[0020]技术方案5:如技术方案1所述的增材制造方法，其中，所述纤维材料包括纤维。
[0021]技术方案6:如技术方案1所述的增材制造方法，其中，所述纤维材料包括空心管。
[0022]技术方案7:如技术方案1所述的增材制造方法，其中，将所述激光能量应用于粉末材料的所述至少第一层包括多遍所述激光能量。
[0023]技术方案8:如技术方案1所述的增材制造方法，其中，所述纤维材料的直径小于或等于所述粉末材料的构建层厚度。
[0024]技术方案9:一种通过增材制造所制造的纤维增强合成物体，所述纤维增强合成物体包括:
[0025]多个激光熔合材料层，其包括由激光器所熔合的粉末材料；以及
[0026]至少一个纤维增强层，设置在相邻激光熔合材料层之间。
[0027]技术方案10:如技术方案9所述的纤维增强合成物体，其中，所述纤维增强层包括按照基本上单向的模式所设置的多个纤维。
[0028]技术方案11:如技术方案9所述的纤维增强合成物体，其中，所述纤维增强层包括按照多向模式所设置的多个纤维。
[0029]技术方案12:如技术方案9所述的纤维增强合成物体，其中，所述粉末材料包括钴络合金。
[0030]技术方案13:如技术方案9所述的纤维增强合成物体，其中，所述纤维材料包括纤维。
[0031]技术方案14:如技术方案9所