用于增材制造的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001]发明背景
技术领域
[0002]本发明涉及用于三维制品的增材制造的方法和设备。
【背景技术】
[0003]自由成型制造或增材制造是一种用于通过施加到工作台的粉末层的所选部分的连续熔合来形成三维制品的方法。us 2009/0152771公开了根据此技术的方法和设备。
[0004]这样的设备可包括:工作台，所述三维制品将在该工作台上形成；粉末分配器，其布置用于将粉末薄层铺设在工作台上，以用于形成粉末床；射线枪，其用于将能量递送至粉末，从而进行粉末的熔合；用于控制由所述粉末床上方的射线枪发出的射线的元件，该射线用于通过所述粉末床的部分的熔合而形成所述三维制品的横截面；以及控制计算机，其中存储关于三维制品的连续的横截面的信息。通过由粉末分配器连续铺设的粉末层的连续形成的横截面的连续熔合来形成三维制品。
[0005]因此，需要一种能够构建越来越大的三维制品的增材制造技术。增加构建体积也需要波束功率源的较高波束功率和/或波束源的较高偏转角度(这可能导致加工困难)，以便在整个构建区域上保持相等的束斑质量。
发明概要
[0006]本发明的目的是提供一种方法和设备，所述方法和设备能够实现通过自由成型制造或增材制造生产的三维制品的大的构建体积，而不牺牲能量束斑的质量。
[0007]在本发明的第一方面中，提供了一种用于通过粉末床的各部分的连续熔合而形成三维制品的方法，所述部分对应于该三维制品的连续的横截面。所述方法包括以下步骤:提供所述三维制品的模型；在工作台上提供第一粉末层；将来自第一能量束源的第一能量束导向至所述工作台上方，造成所述第一粉末层根据所述模型在第一所选位置熔合以形成所述三维制品的第一横截面的第一部分；将来自第二能量束源的第二能量束导向至所述工作台上方，造成所述第一粉末层根据所述模型在第二所选位置熔合以形成所述三维制品的第一横截面的第二部分，其中，所述第一粉末层的所述第一和第二位置在重叠区中彼此至少部分地重叠。
[0008]本发明的各种实施方案的示例性优点在于，波束枪对准中的少量偏差可能不会影响三维制品的总体质量，因为两个波束彼此至少部分地重叠。本发明的另一个优点可能是，可以使用较大的波束偏转角度，而不牺牲束斑大小和波束形状。
[0009]在本发明的一个示例性实施方案中，彼此至少部分地重叠的所述第一粉末层的所述第一和第二位置由分别来自所述第一和第二能量束源的所述第一和第二能量束同时熔入口 ο
[0010]该实施方案的另一个非限制性优点在于，它是相对省时的，因为两个波束同时使用。
[0011]在本发明的又一个示例性实施方案中，所述第一重叠区由分别来自所述第一和第二能量束源的所述第一和第二能量束同时熔合。
[0012]该实施方案的又一个非限制性优点在于，第一和第二波束同时存在于重叠区中，这可以在热传递、尺寸控制和重叠区中的微观结构的控制方面提供某种额外的灵活性。
[0013]在本发明的又一个示例性实施方案中，在所述至少部分地重叠的第一和第二位置的所述熔合的至少一个时刻，所述第一能量束的斑与所述第二能量束的斑至少部分地重置。
[0014]允许能量束至少部分地重叠的优点在于，该熔融方案不存在像绝不允许能量束彼此重叠的情况中那样的限制。
[0015]在另一个示例性实施方案中，在所述第一和第二能量束沿着所述重叠区的全长(L)的偏转期间，所述第一能量束的所述斑和所述第二能量束的所述斑在所述粉末床上彼此至少部分地重叠。
[0016]该示例性实施方案的优点在于，微观结构可被控制在重叠区内部，并且与重叠区外部的微观结构保持相等或至少非常相似。另一个优点在于，一波束与另一波束的重叠部可被延长，并且依赖于重叠区的宽度，这消除或至少减小了由于在系统中的束斑位置的改变导致的缺陷。
[0017]在又一个示例性实施方案中，彼此至少部分地重叠的所述第一粉末层的所述第一和第二位置首先由来自所述第一能量束源的所述第一能量束熔合，并且在已由所述第一能量束完成熔合之后，来自所述第二能量束源的所述第二能量束使彼此至少部分地重叠的第一和第二位置恪合。
[0018]在特定区域的再熔融可能减少来自粉末缺陷的缺损的情况中，该实施方案可能是有利的。当人们希望相比非重叠区改变重叠区中的微观结构时，该实施方案也是有利的。
[0019]在本发明的又一个示例性实施方案中，在所述重叠部中的第一和第二波束的功率之和保持到预定值，该值可以沿着重叠区的长度(L)变化或保持恒定。
[0020]该实施方案的优点是，确保重叠区内部和外部的熔融过程尽可能相似。
[0021]在又一个示例性实施方案中，所述恒定值可以等于所述重叠部之外的第一和/或第二波束的熔合功率。
[0022]在又一个示例性实施方案中，从所述重叠区的第一端开始并且在所述重叠区的第二端处结束，所述第一波束的功率从100%至0%线性变化；并且同时从所述重叠区的第一端开始并在所述重叠区的第二端处结束，从0%至100%线性改变所述第二波束的功率。
[0023]该实施方案的优点在于，从一波束向另一波束的转变可以非常平滑地进行。
[0024]另一个示例性实施方案还可以包括以下步骤:在所述部分熔合的第一粉末层的顶部上提供第二粉末层；将来自第一能量束源的第一能量束导向至所述工作台上方，造成所述第二粉末层根据所述模型在第三所选位置熔合以形成所述三维制品的第二横截面的第一部分；以及将来自第二能量束源的第二能量束导向至所述工作台上方，造成所述第二粉末层根据所述模型在第四所选位置熔合以形成所述三维制品的第二横截面的第二部分，所述第二粉末层的所述第三和第四位置彼此至少部分地重叠，其中，所述至少部分地重叠的第三和第四位置相对于所述至少部分地重叠的第一和第二位置侧向偏移。
[0025]该实施方案的非限制性优点在于，重叠区相对于非重叠区的任何不相似不直接放大，因为重叠区在位置上从一层到另一层偏移。
[0026]在本发明的又一个示例性实施方案中，重叠区域的宽度在第一和第二层中相同。
[0027]在又一个示例性实施方案中，所述第三和第四至少部分地重叠的位置的侧向偏移距离被选择为这样的值:其导致第三和第四至少部分地重叠的位置与所述至少部分地重叠的第一和第二位置的不重叠。
[0028]该实施方案的优点在于，第一层中的重叠区域中的任何缺陷不存在于相邻层中的重叠区中的任何缺陷的顶部上。
[0029]在又一个示例性实施方案中，所述第三和第四至少部分地重叠的位置的侧向偏移距离被选择为这样的值:其导致第三和第四至少部分地重叠的位置与所述至少部分地重叠的第一和第二位置的重叠。
[0030]该实施方案的示例性优点在于，重叠区正影响三维部件的受限区域。
[0031 ] 在又一个示例性实施方案中，第一能量束和第二能量束可以是激光束或电子束。在又一个示例性实施方案中，第一能量束可以是激光束，第二能量束可以是电子束。
[0032]该实施方案的非限制性优点在于，不同能量束源可以用来熔融和/或加热三维制品的特定层的相同区域。例如，激光可能更适合于加热，而电子束更适合于熔融。
[0033]在又一个示例性实施方案中，所述第三和第四至少部分地重叠的位置的侧向偏移距离在预定范围内是随机化的。
[0034]该实施方案的示例性优点在于，任何重复的缺陷可能由于随机化而消除。
[0035]在本发明的另一方面中，提供了一种用于通过粉末床的各部分的连续熔合而形成三维制品的装置，所述部分对应于该三维制品的连续的横截面，所述设备包括:所述三维制品的计算机模型；第一能量束源，其在所述工作台上方提供第一能量束，造成所述第一粉末层根据所述模型在第一所选位置熔合以形成所述三维制品的第一横截面的第一部分；第二能量束源，其在所述工作台上方提供第二能量束，造成所述第一粉末层根据所述模型在第二所选位置熔合以形成所述三维制品的第一横截面的第二部分；控制单元，其用于控制所述第一所选位置和所述第二所选位置的重叠部以及在所述重叠部中的所述第一和第二能量束的功率。
[0036]利用这样的设备，可以生产具有受控的质量的大型制品。
[0037]附图简述
[0038]下面将参照附图以非限制性方式进一步描述本发明的各个实施方案。贯穿附图的若干图，相同的附图标记用来指示对应