消除次表面孔隙度的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明所描述的主题总体涉及增材制造领域。具体地说，所述主题涉及操作能量束以促进增材制造。
[0002]增材制造是指一类制造方法，其特征在于以下事实:完成零件是通过逐层构造多个薄的材料片形成。增材制造可涉及将液体或粉末材料应用到工序，然后进行烧结、固化、熔融和/或切割的某种组合以形成层。重复所述过程多达数千次，从而构造所期望的完成部件或制品。
[0003]已知各种类型的增材制造。实例包括立体光刻(从固化的感光液体层来增材制造物体)、电子束熔融(使用粉末作为原料并且使用电子束选择性地将粉末熔融)、激光增材制造(使用粉末作为原料并且使用激光选择性地将粉末熔融)、以及激光物体制造(将薄的实体材料片应用在工序上并且使用激光来切割不需要的部分)。
[0004]在增材制造中，常规设备利用检流计型扫描器来以X-Y线性取向熔融粉末层。这种线性路径分解成较小的区段，称为光栅。这导致扫描路径的不连续性，并且可产生小但显著的其间具有未熔融粉末的区域，所述区域操作为完成零件中的应力集中源。
【发明内容】
[0005]一种用于操作增材制造设备的方法包括沿着在构建平面中的表面轮廓矢量引导第一能量束。沿着设置在构建平面中在表面轮廓矢量内侧的多个基本上平行的舱口矢量引导第二能量束。表面轮廓矢量和多个舱口矢量的总和限定在构建平面中的已处理粉末区域。沿着构建平面中的偏移轮廓矢量引导第三能量束。偏移轮廓矢量包括在表面轮廓矢量与多个舱口矢量之间的、在构建平面中的多个未处理粉末区域。
[0006]一种用于通过增材制造构建物体的方法包括将第一原材料层提供到沿着第一构建平面设置的第一构建位置。在与第一构建平面间隔开的位置处产生能量束。沿着在第一构建平面中的第一束路径引导能量束。第一束路径包括第一表面轮廓矢量、设置在第一表面轮廓矢量内侧的多个基本上平行的第一舱口矢量、以及第一偏移轮廓矢量。所述偏移轮廓矢量包括在第一表面轮廓矢量与多个第一舱口矢量之间的、在第一构建平面中的第一多个未处理粉末区域。
[0007]附图简述
[0008]图1示意性地描绘粉末床增材制造装置。
[0009]图2是现有技术用于粉末床装置的束路径。
[0010]图3A示出形成束路径的第一部分的表面轮廓矢量。
[0011]图3B示出形成束路径的第二部分的多个舱口矢量。
[0012]图3C示出形成束路径的第三部分的偏移轮廓矢量。
【具体实施方式】
[0013]图1是具有构建室12的示例性增材制造系统10的示意图。构建室12包含能够通过增材制造生产实体自由成形物体的一个或多个装置。此类装置的非限制性实例包括以下这些:其通过直接激光烧结(DLS)制造、直接激光熔融(DLM)制造、选择性激光烧结(SLS)制造、选择性激光熔融(SLM)制造、激光工程化净成形(LENS)制造、电子束熔融(EBM)制造、直接金属沉积(DMD)制造以及本领域中已知的其他方法来制造物体。
[0014]图1示出设置在构建室12中的粉末床构建装置14的详细实例。非限制性的示例性实施例诸如SLS装置14容纳在构建室12中，并且包括粉末储存室16、构建平台18和能量束产生设备20。在SLS装置14的操作期间，原材料粉末22通过活塞24被向上馈送并且通过辊或再涂覆器叶片28散布在构建表面26上。在粉末22被散布到构建表面26上之后，能量束发生器20被激活以引导激光束或电子束30。可使用许多不同的设备、诸如但不限于反射镜32来操控束30以便沿着构建平面烧结粉末22的选择性区域。烧结的粉末根据存储在STL存储器文件中的物体36的计算机模型而形成附着到底层平台(或前面的构建层)的实体物体36的单个部件构建层34。辊或再涂覆器28返回到起始位置，活塞24前进以暴露另一粉末层，并且构建平台18向下移动一个层厚度，并且针对每个连续的构建表面26和构建平面重复所述过程直到完成实体自由成形物体36。SLS装置14仅是实体自由成形制造设备的一个实例，并且不意图使本发明限于本领域中已知的任何单个机器。
[0015]图2示出用于形成部件构建层34的示例性现有技术束路径40。使用增材制造机器诸如SLS装置14，束路径40通常被分成用于构建每个层的两个部分:表面部分42和芯部部分44。束30通常在较低的功率下进行操作，并且沿着表面路径部分42以与芯部部分44的较高功率和较快速度相比的较慢扫描速度引导束30。不同的束功率和扫描速度改进了表面光洁度同时维持针对每个物体36的合适处理时间和吞吐量。
[0016]现有技术的技术诸如图2所示的那些使芯部舱口矢量46相对于表面轮廓矢量48分量或回缩，以使得它们不重叠。单个表面轮廓矢量48因此沿着物体外表面50延伸。如果舱口矢量46和表面轮廓矢量在同一个区域被熔融三次或更多次时重叠，那么可在物体表面50上产生木纹光洁度。表面轮廓矢量48的内边缘52可邻接，但不与相邻舱口矢量46的末端54重叠。因此，出于表面光洁度的原因，在使用现有技术处理每个构建层之后，未处理粉末区域56通常保持低于物体外表面50。
[0017]在一些情况下，通过导电和辐射加热，舱口矢量末端54到单个表面轮廓矢量48的内边缘的接近度足以将一些而不是所有未处理粉末区域56中的粉末熔融。因此，即使是在所有构建过程以其它方式完成之后，未处理粉末区域56仍保持部分地或完全地未熔融。因此，需要后续的处理步骤诸如热等静压(HIP)以使未处理粉末区域56中的粉末固结，从而去除将另外保持在完成零件中的孔隙度。虽然这个过程改进了表面光洁度，但它需要额外的时间、设备和费用以避免产生由紧挨在物体表面50之下的未处理粉末的存在而导致的高周疲劳缺陷。
[0018]图3A-3C示出用于示例性构建平面的替代束路径60的部分。这个路径在保持合适的表面光洁度的同时消除了未处理粉末，这缓解了对后续HIP处理或其他粉末固结的需要。针对每个构建平面，束路径60包括在图3A-3C中的每一个中示出的三个部分。在图3A中，沿着在构建平面64中的单个表面轮廓矢量62引导第一能量束130A。束路径60的第二部分在图3B中示出，其中沿着设置在构建平面64中的在表面轮廓矢量62内侧的多个基本上平行的舱口矢量66引导第二能量束130B。并且图3C示出束路径60的第三部分，其中沿着在构建平面64中的偏移轮廓矢量70引导第三能量束130C。虽然被示出为三个单独的束，但它们全部可产生为单个束(例如，图1所示的电子束或激光束30)和/或可从单个束源或多个源产生。
[0019]首先参照图3A，沿着表面轮廓矢量62引导第一束130A。在某些实施例中，沿着在构建平面64中的单个表面轮廓矢量62引导第一束130A。沿着表面区域63的表面轮廓矢量62可提供用于芯部区域72中的尚未处理的粉末65的边界。表面区域63不仅可以指代部件的外表面或周边表面，而且如果需要它还可以指代各种内部特征的一个或多个边界表面。实例包括但不限于孔、空腔、通道、空隙等。可选择束130A的束功率和扫描速度以便提供针对每个表面区域63的合适微结构和表面光洁度。
[0020]在图3B中，沿着基本上平行的舱口矢量66引导第二能量束130B。每个舱口矢量66包括紧挨表面轮廓矢量62内侧设置的舱口矢量末端74。表面轮廓矢量62和多个舱口矢量66的总和限定构建平面64中的已处理粉末区域68，留下表面轮廓矢量62与多个舱口矢量66之间的构建平面64中的多个未处理粉末区域76。
[0021]一个或多个舱口矢量末端74相邻于表面轮廓矢量62的内边缘78设置。舱口矢量末端74可根据束130B的形状而变圆。在某些实施例中，舱口矢量末端74与表面轮廓矢量内边缘78间隔开。然而，不管形状如何，舱口矢量末端74都与表面轮廓矢量内边缘78邻接但不重叠。
[0022]舱口矢量末端74在表面轮廓矢量62内侧的位置允许芯部区域72的光栅化。在图3B中，多个基本上平行的舱口矢量66被示出为单独的矢量。然而，应当理解，作为替代，多个舱口矢量66可形成连续的路径，其中多个变圆过渡矢量(未示出)连接多个舱口矢量66中的相邻舱口矢量的末端74。
[0023]图3C示出遵循束路径60的第三部