用于激光烧结系统的改进的粉末分配的制作方法
【技术领域】
[0002] 本发明设及激光烧结系统，更特别地设及用于提高部件质量并减少丢弃已使用过 但未烧结的粉末的激光烧结系统设备和方法。
【背景技术】
[0003] 激光烧结是根据数字数据制造 Ξ维物体的加法制造的一种形式。如本领域中已知 的，激光烧结用激光加热粉末层，典型地为聚合物或金属粉末，W使粉末颗粒W预定图案彼 此烙合从而限定正被制造的物体的横截面层。运种技术在美国专利第4,863,538、5，155， 321、5,252,264、5,352,405、6,815,636、7,569，174^及 7,807,947中公开，其掲露内容通 过引用全部并入本文中。
[0004] 伴随激光烧结的一个问题是在构建过程中激光衰减，由此在图像平面(可烧结粉 末暴露于激光束的表面)处的激光功率发生变化(典型地为减小）。运种激光功率变化可归 因于很多问题，并可导致部件从底部到顶部(沿着Z轴)为不同颜色、或者沿着Z轴具有不同 机械性能。
[000引伴随激光烧结、特别是被加热到接近烙点溫度的聚合物的激光烧结所伴随的另一 问题是，未烙融的可烧结粉末在粉末产生具有非期望质量(例如表面上的"枯皮现象"）、着 色或降低的机械性能的部件之前，仅可被再利用一定次数。结果就是，激光烧结机器的操作 者必须丢弃一定数量的已使用过的激光烧结粉末W保持部件质量。
【发明内容】
[0006]本发明的多种实施方式解决上述需求，并实现提高部件质量并减少丢弃可烧结粉 末的需要的其它优点。本发明的一个实施方式包括用于施加粉末层的方法，W减小可导致 降低部件强度或精度并提高层内粉末密度的表面结构的可能性。特定实施方式使用"两次 通过（two pass)"途径（也称作"双APL"(APL = A卵ly Powder Layer,译为APL =施加粉末 层）)"，从而通过与传统(现有技术)施加粉末层相似地在第一次通过时分配粉末层来铺设 单个粉末层(借助于反向旋转的漉子或其它粉末分配装置），但然后与现有技术不同，将漉 子W分配余留粉末来填充间隙并使粉末层表面弄平的第二次通过移动回来。为了分配来自 第一次通过的余留粉末，将返回粉末装置(例如活塞)设置在部件床(part bed)(对粉末进 行激光烧结的区域）的与进料斗沉积粉末之处相对置的侧部上。返回粉末装置降低W容许 余留粉末通过漉子下方，并在漉子通过后抬升，使得漉子可分配余留粉末。将在第二次通过 之后剩余的任何余留粉末沉积进位于部件床侧部上的粉末返回槽。通过使用双次通过技 术，粉末层改善了均匀性并具有更好致密性W用于更精确激光烧结。
[0007] 本发明的其它实施方式包括激光功率测量装置，所述激光功率测量装置能够测量 构建室内的激光功率。典型的激光烧结系统不包括激光功率测量装置(测量只是由维护人 员在维护期间完成），或者在激光束进入构建室之前测量激光功率。激光烧结系统的构建室 典型地非常热，并且包括可负面影响表面的烟尘。本发明提供位于构建室内的激光功率测 量装置W确定输送到粉末层的激光功率，W调整或控制扫描速度和/或其它参数，从而确保 输送到可烧结粉末的功率一致，W避免部件质量或精度降低或发生其它变化。在一些实施 方式中，激光功率测量装置定位在激光窗下方(典型地位于构建室的激光进入构建室所穿 过的顶板上），但位于加热可烧结粉末(主要通过福射)的加热器上方，使得该装置不阻挡输 送到粉末的热和/或变得过热。通过尽可能地使激光功率测量装置移离激光束集中的图像 平面，激光不怎么集中，因而感测装置能较好地经受得住激光而不会受到激光负面影响。在 一些实施方式中，激光功率测量装置包括可移动镜件，所述可移动镜件从激光扫描区域之 外的位置延伸进可将激光引导至镜件从而将激光引导至感测装置的位置。一旦测量完，镜 件可缩回离开激光路径。在一些实施方式中，在施加新粉末层期间进行激光功率测量，使得 用于部件的构建时间不增加。在其它实施方式中，激光功率测量装置是位于可移动(例如可 转动的）臂上的传感器，所述传感器可选择性地定位W使激光直接投射到所述传感器上。
[0008] 本发明的另外的其它实施方式包括滑道装置，W在产生少量或不产生粉尘的情况 下使粉末沉积到漉子和部件床之间。特定实施方式的滑道装置是位于进料斗下方的刚性狭 槽，所述刚性狭槽延伸至粉末沉积的表面附近，W最小化粉末必须降落的距离，因此使产生 的粉尘量最小化。滑道装置是可旋转的，使得它不干设漉子的运动。滑道也定位为使得它不 阻挡激光束离开部件床。在一些实施方式中，滑道包括对待沉积的粉末预加热的加热器元 件。
[0009] 本发明的其它实施方式包括定位于静止漉子位置(在激光扫描操作期间漉子停放 之处)下方或接近处的漉子加热器，使得漉子表面可被加热到期望溫度。漉子加热器可替代 地包括滑道加热器，所述滑道加热器预加热滑道内的粉末，并且也加热漉子表面。漉子可旋 转，使得漉子加热器均匀地加热漉子表面W防止漉子表面上出现溫度梯度，漉子表面上的 溫度梯度可导致粉末不期望地粘附到漉子的一些但非全部的表面上，运就导致粉末悬挂在 漉子后面，而运进一步造成非均匀粉末表面，上述非均匀粉末表面最终导致最终部件的粗 糖表面或其它缺陷。
[0010] 本发明的又另外的实施方式包括空气洗涂器，所述空气洗涂器清洁构建室内部的 空气（主要包括氮气）。通过洗涂器冷却空气，W有助于过滤器移除气载污染物。再循环回构 建室内的洗涂器排出空气排放进保持加热器(其通过福射和对流加热粉末)的加热器支架， W(i)再加热相对冷的再循环空气，W及（ii)冷却加热器支架和加热器，使得加热器不过 热。加热器支架沿着面朝外的表面设有排放孔，使得空气W不产生可负面影响激光烧结工 艺的显著满流或其它不期望气流的方式，循环回所述室内。因此，本发明的多种实施方式对 激光烧结系统和工艺提供显著改进，运使得部件质量提高且浪费材料减少。
【附图说明】
[0011] 因此在概括描述了本发明后，现在将参照附图，运些附图不一定按比例绘出，而是 表示为例示性和非限制性的，其中： 图1是根据本发明一个实施方式的激光烧结系统的立体图； 图2是图1的激光烧结系统的侧面截面图； 图3A是图1的激光烧结系统的漉子、进料斗、滑道、漉子加热器W及其它部分的放大侧 面截面图，其中滑道位于下部位置； 图3B是图1的激光烧结系统的漉子、进料斗、滑道、漉子加热器W及其它部分的放大侧 面截面图，其中滑道位于上部位置； 图4A是图1的实施方式的进料斗和滑道的放大立体图，其中滑道位于下部位置； 图4B是图1的实施方式的进料斗和滑道的放大立体图，其中滑道位于上部位置； 图5A是图1的激光烧结系统的上部部分的侧面截面图，示出位于缩回位置的激光功率 测量装置； 图5B是图1的激光烧结系统的上部部分的侧面截面图，示出位于延伸位置的激光功率 测量装置； 图6A-6C是本发明另一实施方式的激光功率测量装置(位于延伸位置)的放大立体图， 其中激光功率测量装置的镜件包括穿过激光窗（未示出）下方的密封开口突伸进构建室内 的伸缩管； 图7A是图1的激光烧结系统的洗涂器的放大立体图，示出洗涂器的内部通道和过滤器、 W及位于顶部上的止回阀和位于侧面上的鼓风机马达；