用于粉末床熔融合系统的原位热处理技术方案

提供了一种用于PBF系统的原位热处理的设备。用于基于PBF的3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于粉末床熔融合系统的原位热处理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年12月21日提交的标题为“IN
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SITU THERMAL TREATMENT FOR PBF SYSTEMS”的美国临时申请No.62/784,282和2019年12月19日提交的标题为“IN SITU THERMAL TREATMENT FOR PBF SYSTEMS”的美国专利申请No.16/721,797的权益，它们的全部内容通过引用明确结合于此。


[0003]本公开总体上涉及粉末床熔融合(PBF)系统，并且更具体地涉及用于PBF系统的原位热处理。

技术介绍

[0004]PBF系统可以生产具有复杂几何形状(包括一些用传统制造工艺难以或不可能创建的形状)的结构(称为构建件)。PBF系统逐层地(即逐片地)创建构建件。每个片都可以通过这样的过程来形成，即沉积一层粉末并施加能量束以熔化粉末层中的与构建件在该层中的横截面相一致的区域。熔化的粉末冷却并融合以形成构建件的片。可以重复该过程以形成构建件的下一个片，以此类推，直到构建件完成。因为每一层都沉积在前一层的顶部上，所以把PBF想象成从基底向上逐片地形成构件是很有用的。
[0005]PBF系统的长期挑战在于，由于沉积所述层的粉末床中的高温度梯度，在构建件中可能会出现残余的开裂或变形。实践者经常实施额外的后处理热处理步骤来改善这些温度梯度的不利影响。这些步骤通常会略微有些成功，但是带来了更长的总体构建时间。

技术实现思路
r/>[0006]下文将更全面地描述用于PBF系统的原位热处理的设备和方法的几个方面。
[0007]在各个方面，用于基于PBF的三维(3
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D)打印机的热处理设备可以包括用于加热气体的加热元件，其中已加热气体经由3
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D打印机的至少一个端口输送，该端口被定位成在打印期间在构建件上进行热处理。
[0008]在各个方面，用于在基于PBF的3
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D打印机中进行热处理的方法可以包括加热气体，并且经由3
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D打印机的布置在构建件附近的至少一个端口输送已加热气体，以在打印期间在构建件上进行热处理。
[0009]在各个方面，用于基于PBF的3
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D打印机的热处理设备可以包括温度调节元件，其用于改变气体的温度；至少一个通道，其用于将气体输送到分布在构建件的不同的竖直区域的多个端口；以及控制器，其用于确定气体温度和经由多个端口中的不同端口施加气体的持续时间，其中，温度调节元件被引导以在3
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D打印期间，以不同的确定的气体温度和不同的施加持续时间，可变地将气体输送到多个端口中的不同端口，从而稳定构建件的热特性。
[0010]从下面的详细描述中，其他方面对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中
仅通过说明的方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将认识到的，本文的概念能够用于其他和不同的实施例，并且几个细节能够在各种其他方面进行改变，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和详细描述在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0011]在附图中，用于PBF系统的原位热处理的设备和方法的各个方面现在将通过示例而非限制的方式呈现在详细描述中，其中：
[0012]图1A
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D示出了在不同操作阶段期间的示例PBF系统。
[0013]图2示出了示例性的能量束源和偏转器系统。
[0014]图3A
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B示出了在沉积粉末层之前和之后的示例性粉末床的透视图。
[0015]图4示出了结合基于PBF的打印机一起工作的示例性热处理设备系统。
[0016]图5示出了用于在基于PBF的3
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D打印机中进行热处理的示例性方法。
具体实施方式
[0017]下面结合附图阐述的详细描述旨在提供对本文公开的概念的各种示例性实施例的描述，而不是旨在代表可以实践本公开的唯一实施例。本公开中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不应该被解释为比本公开中呈现的其他实施例更优选或更有利。详细描述包括具体的细节，目的是提供全面且完整的公开，向本领域技术人员充分传达概念的范围。然而，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，众所周知的结构和部件可以以框图的形式示出，或者完全省略，以避免模糊贯穿本公开呈现的各种概念。
[0018]本公开涉及用于管理残余应力、微观结构以及经由基于PBF增材制造(AM)的系统生产的构建件中出现的其它加工伪迹的技术。PBF AM工艺在越来越多的行业中用于制造金属结构和部件。PBF AM工艺导致打印的构建件中残余应力的发展。这些残余应力的程度可能根据诸如所使用材料和构建件几何形状的因素而变化。通常，这些残余应力是由熔化池和构建板之间的温度差决定的高冷却速率的结果。
[0019]虽然一般适用于所有PBF系统，特别是基于激光的PBF(L
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PBF)系统，但随着额外的层被添加到构件上，熔化池和沉积在粉末床中的先前的层之间的温度梯度继续增加。因此，在L
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PBF系统中的构建件通常需要额外的后AM处理步骤，包括应力消除措施，以避免构建件从构建板上移除时的零件变形。具有高导热率和低比热的材料通常更容易发生这种变形，并且可能需要更多的后AM关注。
[0020]例如，解决这个问题的一个常规措施是制造者预先计算预期应力和预计变形。3
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D打印后，制造者从3
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D打印机中取出带有构建件的构建板，并将整体结构放入到专用的烘烤箱中，以施加预先计算的热量并解决其他变量以减少应力。这种方法的一个缺点是，在进行热处理后，预估的解决方案的参数通常难以与实际结果精确匹配，并且仍然会出现一定量的变形。这种不匹配通常与构建件的复杂性成正比，其中更大的不匹配在复杂零件中更明显。
[0021]除了残余应力产生和变形问题之外，PBF系统中使用的某些材料需要生成的构建件经受后AM热处理操作以获得所需的微观结构和性能。热处理操作作为一系列后处理步骤
在构建件上进行。这些步骤会为整个制造过程增加大量额外的时间，超过了仅进行构建件的AM生产。热力后处理所需的额外时间会明显地更长，例如，比与使用非AM技术(比如铸造、锻造或焊接)制造结构相关的相对较短的时间段更长。在PBF AM工艺中，3
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D打印时间在许多情况下可能更加堪比后续的热处理持续时间。这些后AM操作可能会不希望地向整个产品构建增加大量时间。
[0022]本公开解决了与传统后处理技术相关的上述问题。一种用于基于PBF的系统的原位热处理设备(“TTA”)包括气体输送结构，该气体输送结构能够输送已加热气体，以清除在L
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PBF融合期间产生的羽状物。在各种实施例中，TTA与PBF 3
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D打印机部分地或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于基于粉末床融合的三维(3
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D)打印机的热处理设备，包括：用于加热气体的加热元件，其中，已加热气体经由所述3
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D打印机的至少一个端口输送，所述端口被定位成在打印期间在构建件上进行热处理。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热处理包括残余应力降低。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热处理包括基于选择的气体温度和热处理持续时间对构建件中的材料进行时效处理。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个端口联接到偏转器挡板，以引导所输送的已加热气体相对于构建件的流动。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所输送的气体能够运作以减小构建件的下部分和上部分之间的温度差。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个端口被定位成将已加热气体输送到沉积在所述3
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D打印机的打印床中的打印材料的顶部层。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个端口包括被定位成将已加热气体输送至构建件的已打印部分的一个或更多个端口，所述已打印部分在对应于顶部层的熔化池下方并且在所述3
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D打印机的构建板上方。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述3
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D打印机包括下腔室，在打印期间，构建件被降低到所述下腔室中，并且至少所述一个端口布置在所述下腔室中。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉比尔，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：