增材制造期间的金属冷凝物控制制造技术

本发明专利技术涉及增材制造期间的金属冷凝物控制。提供了一种用于增材制造的系统和方法。该系统包括限定用于经由增材制造来制造零件的腔室的结构。粉末金属施加器被构造成沉积粉末金属材料层以在构建平台上构建零件。激光源被构造成将一个或多个激光束引导到粉末金属材料的每一层上以熔融粉末金属材料，其中通过激光束（一个或多个）接触粉末金属材料产生金属冷凝物。与粉末材料层间隔开的元件具有不同于腔室温度的温度，使得该元件被构造成借助于该元件与腔室之间的温差吸引或排斥金属冷凝物。该方法包括使用具有不同温度的元件来吸引或排斥腔室内的金属冷凝物。排斥腔室内的金属冷凝物。排斥腔室内的金属冷凝物。

【技术实现步骤摘要】
增材制造期间的金属冷凝物控制


[0001]本公开涉及用于通过在顺序过程中添加材料、通常是逐层地添加材料来形成零件的增材制造系统和方法。

技术介绍

[0002]增材制造，也称为3
‑
D打印，是指通过在三维工作包络内的顺序层材料添加/接合通过自动控制来创建三维物体的过程。物体可以被制造成各种形状和几何形状，并且可以包括牺牲或支撑材料，从而实现先前不可实现的设计形状。已知各种增材制造过程，主要区别在于沉积材料层的方式和所使用的材料。特别地，增材制造过程可包括例如熔融沉积成型、激光烧结、电子束熔化、和喷墨3D打印，使用诸如热塑性细丝、金属粉末、石膏、树脂和混凝土的材料。
[0003]在粉末床熔融过程中，激光束用于将先前整平的粉末材料的每一层熔融成熔融粉末材料的连续片。在熔融过程期间，激光蒸发一些粉末并产生纳米大小或微米大小的粉尘，称为“冷凝物(condensate)”。冷凝物可在腔室内积聚。例如，冷凝物可在腔室壁上、在激光透镜上以及在所制造的物体的所铺设的粉末上累积。
[0004]在金属增材制造的情况下，花费数小时或甚至数天来使用真空从构建腔室清理冷凝物并用异丙醇擦拭以擦洗构建腔室。清理过程显著地减慢了增材制造过程，这显著地阻碍了金属增材制造用于任何大量生产的使用。此外，粉末床或在构建之后待再循环的粉末的冷凝物污染可通过造成零件内的缺陷以及造成过程中的另外延迟而降低零件质量。

技术实现思路

[0005]本公开提供了一种在粉末床熔融制造过程期间帮助控制金属冷凝物的系统和方法。该系统和方法包括使用冷却的和/或加热的元件来吸引或排斥金属冷凝物。因此，金属冷凝物可被构建腔室内的一个或多个加热的元件排斥和/或被构建腔室内的一个或多个冷却的元件收集。
[0006]在一种可与本文所公开的其他形式组合或分开的形式中，提供了一种增材制造系统，其包括限定用于经由增材制造来制造零件的腔室的结构。该腔室具有腔室温度。粉末金属施加器被构造成沉积粉末金属材料层以在构建平台上构建零件。激光源被构造成将一个或多个激光束引导到粉末金属材料的每一层上以熔融粉末金属材料，其中通过激光束（一个或多个）接触粉末金属材料产生金属冷凝物。元件与粉末材料层间隔开。所述元件具有不同于所述腔室温度的元件温度，并且所述元件被构造成借助于所述元件与所述腔室之间的温差吸引或排斥所述金属冷凝物。
[0007]在可与本文所公开的其他形式组合或分开的另一形式中，提供了一种增材制造方法，其包括将粉末金属材料逐层地沉积到腔室内的构建平台上，所述腔室具有腔室温度。该方法还包括将一个或多个激光束引导到腔室中以接触粉末金属材料的每一层，从而熔融粉末金属材料以用于增材制造，其中由激光束（一个或多个）接触粉末金属材料产生金属冷凝
物。该方法还包括用具有不同于该腔室温度的元件温度的元件吸引或排斥该金属冷凝物。
[0008]可以可选地提供附加特征，包括但不限于以下：所述温差为至少10摄氏度，或者所述腔室温度和所述元件温度彼此相差至少十摄氏度；其中所述元件温度低于所述腔室温度，并且所述元件被构造成吸引所述金属冷凝物；所述元件是板；所述元件是旋转平台；其中所述元件温度大于所述腔室温度，并且所述元件被构造成排斥所述金属冷凝物；还包括透镜，一个或多个激光束被引导通过该透镜，该元件围绕该透镜；还包括粉末溢流接收器，所述粉末溢流接收器被构造成收集过量的粉末金属材料，所述元件围绕所述粉末溢流接收器设置以排斥所述金属冷凝物远离所述粉末溢流接收器；还包括气流系统，所述气流系统包括设置在所述构建平台的上游侧上的入口和设置在所述构建平台的下游侧上的出口，所述入口被构造成使气流流动通过所述腔室以使所述金属冷凝物在所述腔室内移动，其中所述元件是设置在所述构建平台的下游侧上以吸引所述金属冷凝物的冷却的元件；所述增材制造系统还包括加热的元件，所述加热的元件设置在所述构建平台的所述上游侧上以排斥所述金属冷凝物；还包括过滤器系统，所述过滤器系统被构造成从所述旋转平台去除所述金属冷凝物并将所述金属冷凝物供给到过滤器；所述构建平台被构造成绕中心轴线旋转；所述元件围绕所述构建平台在外部设置；还包括管，所述管沿着所述中心轴线设置并且被构造成输送加热的气体穿过所述构建平台以朝向所述元件排斥所述金属冷凝物；旋转所述元件以收集和去除金属冷凝物；所述元件是冷却的元件或加热的元件；绕中心轴线旋转构建平台，所述元件围绕所述构建平台在外部设置；和/或输送加热的气体穿过构建平台以朝向元件排斥金属冷凝物。
[0009]技术方案1. 一种增材制造系统，包括：限定用于经由增材制造来制造零件的腔室的结构，所述腔室具有腔室温度；粉末金属施加器，所述粉末金属施加器被构造成沉积多个粉末金属材料层以在构建平台上构建零件；激光源，所述激光源被构造成将至少一个激光束引导到粉末金属材料的每一层上以熔融所述粉末金属材料，其中通过所述至少一个激光束接触所述粉末金属材料产生金属冷凝物；以及与所述多个粉末材料层间隔开的元件，所述元件具有不同于所述腔室温度的元件温度，所述元件被构造成借助于所述元件与所述腔室之间的温差吸引或排斥所述金属冷凝物。
[0010]技术方案2. 根据技术方案1所述的增材制造系统，其中，所述温差为至少10摄氏度。
[0011]技术方案3. 根据技术方案2所述的增材制造系统，其中，所述元件温度低于所述腔室温度，并且所述元件被构造成吸引所述金属冷凝物。
[0012]技术方案4. 根据技术方案3所述的增材制造系统，所述元件是板。
[0013]技术方案5. 根据技术方案3所述的增材制造系统，所述元件是旋转平台。
[0014]技术方案6. 根据技术方案2所述的增材制造系统，其中，所述元件温度大于所述腔室温度，并且所述元件被构造成排斥所述金属冷凝物。
[0015]技术方案7. 根据技术方案6所述的增材制造系统，还包括透镜，所述至少一个激光束被引导通过所述透镜，所述元件围绕所述透镜。
[0016]技术方案8. 根据技术方案6所述的增材制造系统，还包括粉末溢流接收器，所述粉末溢流接收器被构造成收集过量的粉末金属材料，所述元件围绕所述粉末溢流接收器设置以排斥所述金属冷凝物远离所述粉末溢流接收器。
[0017]技术方案9. 根据技术方案2所述的增材制造系统，还包括气流系统，所述气流系统包括设置在所述构建平台的上游侧上的入口和设置在所述构建平台的下游侧上的出口，所述入口被构造成使气流流动通过所述腔室以使所述金属冷凝物在所述腔室内移动，其中所述元件是设置在所述构建平台的所述下游侧上以吸引所述金属冷凝物的冷却的元件，所述增材制造系统还包括设置在所述构建平台的所述上游侧上以排斥所述金属冷凝物的加热的元件。
[0018]技术方案10. 根据技术方案5所述的增材制造系统，还包括过滤器系统，所述过滤器系统被构造成从所述旋转平台去除所述金属冷凝物并且将所述金属冷凝物供给到过滤器。
[0019]技术方案11. 根据技术方案3所述的增材制造系统，所述构建平台被构造成绕中心轴线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造系统，包括：限定用于经由增材制造来制造零件的腔室的结构，所述腔室具有腔室温度；粉末金属施加器，所述粉末金属施加器被构造成沉积多个粉末金属材料层以在构建平台上构建零件；激光源，所述激光源被构造成将至少一个激光束引导到粉末金属材料的每一层上以熔融所述粉末金属材料，其中通过所述至少一个激光束接触所述粉末金属材料产生金属冷凝物；以及与所述多个粉末材料层间隔开的元件，所述元件具有不同于所述腔室温度的元件温度，所述元件被构造成借助于所述元件与所述腔室之间的温差吸引或排斥所述金属冷凝物。2.根据权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述温差为至少10摄氏度。3.根据权利要求2所述的增材制造系统，其中，所述元件温度低于所述腔室温度，并且所述元件被构造成吸引所述金属冷凝物。4.根据权利要求3所述的增材制造系统，所述元件是板。5.根据权利要求3所述的增材制造系统，所述元件是旋转平台。6.根据权利要求2所述的增材制造系统，其中，所述元件温度大于所述腔室温度，并且所述元...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：