用于增材制造的设备和方法技术

一种用于增材制造的制造方法和设备，包括：限定内部的环境室，在环境室内部内的粉床中将物体构建在其上的平台，联接至环境室的内部的氮气供应，创建延伸到粉末的离子通道的激光，以及将电能施加到离子通道的电源，电能通过离子通道被传输到粉末床中的粉末。过离子通道被传输到粉末床中的粉末。过离子通道被传输到粉末床中的粉末。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造的设备和方法
[0001]本申请是2019年12月05日所提出的申请号为201911235640.X、专利技术名称为“用于增材制造的设备和方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开涉及一种用于通过增材制造来制造物体的方法和设备。

技术介绍

[0003]与移除材料的减材制造方法相比，增材制造过程通常涉及堆积一种或多种材料来制造物体。可以利用增材制造来形成具有简单和复杂几何形状的各种部件。

技术实现思路

[0004]在一个方面，本公开涉及一种通过增材制造来制造物体的方法，该方法包括提供富含分子的环境，在富含分子的环境中创建至粉末床中的一部分粉末的激光诱导的等离子体通道，以及向激光诱导的等离子体通道施加电能，其中电能通过激光诱导的等离子体通道被传输到粉末床中的粉末，其中至少来自电能的能量熔化或烧结粉末床中的一部分粉末。
[0005]在另一方面，本公开涉及一种用于增材制造的设备，该设备包括限定内部的环境室，在该环境室的内部内的粉末床，选择性地流体联接至该环境室的内部的气体供应，照射粉末床中的一部分粉末的照射源，该照射创建延伸到粉末的离子通道，以及将电能施加到离子通道的电源，电能通过离子通道被传输到粉末床中的粉末。
[0006]在另一方面，本公开涉及一种冷却模块，该冷却模块包括金属基板和与至少一部分金属基板一体地形成的铝碳化硅金属基复合材料散热片，其中铝碳化硅金属基复合材料散热片被配置为可操作地联接至发热电子装置。
附图说明
[0007]在附图中：
[0008]图1是根据本文描述的各个方面的具有电子底盘的飞行器的立体图。
[0009]图2是根据本文描述的各个方面的可包括在图1的电子底盘中的示例性电源模块的立体图。
[0010]图3是图2的电源模块沿III
‑
III线的横截面视图。
[0011]图4是根据本文描述的方面的增材制造设备的示意图。
[0012]图5是根据本文描述的方面的具有图4的设备的增材制造的示意图。
具体实施方式
[0013]本公开的方面涉及增材制造；具体而言，通过激光诱导的等离子体通道(LIPC)或“离子通道”施加电脉冲，以用于三维金属打印过程。除其他事项外，本公开的方面可以用于
制造例如用于电子底盘的散热片，或用于飞行器的电源模块，或用于包括非均质金属和非金属零件的任何金属和非金属零件的方法。除其他事项外，本公开的方面还涉及在加压的富氮气环境中通过由紫外线(UV)激光束诱导的LIPC形成铝碳化硅(AL Sic)金属基复合材料(MMC)。
[0014]通常，在增材制造期间，独立物体能够由计算机辅助设计(CAD)模型制造。激光烧结或熔化是用于快速制造功能原型，零件和工具的一种增材制造过程。选择性激光烧结，直接激光烧结，选择性激光熔化和直接激光熔化是常用的工业术语，用于指通过使用激光束烧结或熔化细粉末来制造三维物体。烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均质物质。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括向粉末材料进行热传递，然后烧结或熔化粉末材料。虽然激光烧结和熔化过程可应用于广泛的粉末材料，但生产途径的科学和技术方面，例如烧结或熔化速率以及加工参数对层制造过程中微观结构演变的影响是复杂的。这种制造方法伴随着多种模式的热，质量和动量转移，以及使该过程复杂的化学反应。与标准制造过程相比，当前的选择性激光熔化三维打印过程具有许多缺点。这些缺点包括，例如，由于金属粉末颗粒的未完全烧结而导致强度降低，这在增材制造过程中是常见的，并且由于高度集中的局部热施加而产生的高水平的残余应力。其他缺点与孔隙率问题有关，最近已在开发用于冷却为碳化硅电子元件提供热管理的高功率电子功率转换产品的冷板时观察到了这些问题。
[0015]另外，与使用红外激光或直接激光的当前增材制造过程相关的问题是多相变和复杂的微观结构通常会导致热残余应力。快速的加热和冷却速率(ΔT～1,000至100,000K/s)导致抑制的相变，过饱和相，偏析，热裂纹和热残余应力。由于直接使用激光来产生颗粒的熔化，直接金属激光熔化和其他此类过程的效率较低，约为25％或更低。单向热流入构建板或衬底导致纹理化晶粒和各向异性性质。每层都经受反复的加热和冷却循环，从而导致温度可能超过Tliq或因此，目前在增材制造中使用的红外激光无法高效地生产复杂的金属零件。随着更快速的制造过程，需要增加加热。本公开创新的各方面通过LIPC引入电脉冲来增加用于增材制造中的激光的加热效率，从而产生价值。此外，这项创新通过在高压氮气氛围中使用紫外线(UV)激光来创建LIPC，从而专注于先进的LIPC技术。将理解的是，本公开的各方面可以与常规的红外选择性激光烧结结合使用，或者可以作为独立的过程来使用。
[0016]尽管将描述“一组”多种元件，但是应理解，“一组”可包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。还应理解，用于传导电脉冲的气体不限于氮气，并且可以构成其分子可以被激光束激发的其他气体或气体混合物。此外，所有的方向参考(例如，径向、轴向、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是对其位置、方向或用途的限制。连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地诠释，并且除非另有指示，可以包括元件集之间的中间元件，以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不必推断两个元件直接连接并且处于彼此固定关系。示例性附图仅用于说明的目的，并且附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
[0017]应当理解，尽管出于制造过程及其适用性的说明性目的而公开了冷却模块，但是应当理解，该过程可以用于增材制造任何合适的较大或较小的物体，例如但不限于飞行器
发动机的部件或在其上的层，或就此而言，用于任何应用的任何均质或非均质金属或非金属零件(非限制性示例包括用于发电的零件，医疗系统/部件，光学成像，电子产品，汽车，空间系统零件制造等)。更进一步，尽管该冷却模块可以具有一般适用性，但是将进一步详细描述飞行器的环境以及航空电子底盘和电气组件的具体应用。飞行器航空电子设备在较小的空间中具有越来越高的要求和更高的功率密度，因此对功率耗散装置的要求也越来越高。新的发电单元，转换单元或晶体管可能需要新材料以及更有效的电气和热管理。
[0018]图1示意性地示出了具有航空电子系统4的飞行器2，其被示为用于容纳航空电子或航空电子部件以供在飞行器2的操作中使用的机载电子底盘6(以虚线示出)。将理解的是，在非限制性示例中，航空电子系统4可以包括具有散热片(heat spreaders)，散热体(heat sinks)，热交换器，散热器(radiators)或热管的热管理构件。电子底盘6可容纳用于航空电子装置的多种电源模块10(图2)，并防止污染物，电磁干扰(EMI)，射频干扰(RFI)，振动等。替代地或附加地，电子底盘6可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过增材制造来制造物体的方法，其特征在于，所述方法包括：提供富含分子的环境；在所述富含分子的环境中创建至粉末床中的一部分粉末的激光诱导的等离子体通道；以及向所述激光诱导的等离子体通道施加电能，其中所述电能通过所述激光诱导的等离子体通道被传输到所述粉末床中的所述粉末，其中至少来自所述电能的能量熔化或烧结所述粉末床中的所述一部分粉末；其中创建所述激光诱导的等离子体通道包括发射激光束；其中所述富含分子的环境是富氮环境；其中所述富氮环境是高压氮环境。2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，其中所述粉末床中的所述粉末包括铝粉末和碳化硅颗粒。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中提供富含分子的环境包括向密封环境供应氮气，直到压力增加30psi。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述电能由供电电源供应。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述电能是一组电脉冲。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中控制电能和来自所述激光诱导的...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳德，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：