【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及粉末床熔合中的能量束曝光，特别涉及脉冲曝光。
技术介绍
1、在粉末床熔合中，将粉末层沉积在构建室中的粉末床上，并且跨越粉末层的与正在构造的工件的截面(剖切面)相对应的部分用能量束(比如激光束或电子束)扫描。能量束将粉末熔化以便形成固化层。在层的选择性固化之后，使粉末床降低新固化的层的厚度，并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其固化。在单次构建中，可以构建不只一个部件，这些部件在粉末床中间隔开。已知利用一个以上的能量束同时熔化粉末层。
2、通常沿着扫描路径用能量束扫描。能量束沿着扫描路径的扫描可以处于连续模式，在该连续模式下，将能量束的强度增加到足以熔化粉末的强度水平并且沿扫描路径引导的点具有保持处于这个水平的强度(下文称为“连续曝光”)。在替代性脉冲模式下，能量束作为脉冲串发射，其中每个脉冲被引导到沿扫描路径的不同区域(下文称为“脉冲曝光”)。脉冲曝光的脉冲可以与束操控部件的控制同步，这些束操控部件将能量束引导到粉末床，其目的是仅当能量束关闭时移动束操控部件，使得能量束在曝光期间是静止的。实际上，由于束操控部件的惯性，对于粉末床熔合中通常使用的扫描速度来说，这是难以实现的，并且在脉冲期间将发生能量束在粉末床表面上的一些移动。
3、雷尼绍(renishaw)公司的renam 500q机器使得能够使用脉冲曝光以约80微秒(microsecond)的脉冲持续时间扫描粉末床。设备包括四个500w连续波(cw)激光器。激光器是由spi提供的redpower prism模块光纤激光器。每个cw激光器的
4、wo 2018/029478 a1披露了激光脉冲的脉冲形状(波形)可以包括多个子形状，其中，子形状中的每一个可以具有不同的持续时间、能量、斜升或斜降。展示了与强度方面的相对快速降低相比具有缓慢增加的强度、具有三个平稳期的波形。激光脉冲的总持续时间可以在200微秒和1000微秒之间变化。
5、k.a.mumtaz，n.hopkinson的“selective laser melting of thin wall partsusing pulse shaping(使用脉冲成形的薄壁零件的选择性激光熔化)”研究了选择性激光熔化中的脉冲成形。该系统使用户能够在单个激光脉冲内将能量分布定制成最接近0.5ms。生成各种斜升和斜降脉冲形状，并将它们用于处理四层inconel 625。斜升脉冲从1.7ms变化到10ms。斜降脉冲在1ms和10ms之间变化。
技术实现思路
1、根据本专利技术的第一方面，提供了一种粉末床熔合增材制造方法，该方法包括将粉末床的层曝露于能量束，以选择性地熔化每个层的区域，其中使用脉冲曝光来熔化至少一定比例的区域，该方法进一步包括命令能量束源产生脉冲曝光的至少一个脉冲，优选地是多个脉冲中的每一个脉冲。
2、命令的步骤可以包括针对至少一个脉冲的功率波形指定高于基准(比如零)功率水平的多个提高功率水平。在本专利技术中，命令的步骤包括例如在发送到或驱动能量束源的控制信号中指定多个提高功率水平中的每一个。以这样的方式，可以实现预期脉冲形状，其不同于由简单的开/关命令(即，在脉冲期间仅指定一个(“开”)提高功率水平的命令)生成的脉冲。
3、命令的步骤可以包括针对功率波形指定脉冲形状、脉冲轮廓和/或脉冲形式。功率波形可以是非矩形脉冲形状/轮廓/形式。已经发现，非矩形脉冲形状/轮廓/形式可以引起材料如何固结方面的变化，与使用矩形脉冲产生的零件相比，这可以改善零件。脉冲形状/轮廓/形式可以是三角形的。脉冲形状/轮廓/形式可以在指定的提高功率水平处包括多个功率平稳期。
4、脉冲曝光的脉冲中的至少一个(优选是多个脉冲中的每一个脉冲)的脉冲持续时间(脉冲的激光功率上升到最大指定提高功率水平以上、然后返回到最大指定提高功率水平的10％以下之间的时间)可以小于200微秒，并且可选地小于150微秒。已经发现，在熔化粉末(尤其是熔化金属粉末)所需的能量束功率下，更长的脉冲持续时间导致材料蒸发。将能量束的功率降低到这个阈值以下将使得粉末即使曝露在能量束下持续更长时间也不被熔化，因为对于这种低能量束功率来说，热量消散得太快以至于粉末的温度不会升高到高于熔化温度。相应地，包括长于200微秒的脉冲持续时间的脉冲曝光是不期望的。
5、脉冲持续时间可以大于1微秒，优选地大于5微秒，并且可选地大于10微秒。
6、用于生成能量束的能量束源可以具有10微秒或更少、优选地5微秒或更少的响应时间(控制信号方面的变化和输出能量束方面的与所需功率对应的变化之间的时间)。控制功率波形的形状可以包括在最大提高功率水平的10％和90％之间指定一个或多个提高功率水平。该方法可以包括将一个或多个提高功率水平指定为具有小于15微秒、可选地小于10微秒、并且进一步可选地小于5微秒的持续时间。该方法可以包括控制功率波形的形状、以多个步骤增加或减少。步骤中的至少一个可以具有小于15微秒、可选地小于10微秒、并且进一步可选地小于5微秒的持续时间。步骤中的至少一个可以具有大于1微秒、并且进一步可选地大于2微秒的持续时间。
7、该方法可以包括指定脉冲形状，以控制熔化和/或重新固化的材料的冷却速率。在粉末床熔合中，金属材料通常在几十微秒内固化，因此，在能量束的强度下降到足以将材料的温度保持在熔点以上的强度以下之后，熔化的材料迅速重新固化。已经发现，将能量束脉冲的下降时间延长到大于8微秒不受控制的下降时间(在renishaw的renam 500q机器中实现)可以改善固化的材料的材料性质。(renishaw的renam 500q机器中的下降时间是不受控制的/未指定的，因为下降时间不是由控制信号(这些控制信号是具有竖直上升和下降时间的方波脉冲)定义的，而是由激光对这些控制信号的非理想响应产生的)。该方法包括控制脉冲曝光的脉冲的功率波形的形状，使得下降时间长于上升时间。该方法包括控制脉冲曝光的脉冲的功率波形的形状，使得至少一个脉冲的下降时间大于10微秒，优选地大于20微秒，最优选地约30微秒。下降时间可以小于100微秒，优选地小于50微秒，最优选地小于40微秒。至少一个脉冲的下降时间可以在10微秒和100微秒之间、在10微秒和50微秒之间、在10微秒和40微秒之间、在20微秒和100微秒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光器，包括增益介质、用于泵浦所述增益介质的泵、电源电路、以及位于所述电源电路和所述泵之间的惯性负载，其中，所述电源电路包括用于向所述惯性负载生成脉宽调制信号的开关功率放大器。
2.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述开关功率放大器包括两个开关晶体管。
3.根据权利要求2所述的激光器，其中，每个开关晶体管是GaN晶体管。
4.根据权利要求2所述的激光器，其中，每个开关晶体管是高电子迁移率晶体管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光器，其中，所述激光器包括多个控制器，每个控制器被布置为向至少一个激光二极管生成驱动信号，以使所述至少一个激光二极管泵浦所述增益介质。
6.一种粉末床熔合设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的激光器。
7.一种粉末床熔合设备，所述粉末床熔合设备包括激光器，所述激光器包括增益介质、用于泵浦所述增益介质的泵、以及用于控制所述泵的控制器，其中，所述控制器被布置为控制所述泵，使得所述激光器的响应时间小于17微秒。
8.根据权利要求7所述的粉末床熔合设备，其中，所述响
9.根据权利要求7或权利要求8所述的粉末床熔合设备，其中，所述响应时间为约3微秒。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的粉末床熔合设备，其中，所述控制器包括电源电路，所述电源电路被布置为向位于所述电源电路和所述泵之间的惯性负载生成脉宽调制信号。
11.根据权利要求10所述的粉末床熔合设备，其中，所述惯性负载包括电感器和电容器。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的粉末床熔合设备，其中，所述电源电路包括用于生成所述脉宽调制信号的开关功率放大器。
13.根据权利要求12所述的粉末床熔合设备，其中，所述开关功率放大器包括两个开关晶体管。
14.根据权利要求13所述的粉末床熔合设备，其中，每个开关晶体管是GaN晶体管。
15.根据权利要求13所述的粉末床熔合设备，其中，每个开关晶体管是高电子迁移率晶体管。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种激光器，包括增益介质、用于泵浦所述增益介质的泵、电源电路、以及位于所述电源电路和所述泵之间的惯性负载，其中，所述电源电路包括用于向所述惯性负载生成脉宽调制信号的开关功率放大器。
2.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述开关功率放大器包括两个开关晶体管。
3.根据权利要求2所述的激光器，其中，每个开关晶体管是gan晶体管。
4.根据权利要求2所述的激光器，其中，每个开关晶体管是高电子迁移率晶体管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光器，其中，所述激光器包括多个控制器，每个控制器被布置为向至少一个激光二极管生成驱动信号，以使所述至少一个激光二极管泵浦所述增益介质。
6.一种粉末床熔合设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的激光器。
7.一种粉末床熔合设备，所述粉末床熔合设备包括激光器，所述激光器包括增益介质、用于泵浦所述增益介质的泵、以及用于控制所述泵的控制器，其中，所述控制器被布置为控制所述泵，使得所述激光器的响应时间小...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·威尔克斯，P·扎瓦尼斯基，T·C·E·普罗伯特，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：
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