三維物品的附加制造中的粉末分配的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在三維物品的附加制造中分配粉末的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自由成型制造或附加制造是通過(guò)對(duì)施加到工作臺(tái)的粉末層的選定部分進(jìn)行連續(xù)熔合來(lái)形成三維物品的方法。
[0003]附加制造設(shè)備可包括工作臺(tái)、粉末分發(fā)器或粉末分配器、高能束、控制元件以及控制計(jì)算機(jī)，其中，工作臺(tái)上待形成三維物品，粉末分發(fā)器或粉末分配器布置成將薄粉末層鋪設(shè)在工作臺(tái)上以形成粉末床，高能束用于將能量釋放至粉末以進(jìn)行粉末的熔合，控制元件用于控制由能量束在粉末床上方釋放的能量以通過(guò)粉末床的部分熔合形成三維物品的橫截面，以及控制計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有與三維物品的相繼的橫截面相關(guān)的信息。三維物品通過(guò)對(duì)由粉末分發(fā)器連續(xù)鋪設(shè)的粉末層的相繼形成的橫截面進(jìn)行相繼熔合來(lái)形成。
[0004]在附加制造中，重要的是控制粉末分配。期望的是在預(yù)定區(qū)域上方分配預(yù)定義量的粉末。這要求用于將預(yù)定厚度的粉末重復(fù)地提供到工作臺(tái)上的定義明確的方法和設(shè)備。一個(gè)并不微不足道的問(wèn)題在于粉末層有時(shí)可能提供為非均勻的厚度和/或提供為不充分的粉末密度。這種不規(guī)則性可能以材料性質(zhì)差、有多孔、工藝不穩(wěn)定、表面品質(zhì)差和/或尺寸改變和/或表面變形的形式影響到最終三維物品的品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供除去或至少減少與粉末層不規(guī)則性相關(guān)的上述問(wèn)題的方法。上述目的由根據(jù)本文中所記載的要求保護(hù)的方法的中的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0006]在本發(fā)明的第一示例性方面中，提供了用于通過(guò)對(duì)提供到構(gòu)造腔室中的工作臺(tái)上的至少一個(gè)粉末層的部分進(jìn)行連續(xù)熔合來(lái)形成三維物品的方法，其中至少一個(gè)粉末層的部分對(duì)應(yīng)于三維物品的連續(xù)橫截面。該方法包括以下步驟:提供至少一第一粉末槽和至少一第二粉末槽;將具有第一顆粒尺寸分布的第一類(lèi)型的粉末提供到第一粉末槽中；將具有不同于第一顆粒尺寸分布的第二顆粒尺寸分布的第二類(lèi)型的粉末提供到第二粉末槽中，其中第二顆粒尺寸分布中的最小顆粒尺寸比第一顆粒尺寸分布中的最小顆粒尺寸小;將第一類(lèi)型的粉末的第一子層分配到工作臺(tái)上;將第二類(lèi)型的粉末的第二子層分配到第一類(lèi)型的粉末的第一子層的頂部上，其中第一子層和第二子層形成至少一個(gè)粉末層中的一個(gè)；以及使用來(lái)自高能束源的高能束同時(shí)熔合第一子層和第二子層以形成三維物品的第一橫截面。
[0007]本發(fā)明的各種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，與在單個(gè)步驟中分配單個(gè)粉末層相比，增加了至少包括第一子層和第二子層的單個(gè)粉末層的粉末密度。第二粉末尺寸分布中的小顆?？商畛溆删哂械谝活w粒尺寸分布的顆粒構(gòu)成的第一子層中的至少一些孔洞。與在單個(gè)步驟中分配具有第一粉末分配和第二粉末分配的粉末層相比，單個(gè)粉末層的較高密度可產(chǎn)生具有更好的材料特性、更精細(xì)的公差和更好的表面的最終三維物品。
[0008]在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，第一顆粒尺寸分布與第二顆粒尺寸分布在顆粒尺寸上不重疊。至少本實(shí)施方式的示例性?xún)?yōu)點(diǎn)在于，第二顆粒尺寸分布中的所有顆粒小于第一顆粒尺寸分布中的最小顆粒，即，第二顆粒尺寸分布中的所有顆粒可為用于填充第一子層中的空洞的候選物。
[0009]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，第一顆粒尺寸分布與第二顆粒尺寸分布在顆粒尺寸上部分重疊。至少本實(shí)施方式的示例性?xún)?yōu)點(diǎn)在于，兩個(gè)子層可被提供為使顆粒尺寸分布中的范圍非常窄。在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，第一顆粒尺寸分布中的最小顆粒為第二顆粒尺寸分布中的最大顆粒的3、5或7倍大。本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，包括第一子層和第二子層的單個(gè)粉末層的密度相對(duì)于在粉末尺寸分布中具有大的不一致性的粉末尺寸分布增加。
[0010]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，適用于接收第一類(lèi)型的粉末的第一溢出容器和適用于接收第二類(lèi)型的粉末的第二溢出容器被提供在構(gòu)造腔室外側(cè)。至少本實(shí)施方式的示例性?xún)?yōu)點(diǎn)在于，與第二類(lèi)型的粉末的任何溢出相比，第一類(lèi)型的粉末的任何溢出可被收集在不同的溢出容器中。這可簡(jiǎn)化粉末的再次使用。
[0011]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，第一溢出容器被提供到構(gòu)造腔室的第一側(cè)，第二溢出容器被提供在構(gòu)造腔室的第二側(cè)，第一粉末槽被提供在構(gòu)造腔室的第二側(cè)，第二粉末槽被提供在構(gòu)造腔室的第一側(cè)，其中第一側(cè)和第二側(cè)彼此相反。
[0012]在又另一示例性實(shí)施方式中，第一粉末槽和第二粉末槽被提供在構(gòu)造腔室的第一偵U，并且其中第一溢出容器被提供在構(gòu)造腔室的第二側(cè)，其中第一側(cè)和第二側(cè)彼此相反。至少本實(shí)施方式的示例性?xún)?yōu)點(diǎn)在于，具有第一類(lèi)型的粉末和第二類(lèi)型的粉末的第一粉末槽和第二粉末槽分別可不被如此輕易地彼此混合。第一類(lèi)型的粉末可被提供在最左側(cè)粉末槽中，并且第二類(lèi)型的粉末可被提供在第一粉末槽與構(gòu)造腔室之間的粉末槽中。第一類(lèi)型的粉末具有比第二類(lèi)型的粉末大的顆粒尺寸分布。當(dāng)在第二粉末槽上方轉(zhuǎn)移預(yù)定量的第一類(lèi)型的粉末時(shí)，來(lái)自第一粉末槽的粗粉末可不與第二粉末槽中的精細(xì)粉末混合。然而，如果粉末槽被顛倒，可能發(fā)生粉末的混合并且可降低構(gòu)造腔室處的粉末密度。
[0013]在又另一示例性實(shí)施方式中，當(dāng)施加第一子層和第二子層時(shí)，工作臺(tái)處于相同的位置。
[0014]當(dāng)將第二子層施加到第一子層的頂部上時(shí)，工作臺(tái)的位置可不改變。這意味著，當(dāng)粉末分配器在第一子層上方分配第二類(lèi)型的粉末時(shí)來(lái)自第二類(lèi)型的粉末的精細(xì)顆?？杀粡?qiáng)迫到第一子層中。
[0015]在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式中，當(dāng)施加第一子層時(shí)，工作臺(tái)處于距離構(gòu)造腔室的頂部第一距離的第一位置，當(dāng)施加第二子層時(shí)，工作臺(tái)處于距離構(gòu)造腔室的頂部第二距離的第二位置，其中第一距離小于第二距離。在至少本實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)诙訉訉⒈惶峁┑降谝蛔訉拥捻敳可蠒r(shí)，工作臺(tái)被降低到第二位置。在與施加第一子層和第二子層期間工作臺(tái)處于相同位置相比，這將產(chǎn)生更厚的第二子層。
[0016]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，工作臺(tái)被提供到使粉末層的厚度的一部分處于構(gòu)造腔室的頂部上方的第三位置，并且粉末層的厚度的一部分在熔合步驟之前被移除。在至少本實(shí)施方式中，工作臺(tái)上的粉末層的厚度的一部分在開(kāi)始熔合粉末層之前被移除。這可進(jìn)一步增加剩余粉末層中的顆粒密度。
[0017]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，工作臺(tái)的第三位置位于工作臺(tái)的第一位置與第二位置之間。這意味著，第二子層的厚度的一部分在開(kāi)始熔合剩余粉末層之前被移除。剩余粉末層包括第一子層的原始厚度和比第一次施加的第二子層薄的厚度。工作臺(tái)上的第二子層的厚度的一部分的移除可使剩余粉末層中的顆粒致密。
[0018]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，可封閉腔室為真空腔室。在真空腔室內(nèi)制造三維物品的所提供的優(yōu)點(diǎn)在于，提供干凈的環(huán)境，即，沒(méi)有可影響精細(xì)顆粒的外部顆粒。
[0019]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，高能束源為電子束或激光束。
[0020]在本發(fā)明的又另一示例性實(shí)施方式中，第一粉末分配器被提供為提供第一子層，并且第二粉末分配器被提供為提供第二子層。不同的粉末分配器可具有不同的形狀。第一顆粒尺寸分布可需要第一粉末分配器，并且第二顆粒尺寸分布可需要第二粉末分配器，以盡可能緊實(shí)地施加子層。
[0021 ]在又另一示例性實(shí)施方式中，第一粉末分配器和第二粉末分配器為兩個(gè)物理分離的粉末分配器。在另一不例性實(shí)施方式中，第一粉末分配器和第二粉末分配器為適用于改變幾何形狀的單個(gè)粉末分配器。
[0022]在又另一示例性實(shí)施方式中，
[0023]粉末的移除使用與用于提供第一子層和/或第二子層的粉末分配器不同的粉末分配器來(lái)進(jìn)行。為了將耙掉第一粉末層的薄的部分，可使用與用于施加第一子層和/或第二子層的粉末分配器不同的粉末分配器。這是因?yàn)榭赡苄枰勰┓峙淦鞯牧硪环N形狀和/或位置以最大化剩余粉末層的緊實(shí)性。
[0024]在示例性實(shí)施方式中，用于粉末的移除的粉末分配器為與第一粉末分配器和第二粉末分配器物理分離的粉末分配器。在本實(shí)施方式中，分離的粉末分配器在熔合之前用于從第一粉末層耙掉薄的粉末層。在另一實(shí)施方式中，用于粉末的移除的粉末分配器提供在與第一粉末分配器和第二粉末分配器相同的粉末分配器上。
[0025]在本發(fā)明的另一方面中，提供了用于通過(guò)對(duì)提供到構(gòu)造腔室中的工作臺(tái)上的粉末床的至少一層的部分進(jìn)行連續(xù)熔合來(lái)形成三維物品的方法，其中粉末床的至少一層的部分對(duì)應(yīng)于三維物品的連續(xù)橫截面。該方法包括以下步驟:提供至少一第一粉末槽;將工作臺(tái)定位在距離構(gòu)造腔室的頂部第一距離的第一位置;將具有第一厚度的第一粉末層分配到工作臺(tái)上;將工作臺(tái)定位在距離構(gòu)造腔室的頂部第二距離的第二位置，其中第二距離小于第一距離，并且其中粉末層的第一厚度的一部分處于構(gòu)造腔室的頂部上方;移除工作臺(tái)上的粉末層的第一厚度的一部分以產(chǎn)生具有第二厚度的第一粉末層，其中第二厚度小于第一厚度；以及使用來(lái)自高能束源的高能束熔合具有第二厚度的第一層以形成三維物品的第一橫截面。
[0026]通過(guò)第一次施加非常厚的粉末層并隨后移除粉末層的厚度的一部分，可增加粉末層中的顆粒的緊實(shí)性。
[0027]在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方式中，該方法還包括以下步驟:將具有第一顆粒尺寸分布的第一類(lèi)型的粉末提供到第一粉末槽中；提供第二粉末槽;將具有不同于第一顆粒尺寸分布的第二顆粒尺寸分布的第二類(lèi)型的粉末提供到第二粉末槽中，其中第二顆粒尺寸分布中的最小顆粒尺寸比第一顆粒尺寸分布中的最小顆粒尺寸小;將第一類(lèi)型的粉末的第一子層分配到工作臺(tái)上;將第二類(lèi)型的粉末的第二子層分配到第一子層的頂部上，其中第一子層和第二子層形成粉末床的第一層；以及使用來(lái)自高能束源的高能束同時(shí)熔合第一子層和第二子層以形成三維物品的第一橫截面。
[0028]在至少本實(shí)施方式中，第一粉末層包括在兩個(gè)不同的步驟中施加到工作臺(tái)上的第一子層和第二子層。將不同的子層施加到彼此頂部上并且稍后耙掉第一粉末層的厚度的一部分的結(jié)合可改善粉末層中的顆粒的緊實(shí)性。
[0029]在又另一示例性實(shí)施方式中，第二子層在移除了工作臺(tái)上的第一子層的厚度的一部分之后被提供。在至少本實(shí)施方式中，第一子層被第一次施加成第一厚度。在隨后的步驟中，第一子層的厚度的一部分在第二子層被施加到第一子層的頂部上之前被移除。這可具有如下非限制性?xún)?yōu)點(diǎn)，即，第一子層可在將第二子層施加到第一子層的頂部上之前盡可能得被緊實(shí)。
[0030]在又另一示例性實(shí)施方式中，工作臺(tái)上的第二子層的厚度的一部分在同時(shí)熔合第一子層和第二子層之前被移除。在本實(shí)施方式中，