用于激光燒結(jié)系統(tǒng)的改進的粉末分配的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明設(shè)及激光燒結(jié)系統(tǒng)，更特別地設(shè)及用于提高部件質(zhì)量并減少丟棄已使用過 但未燒結(jié)的粉末的激光燒結(jié)系統(tǒng)設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 激光燒結(jié)是根據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)制造 Ξ維物體的加法制造的一種形式。如本領(lǐng)域中已知 的，激光燒結(jié)用激光加熱粉末層，典型地為聚合物或金屬粉末，W使粉末顆粒W預(yù)定圖案彼 此烙合從而限定正被制造的物體的橫截面層。運種技術(shù)在美國專利第4,863,538、5，155， 321、5,252,264、5,352,405、6,815,636、7,569，174^及 7,807,947中公開，其掲露內(nèi)容通 過引用全部并入本文中。
[0004] 伴隨激光燒結(jié)的一個問題是在構(gòu)建過程中激光衰減，由此在圖像平面(可燒結(jié)粉 末暴露于激光束的表面)處的激光功率發(fā)生變化(典型地為減?。?。運種激光功率變化可歸 因于很多問題，并可導(dǎo)致部件從底部到頂部(沿著Z軸)為不同顏色、或者沿著Z軸具有不同 機械性能。
[000引伴隨激光燒結(jié)、特別是被加熱到接近烙點溫度的聚合物的激光燒結(jié)所伴隨的另一 問題是，未烙融的可燒結(jié)粉末在粉末產(chǎn)生具有非期望質(zhì)量(例如表面上的"枯皮現(xiàn)象"）、著 色或降低的機械性能的部件之前，僅可被再利用一定次數(shù)。結(jié)果就是，激光燒結(jié)機器的操作 者必須丟棄一定數(shù)量的已使用過的激光燒結(jié)粉末W保持部件質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的多種實施方式解決上述需求，并實現(xiàn)提高部件質(zhì)量并減少丟棄可燒結(jié)粉 末的需要的其它優(yōu)點。本發(fā)明的一個實施方式包括用于施加粉末層的方法，W減小可導(dǎo)致 降低部件強度或精度并提高層內(nèi)粉末密度的表面結(jié)構(gòu)的可能性。特定實施方式使用"兩次 通過（two pass)"途徑（也稱作"雙APL"(APL = A卵ly Powder Layer,譯為APL =施加粉末 層）)"，從而通過與傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù))施加粉末層相似地在第一次通過時分配粉末層來鋪設(shè) 單個粉末層(借助于反向旋轉(zhuǎn)的漉子或其它粉末分配裝置），但然后與現(xiàn)有技術(shù)不同，將漉 子W分配余留粉末來填充間隙并使粉末層表面弄平的第二次通過移動回來。為了分配來自 第一次通過的余留粉末，將返回粉末裝置(例如活塞)設(shè)置在部件床(part bed)(對粉末進 行激光燒結(jié)的區(qū)域）的與進料斗沉積粉末之處相對置的側(cè)部上。返回粉末裝置降低W容許 余留粉末通過漉子下方，并在漉子通過后抬升，使得漉子可分配余留粉末。將在第二次通過 之后剩余的任何余留粉末沉積進位于部件床側(cè)部上的粉末返回槽。通過使用雙次通過技 術(shù)，粉末層改善了均勻性并具有更好致密性W用于更精確激光燒結(jié)。
[0007] 本發(fā)明的其它實施方式包括激光功率測量裝置，所述激光功率測量裝置能夠測量 構(gòu)建室內(nèi)的激光功率。典型的激光燒結(jié)系統(tǒng)不包括激光功率測量裝置(測量只是由維護人 員在維護期間完成），或者在激光束進入構(gòu)建室之前測量激光功率。激光燒結(jié)系統(tǒng)的構(gòu)建室 典型地非常熱，并且包括可負(fù)面影響表面的煙塵。本發(fā)明提供位于構(gòu)建室內(nèi)的激光功率測 量裝置W確定輸送到粉末層的激光功率，W調(diào)整或控制掃描速度和/或其它參數(shù)，從而確保 輸送到可燒結(jié)粉末的功率一致，W避免部件質(zhì)量或精度降低或發(fā)生其它變化。在一些實施 方式中，激光功率測量裝置定位在激光窗下方(典型地位于構(gòu)建室的激光進入構(gòu)建室所穿 過的頂板上），但位于加熱可燒結(jié)粉末(主要通過福射)的加熱器上方，使得該裝置不阻擋輸 送到粉末的熱和/或變得過熱。通過盡可能地使激光功率測量裝置移離激光束集中的圖像 平面，激光不怎么集中，因而感測裝置能較好地經(jīng)受得住激光而不會受到激光負(fù)面影響。在 一些實施方式中，激光功率測量裝置包括可移動鏡件，所述可移動鏡件從激光掃描區(qū)域之 外的位置延伸進可將激光引導(dǎo)至鏡件從而將激光引導(dǎo)至感測裝置的位置。一旦測量完，鏡 件可縮回離開激光路徑。在一些實施方式中，在施加新粉末層期間進行激光功率測量，使得 用于部件的構(gòu)建時間不增加。在其它實施方式中，激光功率測量裝置是位于可移動(例如可 轉(zhuǎn)動的）臂上的傳感器，所述傳感器可選擇性地定位W使激光直接投射到所述傳感器上。
[0008] 本發(fā)明的另外的其它實施方式包括滑道裝置，W在產(chǎn)生少量或不產(chǎn)生粉塵的情況 下使粉末沉積到漉子和部件床之間。特定實施方式的滑道裝置是位于進料斗下方的剛性狹 槽，所述剛性狹槽延伸至粉末沉積的表面附近，W最小化粉末必須降落的距離，因此使產(chǎn)生 的粉塵量最小化。滑道裝置是可旋轉(zhuǎn)的，使得它不干設(shè)漉子的運動。滑道也定位為使得它不 阻擋激光束離開部件床。在一些實施方式中，滑道包括對待沉積的粉末預(yù)加熱的加熱器元 件。
[0009] 本發(fā)明的其它實施方式包括定位于靜止漉子位置(在激光掃描操作期間漉子停放 之處)下方或接近處的漉子加熱器，使得漉子表面可被加熱到期望溫度。漉子加熱器可替代 地包括滑道加熱器，所述滑道加熱器預(yù)加熱滑道內(nèi)的粉末，并且也加熱漉子表面。漉子可旋 轉(zhuǎn)，使得漉子加熱器均勻地加熱漉子表面W防止漉子表面上出現(xiàn)溫度梯度，漉子表面上的 溫度梯度可導(dǎo)致粉末不期望地粘附到漉子的一些但非全部的表面上，運就導(dǎo)致粉末懸掛在 漉子后面，而運進一步造成非均勻粉末表面，上述非均勻粉末表面最終導(dǎo)致最終部件的粗 糖表面或其它缺陷。
[0010] 本發(fā)明的又另外的實施方式包括空氣洗涂器，所述空氣洗涂器清潔構(gòu)建室內(nèi)部的 空氣（主要包括氮氣）。通過洗涂器冷卻空氣，W有助于過濾器移除氣載污染物。再循環(huán)回構(gòu) 建室內(nèi)的洗涂器排出空氣排放進保持加熱器(其通過福射和對流加熱粉末)的加熱器支架， W(i)再加熱相對冷的再循環(huán)空氣，W及（ii)冷卻加熱器支架和加熱器，使得加熱器不過 熱。加熱器支架沿著面朝外的表面設(shè)有排放孔，使得空氣W不產(chǎn)生可負(fù)面影響激光燒結(jié)工 藝的顯著滿流或其它不期望氣流的方式，循環(huán)回所述室內(nèi)。因此，本發(fā)明的多種實施方式對 激光燒結(jié)系統(tǒng)和工藝提供顯著改進，運使得部件質(zhì)量提高且浪費材料減少。
【附圖說明】
[0011] 因此在概括描述了本發(fā)明后，現(xiàn)在將參照附圖，運些附圖不一定按比例繪出，而是 表示為例示性和非限制性的，其中： 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的激光燒結(jié)系統(tǒng)的立體圖； 圖2是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的側(cè)面截面圖； 圖3A是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的漉子、進料斗、滑道、漉子加熱器W及其它部分的放大側(cè) 面截面圖，其中滑道位于下部位置； 圖3B是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的漉子、進料斗、滑道、漉子加熱器W及其它部分的放大側(cè) 面截面圖，其中滑道位于上部位置； 圖4A是圖1的實施方式的進料斗和滑道的放大立體圖，其中滑道位于下部位置； 圖4B是圖1的實施方式的進料斗和滑道的放大立體圖，其中滑道位于上部位置； 圖5A是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的上部部分的側(cè)面截面圖，示出位于縮回位置的激光功率 測量裝置； 圖5B是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的上部部分的側(cè)面截面圖，示出位于延伸位置的激光功率 測量裝置； 圖6A-6C是本發(fā)明另一實施方式的激光功率測量裝置(位于延伸位置)的放大立體圖， 其中激光功率測量裝置的鏡件包括穿過激光窗（未示出）下方的密封開口突伸進構(gòu)建室內(nèi) 的伸縮管； 圖7A是圖1的激光燒結(jié)系統(tǒng)的洗涂器的放大立體圖，示出洗涂器的內(nèi)部通道和過濾器、 W及位于頂部上的止回閥和位于側(cè)面上的鼓風(fēng)機馬達；