[发明专利]通过增材制造法制造工件的方法和适合用于执行该方法的设备

说明书

本发明涉及一种用于借助基于粉末床的增材制造法制造工件的方法。在粉末床(12)中制造工件(11)，方式是借助滑块(13)将粉末床弄平至设定高度(14)。当障碍物(17)(例如飞溅物)阻碍借助滑块弄平粉末床时，所述滑块偏移至偏移位置中，其中，按照本发明通过跟随的刷子(23)去除残余粉末(30)。刷毛有利地准确地与障碍物(17)的轮廓适配，由此实现去除残余粉末。本发明还涉及一种用于增材式制造工件的设备，在所述设备中同时使用滑块和刷子弄平粉末床。

本发明涉及一种用于通过增材制造法制造工件的方法。在所述方法中逐层地制造粉末床，其中，分别处于制造过程中的层由滑块弄平，所述滑块以棱边在处于制造过程中的层的设定高度移动(或称为滑动)。当在粉末床中从设定高度突伸出障碍物时，将滑块的棱边抬升至高于所述障碍物的偏移高度并且在通过所述障碍物之后重新下降至设定高度。以此方式通过局部地固化粉末逐层地构造工件，方式是在借助滑块制造层之后例如使用激光射线将粉末熔化。其它的增材制造法、例如电子束熔化或者选择性激光烧结自然也能够作为可行的备选方法。

本发明还涉及一种用于通过增材制造法制造工件的设备，所述设备具有用于粉末层的容纳结构。为该粉末层设置滑块，所述滑块能够以棱边在粉末床中的待形成的层的设定高度移动。此外设置有偏移机构，所述偏移机构在存在障碍物时能够使棱边偏移至位于所述障碍物上方的偏移高度。

开篇所述类型的方法和设备例如由专利文献CN 2015 72919U已知。描述了一种滑块，所述滑块能够用于弄平基于粉末床的增材制造法的粉末床。该滑块移动经过粉末床的表面，其中，所述滑块可以由各个单独的支承在弹簧上的部段构成，所述部段在粉末床中存在障碍物的情况下升高并且由此防止过程中断。滑块的有关部段在障碍物后方又能够在弹性的支承结构的辅助下回到初始位置中。

在本申请的范围中，基于粉末机床的增材制造方法应当理解为，在制造期间将制造工件所用的材料增添入所述工件中。工件在此已经形成最终的外形或者至少近似地形成该外形。构造材料是粉末状的，其中，通过增材制造法在输入能量的情况下物理地固化用于制造工件的材料。

针对选择的增材制造法准备描述构件的数据(CAD模型)以便能够制造作为工件的构件。为了为制造设备生成指令而将所述数据转化为与制造方法适配的构件数据，由此能够在制造设备中进行用于逐步地制造构件的适宜的过程步骤。为此这样准备数据，即为构件的各个待形成的层(片层)提供几何数据，这也被称为切分。

作为增材制造法的示例可以列举出选择性激光烧结(英语Selective LaserSintering，缩写SLS)、选择性激光熔化(英语Selective Laser Melting，缩写SLM)和电子束熔化(英语Electrone Beam Melting，缩写EBM)。这些方法尤其适用于加工形式为粉末的能够用于制造结构构件的金属材料。

在SLM、SLS和EBM中逐层地在粉末床中制造构件。因此这些方法被称为基于粉末床的增材制造法。在粉末床中分别产生粉末层，接着通过能量源(激光或者电子束)在应当构成构件的区域中局部地熔化或者烧结所述粉末层。由此逐步地逐层制成构件并且能够在完成后从粉末床中取出所述构件。

SLS的特点在于，在该种方法中粉末颗粒未完全熔化。在SLS中在选择烧结温度时应当注意使所述烧结温度低于粉末颗粒的熔化温度。而在SLM和EBM中有意地使能量输入量高至使得粉末颗粒完全熔化。

在粉末床中进行增材制造时必须在粉末床上逐层地铺设粉末。在铺设粉末之后或者在铺设粉末时借助滑块使所述粉末构成具有平坦的表面的薄层。接着在之后应当构成构件的区域中例如借助激光射线局部地熔化粉末层。构造材料在熔化和接下来的凝固中可能产生如图1所示的缺陷或者形状偏差。作为缺陷可能有飞溅物、隆起、下沉或者棱边。所有这些缺陷的特点在于，凝固的材料的表面不是位于当前待制造的构件层的在结构上规定的表面上，而是位于其下方或者上方。尤其位于规定的平面上方的缺陷可能对后续的粉末层的铺设造成困难。如果所述缺陷也从后续的待形成的粉末层中突伸出来，则所述缺陷与用于将粉末层弄平的滑块碰撞。