[发明专利]用于使用激光器阵列制造部件的系统及方法

说明书

一种基于粉末床并通过移动激光器阵列跨越所述粉末床而制造的部件。所述激光器阵列包括多个激光装置。独立地控制所述多个激光装置中每一激光装置的功率输出。所述激光器阵列从所述多个激光装置中的多个所选激光装置发射多个能量束以在所述粉末床中产生熔体池。由所述多个所选激光装置产生非均一能量强度分布。所述非均一能量强度分布促进产生具有预定特性的熔体池。

技术领域

本文中公开的主题大体上涉及增材制造系统，且更具体地说涉及用于使用具有非均一能量强度分布的激光器阵列制造部件的方法和系统。

背景技术

至少一些增材制造系统涉及金属部件的形成，用以获得净形或近净形的部件。此方法能以改进的制造效率及降低的成本来用昂贵材料生产复杂部件。至少一些已知的增材制造系统，例如直接金属激光熔融系统，使用昂贵的大功率的激光装置和粉末材料，如粉末状金属来制造部件。在一些已知的增材制造系统中，部件质量可能由于过量的热和/或热的变化通过熔体池内的激光装置传递到金属粉末而降低，从而产生包括例如不同深度及大小的熔体池。

在一些已知的增材制造系统中，部件质量因为粉末状金属与部件周围的固态材料之间的传导热传递的变化而降低。因此，通过激光装置产生的熔体池可变得例如太深且太大，从而导致熔体池更深地渗透到粉末床中，从而将额外的粉末拉到熔体池中。增大的熔体池深度及大小通常可导致部件的表面光洁度较差。另外，在一些已知的增材制造系统中，部件的尺寸准确度及小特征分辨率可能因为表面下结构及金属粉末的导热性的可变性而导致的熔体池变化而降低。随着熔体池大小变化，印刷结构的准确度可能发生变化，尤其在特征的边缘处。

发明内容

一方面，一种基于粉末床制造部件的方法包括移动激光器阵列跨越粉末床。所述激光器阵列包括多个激光装置。所述方法还包括独立地控制所述多个激光装置中每一激光装置的功率输出。此外，所述方法包括从所述多个激光装置中的多个所选激光装置发射多个能量束以产生熔体池。另外，所述方法包括由所述多个所选激光装置产生非均一能量强度分布。所述非均一能量强度分布促进产生具有预定特性的熔体池。

另一方面，一种增材制造系统包括具有多个激光装置的激光器阵列，其中每一激光装置被配置成在粉末状材料层中产生熔体池。所述增材制造系统还包括被配置成移动激光器阵列跨越所述粉末状材料层的致动器系统。另外，所述增材制造系统包括被配置成产生控制信号以独立地控制每一激光装置的功率输出的控制器。所述控制器还将控制信号发射到每一激光装置以从多个所选激光装置发射多个能量束以产生熔体池。此外，所述控制器被配置成由所述多个所选激光装置产生非均一能量强度分布。所述非均一能量强度分布促进产生具有预定特性的熔体池。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中相同的标记表示相同的部分，在附图中：

图1为一种增材制造系统的示意图；

图2为供图1所示的增材制造系统的激光器阵列使用的连接光学件的示意图；

图3为俯视粉末床时图1所示的增材制造系统的示意图；

图4为一种用于操作图1中所示的增材制造系统的控制器的框图；

图5为用于图1中所示的增材制造系统的一种示范性激光器阵列的示意图；

图6为用于图1中所示的增材制造系统的另一种激光器阵列的示意图；

图7为用于图1中所示的增材制造系统的另一种激光器阵列的示意图；

图8为用于图5到7中所示的激光器阵列的光纤的构造的示意图；

图9为用于图5到7中所示的激光器阵列的光纤的阵列布置的示意图；

图10为用于图5到7中所示的激光器阵列的光纤的行偏移阵列布置的示意图；