[发明专利]高压涡轮的连续增材制造

说明书

提供了一种由增材制造来制造物体的方法。该方法包括将具有构建材料的给定层的构建平台降低到设在窗上的粉末。照射粉末来形成对应于给定层的后续层。该方法然后包括固化后续层，以及将构建平台和后续层升离窗。步骤重复，直到形成期望的物体。

技术领域

本公开内容大体上涉及一种增材制造设备，以及用于增材制造金属零件的方法。更具体而言，本公开内容涉及一种用于将待增材制造的物体重复地降低到半透明表面上的金属粉末中，且使用穿过半透明表面的光投射和/或聚焦能量束将金属熔化或固结成物体的层的设备及方法。

背景技术

相比于减材制造方法，增材制造过程大体上涉及一种或多种材料的累积，以制作净或近净形状(NNS)物体。尽管增材制造为工业标准用语(ASTM F2792)，但增材制造包含以多种名称已知的各种制造和原型设计技术，包括自由形态制造、3D打印、快速原型设计/加工等。增材制造技术能够由多种材料制造复杂的构件。大体上，独立的物体可由计算机辅助设计(CAD)模型制造。特定类型的增材制造过程使用能量束，例如，电子束或电磁照射，如，激光束，以烧结或熔化粉末材料，产生固态三维物体，其中粉末材料的颗粒连结在一起。不同材料系统，例如，工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷正在使用。激光烧结或熔化为用于功能原型和工具的快速制造的显著的增材制造过程。应用包括直接制造复杂工件、熔模铸造的图案、用于注射模制和拉模铸造的金属模具，以及用于砂模铸造的模具和型芯。在设计循环期间制造原型物体来加强构想的沟通和测试是增材制造过程的其它常见用途。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是用于表示通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体的常见行业用语。例如，美国专利第4863538号和美国专利第5460758号描述了常规的激光烧结技术。更准确地说，烧结伴有在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝结)粉末颗粒，而熔化伴有完全熔化粉末颗粒以形成固态均一质量。与激光烧结或激光熔化相关联的物理过程包括至粉末材料的热传递，以及然后烧结或熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化过程可应用于较宽范围的粉末材料，但生产路线的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率，以及层制造过程期间处理参数对微观结构演变的效果)还未良好理解。该制造方法伴随有使过程很复杂的多个模式的热、质量和动量传递和化学反应。

图1为示出用于直接金属激光烧结(“DMLS”)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统100的截面视图的示图。设备100通过使用由源120(例如，其可为用于产生激光束的激光器，或在电流流过其时发射电子的丝)生成的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)来以逐层方式构建物体(例如，零件122)。将由能量束熔化的粉末由贮器126供应，且使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地散布在粉末床112上，以将粉末保持在水平118，且将在粉末水平118上方延伸的多余粉末材料除去至废物容器128。在照射发射引导装置如振镜扫描仪132的控制下，能量束136烧结或熔化构建的物体的截面层。例如，振镜扫描仪132可包括多个可动反射镜或扫描透镜。激光扫描的速度是关键的可控制过程参数，影响激光功率施加到特定点多久。典型的激光扫描速度是每秒大约10到100毫米。构建平台114降低，且另一粉末层在粉末床和构建的物体上散布，随后粉末由激光器120连续熔化/烧结。例如，粉末层典型地在10到10微米。该过程重复，直到零件122完全由熔化/烧结的粉末材料构建。

激光器120可由包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可确定各层的扫描图案，且控制激光器120根据扫描图案来照射粉末材料。在零件122制造完成之后，各种后处理程序可应用于零件122。后处理程序包括例如由吹气或抽真空来除去多余粉末。其它后处理程序包括应力释放过程。此外，热和化学后处理程序可用于精整零件122。