[发明专利]用于优化增材制造部件中的粉末去除特征的装置和方法

说明书

公开了用于优化粉末孔去除的技术。在一个方面，用于插入粉末去除特征的装置可以识别哪些粉末去除特征对于给定的AM部件是最优的，以及这些特征的最优位置和物理特征。这些特征会被自动添加到部件中，并运行FEA测试。如果失败，则删除带来问题的特征并重复该过程。如果成功，则可以在AM之后的后处理步骤中去除松散粉末。

相关申请的交叉引用

本申请要求题为“APPARATUS AND METHODS FOR OPTIMIZATION OF POWDERREMOVAL FEATURES IN ADDITIVELY MANUFACTURED COMPONENTS”并且于2017年9月12日提交的的美国专利申请号15/702,543的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及用于增材制造的技术，并且更具体地说，涉及增材制造部件中的粉末去除技术。

背景技术

增材制造(AM)，通常称为三维(3D)打印，涉及使用存储的几何模型在“构建板”上累积分层材料，以生成具有由模型定义的特征的三维对象。AM技术能够使用各种各样的材料打印复杂部件。基于计算机辅助设计(CAD)模型，可以制作三维对象。

AM处理，如粉末床熔合(PBF)，使用激光或电子束熔化并熔合粉末状材料层的横截面。熔化使粉末颗粒在每一层的目标区域结合在一起，形成具有期望的几何形状的三维结构。不同的材料或材料组合，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷可用于PBF中以创建三维对象。

在增材制造结构物后，大量松散粉末会分散地残留并嵌入结构物内。为了解决该问题，设计者在CAD模型结构中手动指定孔。被放置在数据模型中的孔然后被物理地构建到AM结构中，并且被用于从AM处理后的结构中提取残余粉末。然而，这一过程是手动完成的，因此效率很低。此外，涉及至少部分猜测的手动孔放置过程可能不会产生最佳的粉末去除构造。例如，这种手动放置可能会导致在难以接近或结构的其他不希望的部分中无意地放置孔。一般而言，这一常规过程可能涉及到用手动孔放置对CAD模型进行初始修改，接下来，可以在CAD模型上进行结构完整性的有限元分析(“FEA”)测试，并且可能需要更改孔的初始手动放置以调节识别到的结构缺陷。此过程可能需要重复多次，并且随着要增材制造的部件类型数量的增加而变得越来越繁琐。

发明内容

下文将参照三维打印技术更全面地描述用于从AM部件中自动去除粉末的技术的几个方面。

在一个方面，一种用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的方法包括接收待增材制造的部件的模型，自动确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，并更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。

在另一方面中，一种用于从具有至少一个孔的增材制造的部件中除去粉末的方法包括接收所述部件的数据模型，基于所述数据模型增材制造所述部件，使用所述至少一个孔从增材制造的部件中去除存留的粉末，并且使用至少一种材料进行铺叠处理以密封所述至少一个孔。

在另一方面中，一种三维打印机包括：用于存储粉末的粉末床；配置成沉积粉末的连续层的沉积器；能量束；配置成应用能量束来熔合粉末的偏转器；配置成支撑构建件的构建板；以及处理系统，其被配置成接收待增材制造的部件的模型，确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔，并使用所更新的模型来控制能量束以三维打印构建件。

在再一方面，用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的装置被配置成确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，并且更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。