[发明专利]增材制造系统和方法

说明书

本发明涉及增材制造系统和方法。增材制造系统(100)和方法包括：粉末床(110、136)；增材制造头(116)，其被配置为将第一能量(151、154)发射到粉末床(110、136)中以形成部件(114)的至少一个层(128、130)；零件暴露机构(112)，其被配置为操作使得部件(114)在粉末床(110，136)内在第一时间处于第一位置以及在第二时间处于第二位置，在所述第二位置部件(114)的一部分(132)暴露于粉末床(110、136)的外部；和表面平滑头(120)，其被配置为在第二位置中将第二能量(151、154)发射到部件(114)的部分(132)上，以使部件(114)的部分(132)平滑。

技术领域

本公开的示例一般涉及增材制造系统和方法，且更具体地，涉及平滑粉末床熔融(smoothing powder bed fusion)增材制造的部件的系统和方法。

背景技术

增材制造系统和方法用于通过多层材料制造部件(例如零件或产品)。例如，已知的增材制造系统和方法通过逐层添加材料而形成部件。增材制造系统和方法可以包括或以其他方式使用三维(3D)建模(例如，计算机辅助设计或CAD)软件、计算机控制的增材制造设备和粉末或液体形式的原材料。

增材制造包含各种各样的工艺并且结合各种各样的技术，诸如例如激光自由成型制造(laser freeform manufacturing，LFM)、激光沉积(laser deposition，LD)、直接金属沉积(direct metal deposition，DMD)、激光金属沉积、激光增材制造、激光工程净成形(laser engineered net shaping，LENS)、立体光刻(stereolithography，SLA)、选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)、熔融沉积建模(fused deposition modeling，FDM)、多喷射建模(multi jet modeling，MJM)、3D打印、快速原型开发、直接数字制造、分层制造和增材制造。此外，各种原材料可用于增材制造以产生产品。这种材料的示例包括塑料、金属、混凝土和玻璃。

增材制造系统的一个示例是激光增材制造系统。激光增材制造包括在受控的大气条件下将粉末或液体喷洒或以其它方式喷射到高功率激光的聚焦光束或多个高功率激光器的关联部(nexus)中，从而形成熔池。然后，所得沉积物可用于构建或修复用于各种各样的应用的制品。喷射到高功率激光束中的粉末可以包括各种各样的材料，例如金属、塑料和/或类似物。

通过增材制造形成的制品可能需要表面处理以提供更理想的产品。表面处理的一个示例包括平滑或以其他方式减少产品表面的粗糙度。由已知的增材制造系统和方法生产的表面可能具有粗糙的表面光洁度，例如，约600-1000微英寸R_a的数量级。这种粗糙表面可能具有若干不良影响。例如，由于通常与高表面粗糙度相关联的应力上升，具有粗糙表面光洁度的部件在循环加载环境中具有有限的应用。此外，粗糙的表面可能会妨碍使用节省成本的非破坏性检查系统，因为粗糙的表面处理在这种系统中产生高水平的噪音。当用于具有相对平滑表面的零件时，非破坏性检查方法被广泛认为是用于识别这些零件中的结构缺陷的成本有效且准确的工具。

为了改善用增材制造设备制造的部件的表面光洁度，通常使用传统的表面精加工设备和技术在加工位置处进行单独的后处理步骤。然而，由于某些零件的复杂性，表面的后处理可能是麻烦的、昂贵的且耗时的。另外，传统的后处理表面精加工方法对于降低一些复杂零件的内表面的表面粗糙度可能是无效的，从而导致产品具有不太理想的性能。

某些增材制造方法包括形成具有材料的粉末床的部件，所述材料例如金属、塑料和/或类似物。通常，部件在粉末床内形成。因此，不能使用某些已知的平滑系统和方法，因为粉末床的周围材料阻挡了表面处理装置的操作区。也就是说，平滑激光器不能将能量发射到待平滑的部分上，因为部件的一部分被粉末床嵌入或以其他方式覆盖。

发明内容