[发明专利]用于粉末床熔融合系统的原位热处理

说明书

提供了一种用于PBF系统的原位热处理的设备。用于基于PBF的3‑D打印机的设备可以包括用于加热气体的加热元件，其中已加热气体经由3‑D打印机的至少一个端口输送，以在打印期间在构建件上进行热处理。用于基于PBF的3‑D打印机的设备可以包括用于改变气体的温度的温度调节元件、用于将气体输送到多个端口的至少一个通道、以及用于确定气体温度和经由多个端口中的不同端口施加气体的持续时间的控制器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月21日提交的标题为“IN-SITU THERMAL TREATMENT FORPBF SYSTEMS”的美国临时申请No.62/784,282和2019年12月19日提交的标题为“IN SITUTHERMAL TREATMENT FOR PBF SYSTEMS”的美国专利申请No.16/721,797的权益，它们的全部内容通过引用明确结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及粉末床熔融合(PBF)系统，并且更具体地涉及用于PBF系统的原位热处理。

背景技术

PBF系统可以生产具有复杂几何形状(包括一些用传统制造工艺难以或不可能创建的形状)的结构(称为构建件)。PBF系统逐层地(即逐片地)创建构建件。每个片都可以通过这样的过程来形成，即沉积一层粉末并施加能量束以熔化粉末层中的与构建件在该层中的横截面相一致的区域。熔化的粉末冷却并融合以形成构建件的片。可以重复该过程以形成构建件的下一个片，以此类推，直到构建件完成。因为每一层都沉积在前一层的顶部上，所以把PBF想象成从基底向上逐片地形成构件是很有用的。

PBF系统的长期挑战在于，由于沉积所述层的粉末床中的高温度梯度，在构建件中可能会出现残余的开裂或变形。实践者经常实施额外的后处理热处理步骤来改善这些温度梯度的不利影响。这些步骤通常会略微有些成功，但是带来了更长的总体构建时间。

发明内容

下文将更全面地描述用于PBF系统的原位热处理的设备和方法的几个方面。

在各个方面，用于基于PBF的三维(3-D)打印机的热处理设备可以包括用于加热气体的加热元件，其中已加热气体经由3-D打印机的至少一个端口输送，该端口被定位成在打印期间在构建件上进行热处理。

在各个方面，用于在基于PBF的3-D打印机中进行热处理的方法可以包括加热气体，并且经由3-D打印机的布置在构建件附近的至少一个端口输送已加热气体，以在打印期间在构建件上进行热处理。

在各个方面，用于基于PBF的3-D打印机的热处理设备可以包括温度调节元件，其用于改变气体的温度；至少一个通道，其用于将气体输送到分布在构建件的不同的竖直区域的多个端口；以及控制器，其用于确定气体温度和经由多个端口中的不同端口施加气体的持续时间，其中，温度调节元件被引导以在3-D打印期间，以不同的确定的气体温度和不同的施加持续时间，可变地将气体输送到多个端口中的不同端口，从而稳定构建件的热特性。

从下面的详细描述中，其他方面对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中仅通过说明的方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将认识到的，本文的概念能够用于其他和不同的实施例，并且几个细节能够在各种其他方面进行改变，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和详细描述在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。

附图说明

在附图中，用于PBF系统的原位热处理的设备和方法的各个方面现在将通过示例而非限制的方式呈现在详细描述中，其中：

图1A-D示出了在不同操作阶段期间的示例PBF系统。

图2示出了示例性的能量束源和偏转器系统。

图3A-B示出了在沉积粉末层之前和之后的示例性粉末床的透视图。

图4示出了结合基于PBF的打印机一起工作的示例性热处理设备系统。