[发明专利]用于金属合金的激光器粉末床融合处理的激光器阵列

说明书

本发明涉及用于金属合金的激光器粉末床融合处理的激光器阵列。通过使用第一热源向粉末床中的第一多个金属颗粒施加热量来增材制造物体的系统和方法，其中第一热源是被构造成阵列的多个热源中的一个，并且第一热源产生第一熔池。使用所述阵列中的所述多个热源中的第二热源同时向所述粉末床中的第二多个金属颗粒施加热量以产生第二熔池。第一多个金属颗粒与第二多个金属颗粒分开一段距离，其中控制该距离和来自每个热源的热量的量以产生尺寸更大且包围第一熔池和第二熔池的组合熔池。允许组合熔池固化以形成物体。

技术领域

本申请涉及用于金属合金的激光器粉末床融合处理的激光器阵列。

背景技术

近年来，已经开发了能够相对容易地生产具有复杂形状的三维(3D)成形的物体的用于增材制造的各种方法。增材制造的一个示例是允许层压层之间的高成形精度和高结合强度的粉末床融合。这样，粉末床融合方法不仅可以用于制造用于确认最终产品的形状或性能的原型，而且可以用于制造最终产品。

在粉末床融合中，通过在厚度方向上精细分割三维成形的物体来限定成形的物体层，这通常被称为分层或切片。为了开始构建，将包含颗粒的粉末材料(包括树脂材料或金属材料)平坦地摊开以形成薄层，用激光器照射薄层上的期望位置，并且选择性地烧结或熔化包含粉末材料的颗粒以使其彼此结合(下文中通过烧结或熔化所进行的颗粒的结合简称为“融合”)以形成限定层中的一个。根据层的限定，粉末材料进一步在由此形成的层上摊开，并用激光器照射以选择性地融合包含在粉末材料中的颗粒，从而形成下一个成形的物体层。通过重复该过程并层压成形的物体层，具有期望形状的三维成形的物体被制造。

在粉末床融合(L-PBF)中激光器的控制导致使用传统的单个激光光斑功率递送产生的熔池的挥发性质。单个激光光斑方法的其它固有缺点是穿孔、由于固化的熔池几何形状而导致的层之间的融合不足、产生飞溅和烟雾等。因此，在该传统方法中，在小尺寸的光斑中的高线性能量密度的集中导致被施加到粉末层上的过度能量集中，从而引起导致缺陷的挥发熔池。最常见的缺陷是穿孔，其中传导熔化模式改变成其中熔化金属蒸发并在构造内产生孔隙的状况，从而允许能量渗透到比传导模式中深得多的深度，由此在快速固化期间捕获所产生的孔隙。当熔池没有充分地与先前的层或线重叠时，也会发生融合缺陷，从而导致未熔化区域。经由单个光斑的高度集中的能量还导致在快速熔化和快速固化期间产生热梯度，从而在制造的部件中引起残余应力。这些应力在加工期间或之后可导致畸变甚至裂纹。

需要执行挥发性较小的粉末床融合并且使部件的制造更可控且更可靠。

发明内容

一些实现方式包括用于增材制造物体的方法。该方法包括使用第一热源向粉末床中的第一多个金属颗粒施加热量，其中，第一热源是被构造成阵列的多个热源中的一个，并且第一热源产生第一熔池。该方法还包括使用阵列中的多个热源中的第二热源同时向粉末床中的第二多个金属颗粒施加热量以产生第二熔池。第一多个金属颗粒与第二多个金属颗粒分开一段距离，其中，控制该距离和来自每个热源的热量以产生尺寸更大且包围(encompass)第一熔池和第二熔池的组合熔池。该方法还包括允许组合熔池固化以形成物体。

一些实现方式包括增材制造系统，所述增材制造系统包括被构造成接纳金属颗粒的涂层的粉末床和至少包括第一热源和第二热源的热源阵列。第一热源被构造成向涂层中的第一多个相邻金属颗粒施加热量以产生第一熔池，并且第二热源被构造成向涂层中的第二多个相邻金属颗粒施加热量以产生第二熔池。第一多个相邻金属颗粒与第二多个相邻金属颗粒分开一段距离。控制该距离和来自每个所述热源的热量的量以产生尺寸更大且包围第一熔池和第二熔池的组合熔池。