用于加成制造的粉末預(yù)處理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的加成制造的粉末預(yù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自由成形制造(freeform fabricat1n)或加成制造(additive manufacturing)是用于通過施加到工作臺的粉末層的所選部分的連續(xù)融合來形成三維物品的方法。
[0003]加成制造設(shè)備可包括工作臺，在該工作臺上所述三維物品形成；粉末分配器，其設(shè)置成向下放置在用于粉末床形成的工作臺上的粉末薄層；能量束，用于向粉末傳遞能量，從而粉末融合發(fā)生；元件，其用于通過在所述粉末床上方的能量束釋放的能量控制，用于通過所述粉末床的一部分的融合的所述三維物品的橫截面的形成；以及控制計算機(jī)，其中信息關(guān)于三維物品的連續(xù)橫截面來存儲。三維物品通過由粉末分配器向下連續(xù)放置的橫跨粉末層的橫截面所連續(xù)形成的連續(xù)融合來形成。
[0004]在加成制造中，重要的是粉末分布的控制?？扇〉氖窃陬A(yù)定區(qū)域上方分布預(yù)定義量的粉末。這要求用于從粉末儲存室反復(fù)去除預(yù)定量粉末到粉末分配器裝置的良好定義方法和設(shè)備?？赡艹霈F(xiàn)的一個問題是粉末可具有或多或少的內(nèi)置水分。所述水分可影響粉末的流動性，這進(jìn)而可影響在工作臺上施加的粉末層的光滑度和厚度。在用于加成制造的粉末材料中的水分可同樣以不希望的方式影響最終3維產(chǎn)品的材料性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供在開始加成制造工藝之前從粉末去除水分的方法。
[0006]上述目的通過在根據(jù)權(quán)利要求1的方法中的特征來實現(xiàn)。
[0007]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于從將在加成制造工藝中使用的粉末中去除水分的方法，用于通過在工作臺上提供的粉末床的至少一層的部分的連續(xù)融合來形成三維物品，該部分與三維物品的連續(xù)橫截面對應(yīng)。所述方法包括以下步驟:
[0008]a.提供至少第一粉末罐和至少第二粉末罐，
[0009]b.在所述第一粉末罐內(nèi)部的可移動臺上提供預(yù)定量的粉末，
[0010]c.將在所述第一粉末罐中的粉末的頂表面加熱到用于從所述粉末去除水分的預(yù)定溫度，
[0011]d.將所述可移動臺升高預(yù)定距離，
[0012]e.從所述第一粉末罐到所述第二粉末罐移動預(yù)定厚度的粉末材料。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于，水分可在使用加成制造工藝中的粉末之前被去除，消除在所述粉末中的水分可影響三維制品的材料性質(zhì)。另一個優(yōu)點在于，水分去除可在抽真空期間發(fā)生，這意味著總的制造時間可以不被延長。
[0014]在本發(fā)明的示例實施方式中，步驟c-e可重復(fù)直到預(yù)定量的粉末從第一粉末罐移動到所述第二粉末罐。
[0015]該實施方式的優(yōu)點在于，不超過比用于構(gòu)建預(yù)定三維物品所必須的預(yù)定量粉末被干燥，盡管第一粉末罐可包括超過所述預(yù)定量的粉末。
[0016]在另一個示例性實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括提供在可密閉室(其可以是真空室)內(nèi)部的所述第一粉末罐和第二粉末罐的步驟。
[0017]該實施方式的優(yōu)點在于不僅水分可從可影響三維物品的最終材料性質(zhì)的粉末材料中去除，而且環(huán)境可被控制，以使得構(gòu)建體和粉末罐周圍的整體環(huán)境大氣設(shè)定成以受控方式影響最終性質(zhì)。
[0018]在一個示例性實施方式中，進(jìn)行在所述第二粉末罐中的粉末的頂表面而不是在所述第一粉末罐中的粉末的頂表面的加熱。
[0019]該實施方式的優(yōu)點在于，相比于如果滿的粉末罐的頂表面被加熱，粉末可被快速加熱。這是因為來自滿的或部分滿的粉末罐中的粉末的水分可以污染干燥粉末。在干燥在所述第二粉末容器中少量粉末的情況下，只要粉末被干燥則沒有污染進(jìn)行。
[0020]在本發(fā)明的一個示例性實施方式中，所述溫度小于其中水分開始與粉末材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。
[0021]所述實施方式的優(yōu)點在于，對于不同的材料，加熱功率可設(shè)定為不同，取決于與水分反應(yīng)的趨勢。
[0022]在另一個示例性實施方式中，所述溫度小于其中在所述粉末中的粉末顆粒開始燒結(jié)在一起的燒結(jié)溫度。
[0023]當(dāng)不存在粉末材料與水分的反應(yīng)趨勢時，溫度可被增加到低于燒結(jié)溫度的預(yù)定溫度，其可進(jìn)一步減少粉末水分去除時間。
[0024]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟:
[0025]g.將在所述第二粉末罐內(nèi)部的可移動臺升高預(yù)定距離，
[0026]h.從所述第二粉末罐到第三粉末罐移動預(yù)定量的粉末，
[0027]1.在所述第三粉末罐內(nèi)部的工作臺頂部分布所述粉末，
[0028]j.通過在預(yù)定位置中融合在所述工作臺上提供的粉末的所述層，形成所述三維物品的第一層，
[0029]k.將在所述第三粉末罐中的工作臺降低預(yù)定的距離，
[0030]1.重復(fù)步驟g-k直到二維物品完成。
[0031]在已經(jīng)完成預(yù)定量粉末的水分去除之后，3維物品可以開始用不包含水分的粉末生產(chǎn)。
[0032]在本發(fā)明的另一個示例實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括提供用于對粉末材料的頂表面加熱的補(bǔ)充加熱裝置的步驟。
[0033]所述實施方式的優(yōu)點在于，所述額外加熱裝置可單獨或與用于燒結(jié)/融化粉末以形成3維物品的裝置組合工作。這可進(jìn)一步降低從粉末材料去除水分的時間。
[0034]在本發(fā)明的另一個示例實施方式中，粉末材料的融合和用于去除水分的粉末材料的頂表面加熱通過相同的高能束源來進(jìn)行。
[0035]該實施方式的優(yōu)點在于，相比于當(dāng)所述能源用于燒結(jié)/融合時，能源可以其中功率被分布到更大面積中的模式設(shè)定。通過增加在粉末表面上的能量點面積，使得可以進(jìn)一步增加到能束的總功率，并且從而降低從粉末材料去除水分的時間。
[0036]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在制造所述三維物品的同時，進(jìn)行用于從粉末去除水分的所述加熱步驟的至少一部分的步驟。
[0037]該實施方式的優(yōu)點在于，三維物品的總制造時間可以減少。
[0038]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括提供用于對來自以上的粉末材料的頂表面加熱的補(bǔ)充加熱裝置的步驟。
[0039]該實施方式的優(yōu)點在于，三維物品的制造時間可進(jìn)一步減少，因為粉末加熱與用于產(chǎn)生在另一個粉末罐中的三維物品的粉末融合分開并且獨立。
[0040]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在用于加熱粉末材料的所述第二粉末罐中提供在所述可移動臺下方的補(bǔ)充加熱裝置的步驟。
[0041]該實施方式的優(yōu)點在于，來自下面的加熱可有助于頂表面的加熱，并且從而減少用于達(dá)到預(yù)定溫度所需的時間。
[0042]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括一旦在壓力下在所述真空室中建立就開始所述粉末材料的所述頂表面的所述加熱的步驟。
[0043]該實施方式的優(yōu)點在于，一旦真空泵已經(jīng)啟動，則從粉末床的頂表面層的加熱生成的水分可從真空室去除。在替代實施方式中，所述水分可通過合適的氣體(諸如氬氣、氦氣或氮氣)的流從密閉室輸送遠(yuǎn)離。
【附圖說明】
[0044]參考附圖，本發(fā)明將進(jìn)一步以非限制的方式在下面描述。相同的參考字符用以指示在整個附圖的幾個圖中的相應(yīng)類似部分:
[0045]圖1在示意圖中示出了用于產(chǎn)生根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三維產(chǎn)品的設(shè)備，
[0046]圖2-圖3在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一個實施方式，該裝置用于去除用于產(chǎn)生三維產(chǎn)品的設(shè)備內(nèi)部的水分，
[0047]圖4-圖5在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二個實施方式，該裝置用于去除用于產(chǎn)生三維產(chǎn)品的設(shè)備內(nèi)部的水分，
[0048]圖6在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三個實施方式，該裝置用于去除用于產(chǎn)生三維產(chǎn)品的設(shè)備內(nèi)部的水分，以及
[0049]圖7在示意圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第四個實施方式，該裝置用于去除用于產(chǎn)生三維產(chǎn)品的設(shè)備內(nèi)部的水分。
【具體實施方式】
[0050]為了便于本發(fā)明的理解，許多術(shù)語定義如下。本文所定義的術(shù)語具有通常由相關(guān)于本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的含義。術(shù)語如“一”、“一個”和“該”不旨在僅指單數(shù)實體，而是包括一般類別，其中具體的例子可用于說明。本文的術(shù)語用于描述本發(fā)明的【具體實施方式】，但它們的使用并不限定本發(fā)明，除非在權(quán)利要求中概述。
[0051]如本文所用的術(shù)語“三維結(jié)構(gòu)”等通常指意圖或?qū)嶋H上旨在用于特定目的的制造三維結(jié)構(gòu)(例如一種結(jié)構(gòu)材料或多種結(jié)構(gòu)材料)。這樣的結(jié)構(gòu)等可以例如借助于三維CAD系統(tǒng)設(shè)計。
[0052]如在各種實施方式中本文所用的術(shù)語“電子束”是指任何帶電粒子束。帶電粒子束的源可以包括電子槍、線性加速器等。
[0053]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的自由成形制造或加成制造設(shè)備21的實施方式。
[0054]所述設(shè)備21包括電子束槍6 ;偏轉(zhuǎn)線圈7 ;兩個粉末料斗4、14 ;構(gòu)建平臺2 ;構(gòu)建罐10 ;粉末分配器28 ;粉末床5 ;以及真空室20。
[0055]真空室20能夠借助于真空系統(tǒng)