BR112015029239B1

BR112015029239B1 - Método para formar um artigo tridimensional

Info

Publication number: BR112015029239B1
Application number: BR112015029239-9A
Authority: BR
Inventors: Ulric Ljungblad; Anders Snis
Original assignee: Arcam Ab
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2020-02-18
Also published as: US20140348691A1; CN105408039A; KR20160013101A; JP2016526098A; KR101748860B1; BR112015029239A2; RU2630096C2; RU2015150549A; JP6366695B2; US9415443B2; EP2999561B1; EP2999561A1; CN105408039B; WO2014187606A1

Abstract

resumo método e aparelho para fabricação aditiva um método para formar um artigo tridimensional através da fusão sucessiva de partes de um leito de pó, partes as quais correspondem a sucessivas seções transversais do artigo tridimensional, o referido método compreendendo as etapas de: fornecimento de um modelo do referido artigo tridimensional, fornecimento de uma primeira camada de pó sobre uma mesa de trabalho, direcionamento de um primeiro feixe de energia a partir de uma primeira fonte de feixe de energia sobre a referida mesa de trabalho provocando a fusão d referida primeira camada de pó em primeiros locais selecionados de acordo com o referido modelo, de modo a formar uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional, direcionamento de um segundo feixe de energia a partir de uma segunda fonte de feixe de energia sobre a referida mesa de trabalho provocando a fusão da referida primeira camada de pó em segundos locais selecionados de acordo com o referido modelo, de modo a formar a primeira seção transversal do referido artigo tridimensional, em que o referido primeiro e segundo locais da referida primeira camada de pó são, pelo menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros. 1/1

Description

“MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO TRIDIMENSIONAL”

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de artigos aditivos tridimensionais.

Antecedentes da Invenção [002] A fabricação de forma livre ou de fabricação aditiva é um método para formar artigos tridimensionais através de fusão sucessiva de partes escolhidas de camadas de pó aplicadas a uma mesa de trabalho. Um método e aparelho de acordo com esta técnica é divulgado no documento US 2009/0152771.

[003] Tal aparelho pode incluir uma mesa de trabalho sobre a qual o referido artigo tridimensional será formado, um dispensador de pó, arranjado para estabelecer uma fina camada de pó sobre a mesa de trabalho para a formação de um leito de pó, um canhão de raios para levar energia ao pó pelo qual ocorre fusão do pó, elementos para controle de energia desprendido pelo canhão de raios sobre o referido leito de pó para a formação de uma seção transversal do referido artigo tridimensional através da fusão de partes do referido leito de pó e um computador de controle, no qual informações sobre seções transversais consecutivas do artigo tridimensional são armazenadas. Um artigo tridimensional é formado através de fusões consecutivas de cortes transversais formadas consecutivamente de camadas de pó, sucessivamente coladas pelo distribuidor de pó.

[004] Assim, existe uma procura de técnicas de produção de aditivos que são capazes de construir artigos tridimensionais cada vez maiores. Aumentar o volume de construção também requer maior potência do feixe da fonte de potência do feixe e/ou de ângulos de deflexão elevados da fonte do feixe que pode levar a dificuldades de processamento, a fim de manter a qualidade do ponto de feixe igual ao longo de toda a área de construção.

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Descrição da Invenção [005] Um objetivo da invenção consiste em proporcionar métodos e aparelhos que permitem grandes volumes de construção de artigos tridimensionais produzidos por fabricação de forma livre ou fabricação aditiva sem sacrificar a qualidade do ponto do feixe de energia.

[006] Em uma primeira realização da invenção, é proporcionado um método para formar um artigo tridimensional através da sucessiva fusão de partes de um leito de pó, o que corresponde em partes a sucessivas seções transversais do artigo tridimensional. O referido método compreende as etapas de: fornecimento de um modelo do referido artigo tridimensional, fornecimento de uma primeira camada de pó sobre uma mesa de trabalho, direcionando um primeiro feixe de energia de uma primeira fonte de feixe de energia sobre a referida mesa de trabalho provocando a fusão da referida primeira camada de pó em primeiros locais selecionados de acordo com o referido artigo tridimensional, direcionamento de um segundo feixe de energia de uma segunda fonte de feixe de energia sobre a referida mesa de trabalho provocando a fusão da referida primeira camada de pó em segundos locais selecionados de acordo com o referido artigo tridimensional, em que o referido primeiro e segundo locais da referida primeira camada de pó são, pelo menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros em uma zona de sobreposição.

[007] Um exemplo de vantagem das várias realizações da presente invenção é que pequenos desvios no alinhamento do canhão de feixe pode não afetar a qualidade global do artigo tridimensional desde que os dois feixes sejam, pelo menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros. Outra vantagem da presente invenção pode ser que maiores ângulos de deflexão do feixe podem ser usados sem sacrificar o tamanho do ponto do feixe e a forma do feixe.

[008] Em um exemplo de realização da presente invenção, os

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3/23 referidos primeiro e segundo locais da referida primeira camada de pó, que estão pelo menos parcialmente sobrepostas entre si são simultaneamente fundidas pelo referido primeiro e segundo feixe de energia a partir das referidas primeira e segunda fonte de feixe de energia, respectivamente.

[009] Outra vantagem não limitativa desta realização é que ela relativamente poupa tempo, uma vez que ambos os feixes são usados ao mesmo tempo.

[010] Em ainda outo exemplo de realização da presente invenção, a referida primeira zona de sobreposição é simultaneamente fundida pelo referido primeiro e segundo feixe de energia da referida primeira e segunda fonte de feixe de energia, respectivamente.

[011] Ainda uma outra vantagem não limitativa desta realização é que o primeiro e segundo feixes estão presentes simultaneamente na zona de sobreposição, o que pode dar alguma flexibilidade adicional em matéria de transferência de calor, controle da dimensão e controle de micro estrutura na zona de sobreposição.

[012] Ainda em outro exemplo de realização da presente invenção, um ponto do referido primeiro feixe de energia é, pelo menos parcialmente, sobreposto com um ponto do referido segundo feixe de energia durante pelo menos uma ocasião da referida fusão dos referidos primeiro e segundo locais parcialmente sobrepostos.

[013] A permissão de sobreposição pelo menos parcial dos feixes de energia tem a vantagem de que a estratégia de fusão não tem restrições, como seria o caso se jamais fossem permitidos a sobrepor-se uns aos outros.

[014] Em outro exemplo de realização o referido ponto do referido primeiro feixe de energia e o referido ponto do referido segundo ponto de energia são, pelo menos parcialmente sobrepostos um ao outro sobre o referido leito de pó durante a deflexão dos referidos primeiro e segundo feixe de energia ao longo

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4/23 de um comprimento total (L) da referida zona de sobreposição.

[015] Uma vantagem deste exemplo de realização que é a micro estrutura pode ser controlada dentro da zona de sobreposição e mantida igual ou pelo menos muito semelhante à microestrutura fora da zona de sobreposição. Outra vantagem é que a sobreposição de um feixe ao outro pode ser prolongada e dependente da largura da zona de sobreposição, que elimina ou pelo menos reduz as imperfeições devido a alterações na posição do ponto de feixe no sistema.

[016] Ainda em outro exemplo de realização os referidos primeiro e segundo locais da referida primeira camada de pó que são pelo menos parcialmente sobrepostos entre si são primeiramente fundidos pelo referido primeiro feixe de energia a partir da referida primeira fonte de feixe de energia, e após ter finalizado a fusão pelo referido primeiro feixe de energia o referido segundo feixe de energia da referida segunda fonte de feixe de energia funde os primeiro e segundo locais, que estão pelo menos parcialmente sobrepostos entre si.

[017] Esta realização pode ser vantajosa nos casos em que um derretimento adicional de uma área específica pode reduzir os defeitos de imperfeições no pó. Também pode ser vantajoso se houver o desejo de alterar a microestrutura na zona de sobreposição em relação à zona de não sobreposição.

[018] Ainda em outro exemplo da realização da presente invenção, a soma da potência do primeiro e segundo feixes na referida sobreposição é mantida a um valor predeterminado, que pode variar de ser constante ao longo do comprimento (L) da zona de sobreposição.

[019] Esta realização tem a vantagem de fazer com que o processo de derretimento no interior e no exterior da zona de sobreposição seja tão semelhante quanto possível.

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5/23 [020] Ainda em outro exemplo da realização o referido valor constante pode ser igual à potência de fusão do primeiro e/ou segundo feixe fora da referida sobreposição.

[021] Ainda em outro exemplo de realização, a potência do referido primeiro feixe varia linearmente de 100% a 0% a partir de uma primeira extremidade da referida zona de sobreposição e que termina em uma segunda extremidade da referida zona de sobreposição, variando simultaneamente a potência do referido segundo feixe linearmente de 0% a 100% a partir da primeira extremidade da referida zona de sobreposição e terminando na segunda extremidade da referida zona de sobreposição.

[022] A vantagem desta realização é que a transição de um feixe para outro pode ser feita muito suavemente.

[023] Um outro exemplo de realização pode compreender ainda as etapas de proporcionar uma segunda camada de pó na parte superior da referida primeira camada de pó parcialmente fundida, dirigindo o primeiro feixe de energia da primeira fonte de energia do feixe sobre a referida mesa de trabalho fazendo com que a referida segunda camada de pó sofra fusão em um terceiro locais selecionados de acordo com o referido modelo para formar uma primeira parte de uma segunda seção transversal do referido artigo tridimensional, e direcionamento do segundo feixe de energia a partir da segunda fonte de energia do feixe sobre a referida mesa de trabalho fazendo com que a referida segunda camada de pó sofra fusão em um quarto local de acordo com o referido modelo para formar uma segunda parte da segunda seção transversal do referido artigo tridimensional, os referidos terceiro e quarto locais selecionados da segunda camada de pó são pelo menos parcialmente sobrepostos entre si, onde os terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos são deslocadas lateralmente.

[024] Uma vantagem não limitativa desta realização é que

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6/23 qualquer dissemelhança na zona de sobreposição em relação à zona de não sobreposição não é aumentada diretamente uma vez que a zona de sobreposição é deslocada em posição a partir de uma camada para outra.

[025] Ainda em outro exemplo da presente invenção, a largura da região de sobreposição é igual na primeira e segunda camada.

[026] Em ainda outro exemplo de realização, a distância deslocada lateralmente dos referidos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos é escolhida para um valor resultante em uma não sobreposição dos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos e os primeiro e segundo locais pelo menos parcialmente sobrepostos.

[027] Uma vantagem desta realização é que qualquer defeito na região de sobreposição de uma primeira camada não está presente na parte superior de quaisquer defeitos em uma zona de sobreposição em uma camada adjacente.

[028] Ainda em outro exemplo de realização, a distância deslocada lateralmente dos referidos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos é escolhida para um valor resultante em uma sobreposição dos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos e os primeiro e segundo locais pelo menos parcialmente sobrepostos.

[029] Um exemplo de vantagem desta realização, é que a zona de sobreposição está a afetando uma área restrita da parte tridimensional.

[030] Ainda em outro exemplo de realização, o primeiro feixe de energia e o segundo feixe de energia podem ser feixes de laser ou feixes de elétrons. Ainda em outro exemplo da realização, o primeiro feixe de energia pode ser um feixe de laser e o segundo feixe de energia pode ser um feixe de elétrons.

[031] Uma vantagem não limitativa desta realização é que diferentes fontes de feixes de energia podem ser utilizadas para derreter e/ou aquecer a mesma área de uma camada particular do artigo tridimensional. O

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7/23 laser pode ser mais adequado para o aquecimento e o feixe de elétrons mais adequado para o derretimento, por exemplo.

[032] Ainda em outro exemplo de realização, a distância deslocada lateralmente dos referidos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos é randômica dentro de uma faixa predeterminada.

[033] Uma vantagem deste exemplo de realização é que qualquer defeito repetido pode ser eliminado devido à randomização.

[034] Em outra realização da presente invenção é fornecido um dispositivo para formação de um artigo tridimensional através de sucessivas fusões de partes de um leito de pó, tais partes correspondendo a sucessivas seções transversais do artigo tridimensional, tal aparelho compreendendo um modelo de computador do referido artigo tridimensional, uma primeira fonte de feixe de energia fornecendo um primeiro feixe de energia sobre a referida mesa de trabalho fazendo com que a referida primeira camada de pó sofra fusão no primeiro local selecionado de acordo com o referido modelo para formar uma primeira parte de uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional, uma segunda fonte de feixe de energia fornecendo um segundo feixe de energia sobre a mesa de trabalho fazendo com que a primeira camada de pó sofra fusão no segundo local selecionado de acordo com o referido modelo para formar uma segunda parte de uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional, uma unidade de controle para controlar uma sobreposição do referido primeiro local selecionado e referido segundo local selecionado e uma potência do referido primeiro e segundo feixe de energia na referida sobreposição.

[035] Com tal aparelho, grandes artigos com qualidade controlada pode ser produzido.

Breve Descrição dos Desenhos [036] Diversas realizações da invenção serão adicionalmente

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8/23 descritas a seguir, de um modo não limitativo com referência as figuras anexas. Os mesmos caracteres de referência são utilizados para indicar partes correspondentes semelhantes em todas as diversas figuras:

[037] A Figura 1A mostra uma vista superior de uma primeira camada de pó fundido;

[038] A Figura 1B ilustra um primeiro exemplo de realização de potência versus diagrama de posição para os primeiro e segundo feixes;

[039] A Figura 1C representa um segundo exemplo de realização da potência versus diagrama de posição para o primeiro e segundo feixe;

[040] A Figura 2 representa uma vista superior de um segundo exemplo de realização de acordo com a presente invenção de uma primeira e segunda camada de pó fundido;

[041] A Figura 3 representa um aparelho de acordo com uma realização da presente invenção;

[042] A Figura 4 representa uma vista superior de um outro exemplo de realização de acordo com a presente invenção de regiões de sobreposição;

[043] A Figura 5 representa um diagrama de fluxo do método de acordo com uma realização da presente invenção;

[044] As Figuras 6A-C representam uma imagem vista em perspectiva de um exemplo de realização da presente invenção com duas fontes de feixes e dois locais selecionados que são parcialmente sobrepostos uns aos outros; e [045] A Figura 7 representa esquematicamente uma vista superior de zonas de sobreposição de duas camadas adjacentes e sua posição em relação a outra.

Descrição de Realizações da Invenção [046] Para facilitar a compreensão das várias realizações da

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9/23 presente invenção, um número de termos é definido abaixo. Os termos definidos neste documento têm significados como geralmente compreendido por um técnico no assunto nas áreas relevantes para a presente invenção. Termos como um, uma e o não pretendem referir-se somente a uma entidade singular, mas incluem a classe geral a qual um exemplo específico pode ser utilizado para ilustração. A terminologia é utilizada neste documento para descrever as realizações específicas da invenção, mas sua utilização não delimita a invenção, com exceção de como descrito nas reivindicações.

[047] O termo estruturas tridimensionais e semelhantes, como utilizado neste documento refere-se geralmente a configurações tridimensionais intencionais ou fabricadas (por exemplo, de material ou materiais estruturais) que se destinam a ser utilizadas para uma finalidade específica. Tais estruturas podem, por exemplo, ser concebidas com o auxílio de um sistema CAD tridimensional.

[048] O termo feixe de elétrons como usado neste documento em várias realizações refere-se a qualquer feixe de partículas carregadas. As fontes de feixe de partículas carregadas podem incluir um canhão de elétrons, um acelerador linear e assim por diante.

[049] A Figura 3 retrata um exemplo de realização de um aparelho de fabricação aditiva ou de fabricação livre 300 de acordo com a presente invenção. O referido aparelho 300 compreende dois canhões de elétrons 301, 302; dois funis de pó 306, 307; uma placa de início 316; um tanque de acumulação 312; um distribuidor de pó 310; uma plataforma de construção 314; uma câmara de vácuo 320 e uma unidade de controle 340. A Figura 3 divulga apenas duas fontes de feixes para fins de simplicidade. Obviamente, qualquer número de fontes de feixes pode ser usado em uma realização semelhante como as duas fontes de feixes utilizadas para descrever a invenção. É óbvio para um técnico no assunto após ver o conceito inventivo como descrito neste

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10/23 documento, utilizando apenas duas fontes de feixes que pode aplicá-las para qualquer número específico que pode atender o seu propósito.

[050] A câmara de vácuo 320 é capaz de manter um ambiente de vácuo por meio de um sistema de vácuo, esse sistema podendo incluir uma bomba turbomolecular, uma bomba espiral (ou compressor scroll), uma bomba de íon e uma ou mais válvulas que são bem conhecidas para um técnico no assunto e consequentemente não precisam de maiores explicações neste contexto. O sistema de vácuo é controlado pela unidade de controle 340. Em outra realização, o tanque de acumulação pode ser fornecido em uma câmara anexável fornecida com ar ambiente e a pressão ambiente. Ainda em outro exemplo de realização tal referida câmara de acumulação pode ser fornecidas em um ambiente aberto.

[051] Os canhões de elétrons 301, 302 estão gerando feixes de elétrons que são usados para material de pó para derretimento ou fusão em conjunto 318 fornecidos na placa de início 316. Pelo menos uma parte dos canhões de elétrons 301, 302 pode ser fornecida na câmara de vácuo 320. A unidade de controle 340 pode ser utilizada para controlar e gerenciar os feixes de elétrons emitidos dos canhões de elétrons do feixe 301, 302. Uma primeira fonte de feixe de elétrons 301 pode estar emitindo um primeiro feixe de elétrons 351 e uma segunda fonte de feixe de elétrons 302 pode estar emitindo um segundo feixe de elétrons 352. O primeiro feixe de elétrons 351 pode ser desviado entre pelo menos uma primeira posição extrema 351a e pelo menos uma segunda posição extrema 351b que define uma primeira área selecionada 1. O segundo feixe de elétrons 352 pode ser desviado entre pelo menos uma primeira posição extrema 352a e pelo menos uma segunda posição extrema 352b definindo uma segunda área selecionada 2. Pelo menos uma das referidas primeira ou segunda posições extremas 351a, 351b do referido primeiro feixe de elétrons 351 pode ser sobreposta sobre uma das referidas pelo menos primeira

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11/23 ou segunda posições extremas 352a, 352b do referido segundo feixe de elétrons 352 e criando assim uma região de sobreposição 3.

[052] Pelo menos uma bobina de foco (não mostrada), pelo menos uma bobina de deflexão e uma fonte de energia de feixe de elétrons podem ser conectados eletricamente a referida unidade de controle. Em um exemplo de realização da invenção, a referida primeira e segunda fonte de feixe de elétrons pode gerar um feixe de elétrons focalizável com uma voltagem de aceleração de cerca de 60 kV e com uma potência do feixe na faixa de 0-3kW. A pressão na câmara de vácuo pode estar na faixa de 10- ³- 10- ⁶ mBar durante a construção do artigo tridimensional por fusão do pó camada por camada com as fontes de feixe de energia 301, 302.

[053] Em vez de derretimento do material em pó com dois feixes de elétrons, dois ou mais feixes de laser podem ser usados. Cada feixe de laser poderá normalmente ser desviado por um ou mais de um espelho móvel disposto no percurso do feixe de laser a entre a fonte do feixe de laser e a mesa de trabalho sobre a qual o material em pó está disposto que deverá ser fundido pelo referido feixe de laser. A unidade de controle 340 pode gerenciar a deflexão dos espelhos, de modo a conduzir o feixe de laser para uma posição predeterminada sobre a mesa de trabalho.

[054] O funis de pó 306, 307 compreendem o material em pó a ser fornecido na placa de início 316 no tanque de acumulação 312. O material em pó pode ser, por exemplo, metais puros ou ligas de metais, como o titânio, ligas de titânio, alumínio, ligas de alumínio, aço inoxidável, ligas de Co-Cr-W e semelhantes. Em vez de dois funis de pó, um funil de pó pode ser usado. Outros modelos e/ou mecanismos para o fornecimento de pó podem ser usados, por exemplo, um reservatório de pó com um piso de altura ajustável.

[055] O distribuidor de pó 310 está disposto para estabelecer uma fina camada de material em pó na placa de início 316. Durante um ciclo de

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12/23 trabalho a plataforma de construção 314 será abaixada sucessivamente em relação ao canhão de raios após cada camada adicional de material em pó. A fim de tornar este movimento possível, a plataforma de construção 314 está, em uma realização da invenção, disposta de modo móvel na direção vertical, ou seja, na direção indicada pela seta P. Isto significa que a plataforma de construção 314 começa em uma posição inicial, na qual uma primeira camada de material em pó de espessura necessária foi estabelecida na referida placa de início 316. Uma primeira camada de material em pó pode ser mais espessa do que as outras camadas aplicadas. A razão para o início com uma primeira camada mais espessa do que as outras camadas é que não se quer uma massa derretida da primeira camada sobre a placa de início. A plataforma de construção é em seguida baixada em conexão com o estabelecimento de uma nova camada de material em pó para a formação de uma nova seção transversal de um artigo tridimensional. Meios para baixar a construir a plataforma 314 podem por exemplo ser através de um servomotor equipado com engrenagem, parafusos de ajuste e similares.

[056] Na figura 5 está representado um fluxograma de um exemplo de realização de um método de acordo com a presente invenção para formação de um artigo tridimensional através da fusão sucessiva de partes de um leito de pó, cujas partes correspondem a sucessivas seções transversais do artigo tridimensional, compreendendo uma primeira etapa 502 de fornecimento de um modelo do referido artigo de tridimensional. O referido modelo pode ser um modelo gerado por computador através de uma ferramenta CAD (Computer Aided Design).

[057] Em uma segunda etapa 504 uma primeira camada de pó é fornecida na placa de início 316. O pó pode ser distribuído uniformemente sobre a mesa de trabalho de acordo com vários métodos. Uma maneira de distribuir o pó é coletar o material caído do funil 306, 307 por um sistema de raque. O raque

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13/23 é movido sobre o tanque de acumulação distribuindo o pó sobre a placa de início. A distância entre uma parte inferior do raque e a parte superior da placa de início ou camada de pó anterior determina a espessura do pó distribuído sobre a placa de início. A espessura da camada de pó pode ser facilmente ajustada ao ajustar a altura da plataforma de construção 314. Em vez de começar a construir o artigo tridimensional na referida placa de início o referido artigo tridimensional pode ser construído sobre a referida plataforma de construção 314 que pode ser removível. Ainda em outro exemplo de realização, o referido artigo tridimensional pode ser iniciado para ser construído sobre um leito de pó.

[058] Em uma terceira etapa 506 um primeiro feixe de energia é direcionado a partir de uma primeira fonte de feixe de energia sobre a referida placa de início 316 ou plataforma de construção 314 fazendo com que a referida primeira camada de pó sofra fusão no primeiro local selecionado 1 de acordo com o referido modelo para formar uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional 330. Um primeiro feixe de energia 351 pode alcançar uma área pré-determinada que depende do ângulo de deflexão máximo e da distância entre a fonte de feixe de energia 301 para a mesa de trabalho. Por esta razão, o primeiro feixe de energia 351 só pode chegar a uma porção da área de construção total, ou seja, uma porção de uma primeira seção transversal do artigo tridimensional 330.

[059] O primeiro feixe de energia 351 pode ser um feixe de elétrons ou um feixe de laser. O feixe é direcionado sobre a referida placa de início 316 a partir de instruções dadas por uma unidade de controle 340. Na unidade de controle 340 podem ser armazenadas instruções de como controlar a fonte de feixe 301, 302 para cada uma das camadas do artigo tridimensional.

[060] Em uma quarta etapa 508 um segundo feixe de energia 352 é direcionado a partir de uma segunda fonte de feixe de energia 302 sobre a referida placa de início 316 fazendo com que a referida primeira camada de pó

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14/23 sofra fusão no local selecionado 2 de acordo com o referido modelo para formar a primeira seção transversal do referido artigo tridimensional 330.

[061] Tal como com o primeiro feixe de energia 351, o segundo feixe de energia 352 também pode alcançar uma área predeterminada que depende do ângulo de deflexão máximo e da distância entre a fonte de feixe de energia e a placa de início 316 ou a camada de pó a ser fundida. Por esta razão, o segundo feixe de energia 352 pode chegar apenas a uma porção da área de construção total, ou seja, uma porção de uma primeira seção transversal do artigo tridimensional 330.

[062] Os referidos primeiro e segundo locais selecionados 1, 2 da referida primeira camada de pó são, pelo menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros na região de sobreposição 3. O primeiro local selecionado 1 da referida primeira camada de pó sofre fusão com o primeiro feixe de energia 351 e o segundo local selecionado 2 da referida primeira camada de pó sofre fusão com o referido segundo feixe de energia 352. Para se certificar de que a fusão é completada ao longo de um primeiro corte transversal total do referido artigo tridimensional, o primeiro local selecionado 1 e o segundo local selecionado 2 estão pelo menos parcialmente se sobrepondo uns aos outros. Isto significa que a mesma área (região de sobreposição) da primeira seção transversal do artigo tridimensional pode ser fundida duas vezes, uma vez com o primeiro feixe de energia e uma vez com o segundo feixe de energia. Em outra realização a referida região de sobreposição pode ser fundida simultaneamente com o referido primeiro e segundo feixe de energia 351,352.

[063] A Figura 1A ilustra uma mesa de trabalho ou uma placa de início ou uma cama de pó 100. Um primeiro feixe de energia pode chegar ao primeiro local selecionado, denominado por 1. Um segundo feixe de energia pode chegar a um segundo local selecionado, denominado por 2. Os referidos primeiro e segundo locais selecionados podem ser sobrepostos uns aos outros

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15/23 definindo uma zona sobreposta indicada por 3. Um comprimento da zona de sobreposição é indicado por L. O primeiro local selecionado 1 pode ser encerrado em uma primeira linha 110 e o segundo local selecionado pode ser encerrado em uma segunda linha 120. A segunda linha 120 é fornecida no interior do primeiro local selecionado 1 que pode ser fundido pelo primeiro feixe de energia 351 e a primeira linha 110 é fornecida no interior do segundo local selecionado 2 que pode ser fundido pelo segundo feixe de energia 352.

[064] Em um exemplo de realização da presente invenção os referidos primeiro e segundo locais 1, 2 da referida primeira camada de pó que estão pelo menos parcialmente sobrepostos entre si na zona de sobreposição 3 podem ser simultaneamente fundidos pelo referido primeiro e segundo feixe de energia 351, 352 da referida primeira e segunda fonte de feixe de energia 201, 302, respectivamente.

[065] Fusão simultânea pelo referido primeiro e segundo feixe 351, 352 na referida zona de sobreposição 3 pode ser realizada de diferentes maneiras.

[066] Uma primeira maneira consiste em fundir ou aquecer o pó com o primeiro feixe 351 em uma primeira passagem na referida zona de sobreposição 3 simultaneamente conforme o segundo feixe 352 pode estar fundindo ou aquecendo o pó em uma segunda passagem, que está separada da referida primeira passagem. A primeira passagem fundida pelo referido primeiro feixe pode ser recusada pelo segundo feixe após o referido primeiro feixe tenha saído da referida passagem, ou seja, o primeiro e segundo feixes não estão simultaneamente na mesma posição a qualquer momento.

[067] Uma segunda maneira consiste em fundir ou aquecer o pó com o primeiro e o segundo feixe, de modo que o referido primeiro e segundo feixes 351, 352 estejam simultaneamente pelo menos uma vez na mesma posição ao mesmo tempo. Figura 1B ilustra uma forma possível de controlar os

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16/23 primeiro e segundo feixes 351, 352 quando estiverem prestes a fundir a mesma posição da zona de sobreposição 3. A soma da potência dos primeiro e segundo feixes 351,352 em uma região onde eles se sobrepõem uns aos outros pode ser mantida a um valor constante. Isto significa que não há energia extra adicionada ao processo de fusão, nem qualquer falta de energia no processo de fusão quando existem dois feixes que são estão fundindo o pó simultaneamente ao invés de um feixe.

[068] A potência de um único feixe na região de não sobreposição e a potência dos dois feixes na região de sobreposição podem ser iguais. Controlar a potência do feixe em qualquer posição pode ser importante para o controle da microestrutura do artigo tridimensional finalizado. No exemplo de realização na Figura 1B a energia é ilustrada como constante durante toda a primeira e segunda área. Obviamente isto é apenas uma simplificação do caso real. No caso real a potência do feixe pode alterar de uma posição para a outra, a fim de se certificar de que a temperatura de construção e o processo de fusão está decorrendo de acordo com um programa predeterminado. Em tal caso, pode ser importante saber que a soma do primeiro e do segundo feixe irá se resumir ao valor desejado, que pode ser determinado antes do processo de fusão em uma simulação.

[069] A Figura 1B e Figuras 6A-C ilustram um exemplo de realização em que duas fontes de feixes 301, 302 são usadas para a fusão de uma área predeterminada. Um primeiro local selecionado 1 é fundido com o primeiro feixe 351. Quando o referido primeiro feixe atinge a zona de sobreposição 3 o segundo feixe 352 começa a fundir as referidas zona de sobreposição 3 simultaneamente e na mesma posição que o referido primeiro feixe 351 na referida zona de sobreposição 3. À medida que o primeiro feixe 351 continua a se desviar para a zona de sobreposição 3, sua potência é reduzida enquanto a potência do segundo feixe 352 é aumentada. A soma do primeiro e

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17/23 segundo feixes 351, 352 pode ser mantida constante na zona de sobreposição 3. Um segundo local selecionado 2 é fundido com o segundo feixe 352 apenas. O primeiro feixe foi parado na primeira linha 110.

[070] Ainda outro exemplo de realização de acordo com a presente invenção é representada na Figura 1C. Na Figura 1C é descrito que os primeiro e segundo feixes 351, 352 estão cada um tendo a metade da potência necessária, ou seja, 50% da potência necessária para o primeiro feixe 351 e 50% da potência necessária para o segundo feixe 352. Em alternativa, estes valores podem ser divididos de forma desigual, por exemplo, o primeiro feixe pode ter 30% da potência necessária e o segundo feixe pode ter 70% da energia necessária.

[071] Em um canhão de feixe de elétrons a qualidade do feixe depende do ângulo de deflexão. Em nenhum ou em poucos ângulos de deflexão o tamanho do ponto do feixe desejado é mais ou menos o tamanho do real ponto de feixe. À medida que o ângulo de deflexão é aumentado o tamanho do ponto tende a aumentar e/ou a forma do ponto tende a não ser mais circular. Como um dos feixes está com um ângulo de deflexão maior do que um valor predeterminado, a potência do feixe pode ser trocada, de um feixe para dois feixes. Ao usar dois feixes, cada um com uma potência menor do que seria necessário se apenas um feixe fosse utilizado a fim de chegar à potência de feixe desejada, o tamanho e forma do ponto de feixe pode ser controlável embora o ângulo de deflexão seja relativamente maior. A razão para isto é que um feixe com uma potência de feixe menor tem um tamanho de ponto menor em comparação a um feixe com uma potência de feixe maior. Ao usar dois feixes com baixa potência em vez de um com alta potência, a forma e tamanho dos feixes combinados em uma posição em que pelo menos um dos feixes tem um ângulo de deflexão relativamente alto podem não ser maiores do que um valor predeterminado ou se afastam de uma forma circular mais do que um valor

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18/23 predeterminado. Na zona de sobreposição pode haver um primeiro feixe de uma primeira fonte de feixe com um ângulo de deflexão maior e um segundo feixe de uma segunda fonte de feixe com um ângulo de deflexão menor do que o primeiro feixe.

[072] Ao usar mais de uma fonte de feixe de energia, a temperatura de construção da construção tridimensional pode ser mantida mais facilmente em comparação a se apenas uma fonte de feixe for usada. A razão para isto é que dois feixes podem estar em mais locais simultaneamente do que apenas um feixe. O aumento do número de fontes de feixes facilitará ainda mais o controle da temperatura de construção. Ao utilizar uma pluralidade de fontes de feixe de energia uma primeira fonte de feixe de energia pode ser utilizada para o derretimento do material em pó e uma segunda fonte de feixe de energia pode ser utilizada para aquecer o material em pó a fim de manter a temperatura de construção dentro de uma faixa de temperatura predeterminada.

[073] Depois a finalização de uma primeira camada, ou seja, a fusão do material em pó para fabricação de uma primeira camada do artigo tridimensional, uma segunda camada de pó é fornecida sobre a referida mesa de trabalho 316. A segunda camada de pó pode estar em certas realizações distribuídas de acordo com a mesma maneira que a camada anterior. No entanto, pode haver outros métodos na mesma máquina de fabricação aditiva para distribuir o pó sobre a mesa de trabalho. Por exemplo, uma primeira camada pode ser fornecida por meio de um primeiro distribuidor de pó, uma segunda camada pode ser fornecida por um outro distribuidor de pó. O projeto do distribuidor de pó é automaticamente alterado de acordo com as instruções da unidade de controle. Um distribuidor de pó na forma de um único sistema de raque, ou seja, onde um raque está coletando o pó que caiu do funil de pó esquerdo 306 e um funil de pó direito 307, o raque como tal podendo ter seu modelo alterado.

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19/23 [074] Após a distribuição da segunda camada de pó na mesa de trabalho 316, o primeiro feixe de energia 351 da primeira fonte de feixe de energia 301 pode ser direcionada sobre a referida mesa de trabalho 316 fazendo com que a referida segunda camada de pó sofra fusão em um terceiro local selecionado de acordo com o referido modelo para formar uma segunda seção transversal do referido artigo tridimensional.

[075] Porções fundidas na segunda camada podem ser ligadas a porções fundidas da referida primeira camada. As porções fundidas na primeira e segunda camada podem ser derretidas em conjunto pelo derretimento não só do pó na camada superior mas também por outro derretimento de pelo menos uma fração de uma espessura de uma camada diretamente abaixo da referida camada superior.

[076] O segundo feixe de energia 352 da segunda fonte de feixe de energia 302 pode ser dirigido sobre a referida mesa de trabalho 316 fazendo com que a referida segunda camada de pó sofra fusão em um quarto local selecionado de acordo com o referido modelo para formar a segunda seção transversal do referido artigo tridimensional, os referidos terceiro e quarto locais selecionados da referida segunda camada de pó podendo ser, menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros, em que os terceiro e quarto locais 4,5 pelo menos parcialmente sobrepostos podem ser lateralmente deslocados com respeito aos primeiro e segundo locais 1, 2 parcialmente sobrepostos, ver Figura 7. Na Figura 7 está representado que uma zona de sobreposição 6 na segunda camada é deslocada lateralmente em relação à zona de sobreposição 3 na primeira camada. O deslocamento pode ser grande, já que as zonas de sobreposição 3, 6, não são sobrepostas umas às outras. O deslocamento pode estar dentro de uma faixa predeterminada, de modo que as zonas de sobreposição ainda se sobreponham umas às outras. O comprimento L da zona de sobreposição pode variar de uma camada para outra.

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20/23 [077] O feixe de energia, o que pode ser um feixe de laser ou um feixe de elétrons, não só derrete a última camada de pó aplicada, mas também, pelo menos, a camada de material por baixo da camada de pó resultante em uma massa fundida que compreende o material em pó e o material já derretido a partir de um processo de fusão anterior.

[078] Ainda em outro exemplo da realização de acordo com a presente invenção, uma largura 190, 192 da zona de sobreposição podem ser iguais na primeira e segunda camada. Em outras realizações, o comprimento 190, 192 da zona de sobreposição pode ser diferente em comparação com a primeira camada para a segunda camada. Ainda em outro exemplo de realização o referido comprimento da zona de sobreposição é randomizado entre um valor mínimo predeterminado e um valor máximo para pelo menos uma camada.

[079] Em ainda outro exemplo de realização da presente invenção a distância deslocada lateralmente dos referidos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos pode ser escolhida para um valor resultante em uma não sobreposição dos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos e os primeiro e segundo locais pelo menos parcialmente sobrepostos. Isto significa que, para uma primeira camada a região de sobreposição é disposta em uma primeira posição. Na segunda camada a região de sobreposição é disposta em uma segunda posição que não se sobrepõe à primeira posição na primeira camada. Isto pode melhorar a qualidade de construção do artigo tridimensional uma vez que a sobreposição não é fornecida na parte superior uns dos outros por duas camadas adjacentes.

[080] Ainda em outro exemplo de realização a distância lateralmente deslocada dos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos pode ser escolhida para um valor que resulta em uma sobreposição dos terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos, e dos primeiro e segundo locais pelo menos parcialmente sobrepostos, ver Figura 2 onde a

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21/23 sobreposição das duas camadas adjacentes estão se sobrepondo umas às outras mas a segunda camada é deslocada em relação a primeira camada.

[081] A distância deslocada lateralmente do referido terceiro e quarto locais pelo menos parcialmente sobrepostos pode ser randomizada dentro de uma faixa predeterminada.

[082] A Figura 4 representa uma vista superior de um outro exemplo de realização de acordo com a presente invenção de regiões de sobreposição. Na Figura 4 fontes de feixes de energia diferentes são usadas, cada um deles capaz de fundir uma área predeterminada da camada de pó. Um primeiro feixe de energia de uma primeira fonte de feixe de energia pode fundir uma primeira área denominada 41. Um segundo feixe de energia de uma segunda fonte de feixe de energia pode fundir uma segunda área denominada 42. Um terceiro feixe de energia de uma terceira fonte de feixe de energia pode fundir uma terceira área denominada 43. Um quarto feixe de energia de uma quarta fonte de feixe de energia pode fundir uma quarta área denominada 44.

[083] A primeira área 41 e a segunda área 42 podem sobrepor-se umas às outras em uma primeira área de sobreposição denominada 45. A primeira área 41 e a terceira área 43 podem sobrepor-se uns aos outros em uma terceira área de sobreposição denominada 47. A terceira zona 43 e quarta zona 44 podem sobrepor-se umas às outras em uma segunda área de sobreposição denominada 46. A quarta área 44 e a segunda área 42 podem sobrepor-se umas às outras em uma quarta zona de sobreposição denominada 48. A primeira, segunda, terceira e quarta área são sobrepostas umas às outras em uma quinta área de sobreposição denominada 49. Por exemplo, a primeira área de sobreposição 45 define os limites do primeiro e segundo feixes, isto é, a linha sólida da extremidade esquerda da primeira área de sobreposição 45 define a posição mais à esquerda do segundo feixe de energia e a linha sólida mais à direita da primeira área de sobreposição define a posição mais à direita do

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22/23 primeiro feixe de energia. Dentro da primeira área de sobreposição a real zona de sobreposição pode ser definida e posicionada. O mesmo se aplica, mutatis mutandis, as segunda, terceira, quarta e quinta áreas de sobreposição 46, 47, 48 e 49.

[084] Em uma primeira camada uma zona de sobreposição 140 da primeira área 41 e da segunda área 42 pode ser disposta em uma primeira posição no interior da referida área de sobreposição 45. Em uma segunda camada uma zona de sobreposição 140 da primeira área 41 e da segunda área 42 pode ser disposta a uma segunda posição no interior da referida área de sobreposição 45. A primeira e segunda posições podem ser parcialmente sobrepostas uma a outra, sobrepondo-se totalmente uma a outra, ou então não sofrendo sobreposição. A primeira e segunda posições da referida zona de sobreposição podem ser randomizadas para cada camada e cada área de sobreposição. O comprimento da zona de sobreposição 140, 150, 160, 170 podem por diferentes para diferentes regiões de sobreposição dentro de uma mesma camada e pode ser diferente para a mesma região de sobreposição em diferentes camadas.

[085] Ainda em outro exemplo de realização de um dispositivo para a formação de um artigo tridimensional por meio da fusão sucessiva de partes de um leito de pó, cujas partes correspondem a sucessivas seções transversais do artigo tridimensional. O referido dispositivo compreende uma primeira fonte de feixe de energia adaptada para fundir uma primeira camada de pó no primeiro local selecionado de acordo com um modelo, a fim de formar uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional. O referido dispositivo compreende ainda uma segunda fonte de feixe de energia adaptada para fundir uma primeira camada de pó no segundo local selecionado de acordo com o referido modelo, a fim de formar uma primeira seção transversal do referido artigo tridimensional. O referido dispositivo compreendendo ainda uma unidade

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23/23 de controle adaptada para controlar as referidas primeira e segunda fontes de feixe de energia de modo que os referidos primeiro e segundo locais da referida primeira camada de pó sejam, pelo menos parcialmente, sobrepostos uns aos outros.

[086] Deve ser compreendido que a presente invenção não está limitada as realizações acima descritas e são possíveis muitas modificações dentro do escopo das reivindicações seguintes. Tais modificações podem, por exemplo, envolver a utilização de uma fonte diferente de feixe de energia do que o feixe de elétrons exemplificado, como um feixe de laser. Adicionalmente ou de outra forma, materiais que não sejam pó metálico podem ser utilizados, como os exemplos não limitantes de pó de polímero ou pó de cerâmicas.

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO TRIDIMENSIONAL (330) através da fusão de partes sucessivas de um leito de pó (100), partes as quais correspondem a seções transversais sucessivas do artigo tridimensional (330), o método caracterizado por compreender as etapas de:

fornecimento de um modelo do artigo tridimensional (330);

aplicação de uma primeira camada de pó sobre uma mesa de trabalho (316);

direcionamento de um primeiro feixe de energia (351) a partir de uma primeira fonte de feixe de energia (351) sobre a mesa de trabalho (316), o direcionamento do primeiro feixe de energia provocando a fusão da primeira camada de pó em primeiros locais selecionados de acordo com o modelo, de modo a formar uma primeira parte da primeira seção transversal do artigo tridimensional (330); e direcionamento de um segundo feixe de energia (352) a partir de uma segunda fonte de feixe de energia (302) sobre a mesa de trabalho (316), o direcionamento do segundo feixe de energia (352) provocando a fusão da segunda camada de pó em segundos locais selecionados de acordo com o modelo, de modo a formar uma segunda parte da primeira seção transversal do artigo tridimensional (330), em que os primeiro e segundo locais da primeira camada de pó são pelo menos parcialmente sobrepostos entre si numa primeira zona de sobreposição (45), o método compreendendo ainda as etapas de fusão simultânea dos primeiro e segundo locais da primeira camada de pó através do primeiro e segundo feixe de energia (352) a partir da primeira (301) e segunda fonte de feixe de energia (302), respectivamente, sobreposição de um ponto do primeiro feixe de energia (351), pelo menos parcialmente, com um ponto do segundo feixe de energia (352) durante pelo menos uma ocasião da fusão da primeira zona de sobreposição (45),

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2/3 manutenção da soma da potência do primeiro (351) e segundo (352) feixe na primeira zona de sobreposição (45) com um valor predeterminado, em que a potência individual de cada um do primeiro (351) e segundo (352) feixe na primeira zona de sobreposição (45) é metade da de cada um do primeiro (351) e segundo (352) feixe fora da primeira zona de sobreposição (45) ou o valor predeterminado é igual à potência individual de, pelo menos, um do primeiro (351) ou o segundo (352) feixe fora da primeira zona de sobreposição (45).

2. MÉTODO para formar um artigo tridimensional (330) através da fusão de partes sucessivas de um leito de pó (100), partes as quais correspondem a seções transversais sucessivas do artigo tridimensional (330), o método caracterizado por compreender as etapas de:

fornecimento de um modelo do artigo tridimensional (330);

aplicação de uma primeira camada de pó sobre uma mesa de trabalho (316);

direcionamento de um primeiro feixe de energia (351) a partir de uma primeira fonte de feixe de energia (351) sobre a mesa de trabalho (316), o direcionamento do primeiro feixe de energia (351) provocando a fusão da primeira camada de pó em primeiros locais selecionados de acordo com o modelo, de modo a formar uma primeira parte da primeira seção transversal do artigo tridimensional (330); e direcionamento de um segundo feixe de energia (352) a partir de uma segunda fonte de feixe de energia (302) sobre a mesa de trabalho (316), o direcionamento do segundo feixe de energia (352) provocando a fusão da segunda camada de pó em segundos locais selecionados de acordo com o modelo, de modo a formar uma segunda parte da primeira seção transversal do artigo tridimensional (330), em que os primeiro e segundo locais da primeira camada de pó são pelo menos parcialmente sobrepostos entre si numa primeira

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3/3 zona de sobreposição (45), o método compreendendo ainda as etapas de fusão simultânea dos primeiro e segundo locais da primeira camada de pó através do primeiro (351) e segundo (352) feixe de energia a partir da primeira (301) e segunda fonte de feixe de energia (302), respectivamente, sobreposição de um ponto do primeiro feixe de energia (351), pelo menos parcialmente, com um ponto do segundo feixe de energia (352) durante pelo menos uma ocasião da fusão da primeira zona de sobreposição (45), variação da potência do primeiro feixe (351) linearmente de 100% a 0% começando a partir de uma primeira extremidade da zona de sobreposição (45) e terminando em uma segunda extremidade da zona de sobreposição (45); e variação simultânea da potência do segundo feixe (352) linearmente de 0% a 100% começando a partir de uma primeira extremidade da primeira zona de sobreposição (45) e terminando na segunda extremidade da zona de sobreposição (45).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a soma da potência variável do primeiro (351) e o segundo (352) feixe entre a primeira e a segunda extremidade da zona de sobreposição (45) é mantida em um valor predeterminado.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o valor predeterminado ser um valor constante.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o valor predeterminado ser igual à potência individual de, pelo menos, um do primeiro (351) ou o segundo (352) feixe fora da primeira zona de sobreposição (45).