CN106395408A - 用于生产添加制造的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产添加制造的设备和方法。添加制造设备包括：建造模块(10,100,200)，其包括建造室(18,118,150,218)、和下列元件中的至少一个但少于全部：(a)定向能量源(72,372)；(b)粉末供应件(14,114,314)；(c)粉末回收容器(22,122,154,222)；和(d)粉末应用器(16,116,316)；和工作站，其包括元件(a)‑(d)中的不包括在建造模块(10,100,200)中的其余元件。

Description

用于生产添加制造的设备和方法
技术领域
本发明大体上涉及添加制造设备，且更具体而言，涉及用于构件的大量生产的设备。
背景技术
“添加制造”是在本文中用于描述如下过程的用于，该过程涉及逐层构造或添加制作(与常规加工过程的情况下的材料移除相反)。这种过程还可称作“快速制造过程”。添加制造过程包括但不限于：直接金属激光熔化(DMLM)、激光净形制造(LNSM)、电子射束烧结、选择性激光烧结(SLS)、3D打印(诸如通过喷墨打印和激光打印)、立体光刻(SLA)、电子射束熔化(EBM)、激光工程化净成形(LENS)和直接金属沉积(DMD)。
当前，粉末床技术已证明现有技术金属添加制造技术的最佳分解能力。然而，因为建造需要发生在粉末床中，所以常规的机器使用大量粉末，例如粉末装载量可超过130 kg(300 lbs)。当考虑使用许多机器的工厂环境时，这是昂贵的。不直接熔化(melt)成部件而是储存在邻近的粉末床中的粉末是有问题的，因为它增加升降机系统的重量，使密封和室压力问题复杂，对于在部件建造的结束时的部件修补是有害的，且在当前设想用于大型构件的大床系统中变得难以处理。
此外，当前可用的添加制造系统适合用于原型制作和非常低体积的制造。在部件与部件之间可存在显著的差异。当前系统的一些元件由于重量而是操纵起来不方便的，且可能需要过多的手动、实用的交互作用。多个机械的与制造多个部件对应的重复导致昂贵的构件重复和维护，诸如控制和冷却以及环境控制。
因此，仍然需要可以以大规模生产为基础来生产构件的添加制造设备和方法。
发明内容
通过本文中描述的技术来解决此需求，该技术提供添加制造设备，该提供添加制造设备利用与中央地提供或在建造模块之间共用的一个或更多个公共构件结合的一个或更多个简化建造模块。
根据本文中描述的技术的一个方面，添加制造设备包括：建造模块，其具有建造室、和下列元件中的至少一个但少于全部：(a)定向能量源；(b)粉末供应件；(c)粉末回收容器；和(d)粉末应用器；和工作站，其具有元件(a)-(d)中的不包括在建造模块中的其余元件。
根据本文中描述的技术的另一方面，添加制造设备包括：工作站，其包括定向能量源；建造模块，包括：第一建造室；和外围壁，其与第一建造室相反地延伸越过工作表面以限定工作空间；和输送机构，其能够操作以使建造模块移动到工作站中和外。
根据本文中描述的技术的另一方面，添加制造方法包括：使具有建造室的建造模块移动到工作站中；使粉末堆积到建造平台上，该建造平台配置在建造室中；引导来自定向能量源的射束以熔合(fuse)粉末；使平台按照粉末的层增量在建造室内竖直朝下地移动；和以循环的形式重复堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立部件，直到该部件完成。
方案1：一种添加制造设备，包括：
建造模块，其包括建造室、和下列元件中的至少一个但少于全部：
(a)定向能量源；
(b)粉末供应件；
(c)粉末回收容器；和
(d)粉末应用器；和
工作站，其包括元件(a)-(d)中的不包括在所述建造模块中的其余元件。
方案2：根据方案1所述的设备，还包括输送机构，所述输送机构构造成使所述建造模块移动到所述工作站中和外。
方案3：根据方案2所述的设备，其中，所述输送机构是传送装置。
方案4：根据方案2所述的设备，其中：
所述工作站包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封一个或更多个建造模块；且
所述输送机构包括转台，所述转台部分地配置在所述封壳内且限定工作表面，所述工作表面构造成将所述建造模块接收在其中。
方案5：根据方案1所述的设备，其中，所述建造模块或所述工作站包括平面工作表面，所述平面工作表面包括与所述建造室连通的建造室开口。
方案6：根据方案1所述的设备，其中，所述建造模块包括：
平面工作表面，其具有与所述建造室连通的建造室开口；
外围壁，其与所述建造室相反地延伸越过工作表面，以限定工作空间；和
窗，其对辐射能量而言是可透过的，所述窗跨越所述外围壁，以封闭所述工作空间。
方案7：根据方案6所述的设备，其中，所述工作站包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封所述建造模块中的一个，所述封壳包括一个或更多个密封件，所述一个或更多个密封件构造成允许建造模块行进穿过其。
方案8：一种添加制造设备，包括：
根据方案1的多个工作站和建造模块；和
电子中央控制器，其可操作地连接于所述工作站中的各个。
方案9：一种添加制造设备，包括：
根据方案1的多个工作站和建造模块；和
中央防护气体供应件，其联接于所述工作站中的各个。
方案10：一种添加制造设备，包括：
根据方案1的多个工作站和建造模块；和
中央冷却流体供应件，其联接于所述工作站中的各个。
方案11：一种添加制造设备，包括：
根据方案1的多个工作站和建造模块；和
中央通风系统，其联接于所述工作站中的各个。
方案12：一种添加制造设备，包括：
工作站，其包括定向能量源；
建造模块，包括：
第一建造室；和
外围壁，其与所述第一建造室相反地延伸越过工作表面，以限定工作空间；和
输送机构，其能够操作以使所述建造模块移动到所述工作站中和外。
方案13：根据方案12所述的设备，其中，所述建造模块包括平面工作表面，所述平面工作表面具有与所述第一建造室连通的第一建造室开口。
方案14：根据方案12所述的设备，其中，各模块包括窗，所述窗对辐射能量而言是可透过的，所述窗跨越所述外围壁，以封闭所述工作空间。
方案15：根据方案12所述的设备，其中，所述工作站包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封所述建造模块中的一个，所述封壳包括一个或更多个密封件，所述一个或更多个密封件构造成允许建造模块行进穿过其。
方案16：根据方案12所述的设备，其特征在于，所述输送机构是传送装置。
方案17：根据方案12所述的设备，其中：
所述工作站包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封所述建造模块中的一个或更多个；且
所述输送机构包括转台，所述转台部分地配置在所述封壳内且限定工作表面，所述工作表面构造成将所述建造模块接收在其中。
方案18：根据方案17所述的设备，其中，所述封壳容纳粉末供应件，所述粉末供应件构造成使粉末掉落到所述工作表面上。
方案19：根据方案17所述的建造模块，还包括可移动粉末应用器，所述可移动粉末应用器配置在所述工作空间中且接触所述工作表面。
方案20：一种添加制造方法，包括：
使具有建造室的建造模块移动到工作站中；
将粉末堆积到建造平台上，所述建造平台配置在所述建造室中；
引导来自定向能量源的射束，以熔合所述粉末；
使所述平台按照粉末的层增量在所述建造室内竖直朝下地移动；和
以循环的形式重复堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立部件，直到所述部件完成。
方案21：根据方案20所述的方法，还包括：
使所述建造模块移动到所述工作站外；
使具有建造室的另一建造模块移动到所述工作站中；
以循环的形式执行堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立随后的部件，直到所述随后的部件完成。
方案22：根据方案21所述的方法，其中，使用传送装置将所述建造模块移动到所述工作站中和外。
方案23：根据方案21所述的方法，其中，使用转台将所述建造模块移动到所述工作站中和外。
方案24：根据方案20所述的方法，还包括：
提供多个工作站；和
使用电子中央控制器来控制所述多个工作站的操作。
方案25：根据方案20所述的方法，还包括：
提供多个工作站；和
使用中央冷却系统来冷却各工作站的定向能量源。
方案26：根据方案20所述的方法，还包括：
提供多个工作站；和
使用中央气体供应系统来对所述多个工作站提供防护气体。
方案27：根据方案20所述的方法，还包括：
提供多个工作站；和
使用中央通风系统对所述多个工作站提供通风。
技术方案1：一种添加制造设备，包括：
建造模块10, 100, 200，其包括建造室18, 118, 150, 218、和下列元件中的至少一个但少于全部：
a定向能量源72, 372；
b粉末供应件14, 114, 314；
c粉末回收容器22, 122, 154, 222；和
d粉末应用器16, 116, 316；和
工作站71, 71'，其包括元件a-d中的不包括在所述建造模块10, 100, 200中的其余元件。
技术方案2：根据权利要求1所述的设备，还包括输送机构70, 370，所述输送机构70, 370构造成使所述建造模块10, 100, 200移动到所述工作站71, 71'中和外。
技术方案3：根据权利要求2所述的设备，其中：
所述工作站71, 71'包括封壳，所述封壳71, 71'在尺寸方面设定为包封一个或更多个建造模块10, 100, 200；且
所述输送机构70, 370包括传送装置70或转台370，所述传送装置70或转台370部分地配置在所述封壳内且限定工作表面312，所述工作表面312构造成将所述建造模块10, 100,200接收在其中。
技术方案4：根据权利要求1所述的设备，其中，所述建造模块包括：
平面工作表面12, 112, 212，其具有与所述建造室18, 118, 150, 218连通的建造室开口；
外围壁30, 130，其与所述建造室18, 118, 150, 218相反地延伸越过工作表面12,112, 212，以限定工作空间32, 132；和
窗34,134，其对辐射能量而言是可透过的，所述窗34,134跨越所述外围壁30, 130，以封闭所述工作空间32, 132。
技术方案5：根据权利要求1所述的设备，其中，所述工作站71, 71'包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封所述建造模块10, 100, 200中的一个，所述封壳包括一个或更多个密封件82, 84，所述一个或更多个密封件82, 84构造成允许建造模块10, 100, 200行进穿过其。
技术方案6：一种添加制造设备，包括：
根据权利要求1的多个工作站71, 71'和建造模块10, 100, 200；和
联接于所述工作站71, 71'中的各个的以下中的至少一者的中央供应：电子中央控制器、防护气体、冷却流体、或通风。
技术方案7：一种添加制造方法，包括：
使具有建造室18, 118, 150, 218的建造模块10, 100, 200移动到工作站71, 71'中；
将粉末堆积到建造平台20, 120, 152上，所述建造平台20, 120, 152配置在所述建造室18, 118, 150, 218中；
引导来自定向能量源72, 372的射束，以熔合所述粉末；
使所述平台20, 120, 152按照粉末的层增量在所述建造室18, 118, 150, 218内竖直朝下地移动；和
以循环的形式重复堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立部件，直到所述部件完成。
技术方案8：根据权利要求9所述的方法，还包括：
使所述建造模块10, 100, 200移动到所述工作站71, 71'外；
使具有建造室18, 118, 150, 218的另一建造模块10, 100, 200移动到所述工作站71, 71'中；
以循环的形式执行堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立随后的部件，直到所述随后的部件完成。
技术方案9：根据权利要求10所述的方法，其中，使用传送装置（70）或转台（370）将所述建造模块10, 100, 200移动到所述工作站71, 71'中和外。
技术方案10：根据权利要求9所述的方法，还包括：
提供多个工作站71, 71'；和
使用中央系统来执行以下中的至少一者：控制所述多个工作站71, 71'的操作、冷却各工作站71, 71'的定向能量源72, 372、对所述多个工作站71, 71'提供防护气体、对所述多个工作站71, 71'提供通风。
附图说明
可通过参考结合附图作出的下列描述来最佳地理解本发明，在附图中：
图1是根据本文中描述的技术的一个方面构造的添加制造建造模块的截面图；
图2是图1的建造模块的顶部平面图；
图3是备选添加制造建造模块的截面图；
图4是图3的建造模块的顶部平面图；
图5是组装线中的图1的建造模块的示意侧视图；
图6是组装线中的备选建造模块的示意侧视图；
图7是组装线中的图3的建造模块的示意侧视图；
图8是备选添加制造建造模块的截面图；且
图9是在旋转组装中心中的图8的建造模块的示意顶部平面图。
部件列表
10 建造模块
12 工作表面
14 粉末供应件
16 应用器
18 建造室
20 建造平台
22 粉末回收容器
24 建造室开口
26 供应开口
28 回收开口
30 外围壁
32 工作空间
34 窗
36 促动器
38 供应容器
40 升降机
42 促动器
44 促动器
62 气体端口
64 真空端口
70 传送装置
71 工作站
71' 工作站
72 定向能量源
74 射束操纵设备
78 中央通风系统
79 中央冷却系统
80 电子中央控制器
82 密封元件
84 密封元件
86 部件
88 第一起动场所
90 第二起动场所
100 建造模块
112工作表面
114 粉末供应件
116 应用器
118 第一建造室
120 第一建造平台
122 第一粉末回收容器
124 第一建造室开口
126 中央供应开口
128 第一回收开口
130 外围壁
132工作空间
134 窗
136 促动器
138 供应容器
140 升降机
142 促动器
144 促动器
150 第二建造室
152 第二建造平台
154 第二粉末回收容器
156 第二建造室开口
158 第二回收开口
160 促动器
162 气体端口
164 真空端口
186 部件
200 建造模块
212 工作表面
218 建造室
220 建造平台
222 粉末回收容器
224 建造室开口
228 回收开口
244 促动器
300 添加制造设备
310 建造封壳
312 工作表面
314 粉末供应件
316 应用器
316 应用器
336 促动器
338 供应容器
370 旋转转台
372 定向能量源
374 射束操纵设备
392 建造模块开口
394 狭窄管口
396 计量阀。
具体实施方式
大体而言，本文中描述的技术的方面提供添加制造设备和方法，其中，在组装线过程中使用多个建造模块。单独的建造模块与现有技术添加机器相比得到简化，且可构造成仅包括制造特定部件或选定的部件组所需的构件，同时中央地提供或在建造模块之间共用公共构件。
现在，参考附图，在附图中，相同的参考标号标识贯穿各种视图的相同元件，图1和2例示示范添加制造建造模块10，其用于实现根据本文中描述的技术的一个方面的制造方法。建造模块10包括工作表面12、粉末供应件14、应用器16、包围建造平台20的建造室18、和粉末回收容器22。将在下面更详细地描述这些构件中的各个。
工作表面12是刚性结构且与假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括与建造室18连通的建造室开口24、与粉末供应件14连通的供应开口26、和粉末回收容器22连通的回收开口28。模块10包括延伸越过工作表面12的外围壁30，以便限定工作空间32。工作表面12由建造模块10的外围壁30包围。可选地，如在图1中所示，工作空间32由可移除或可打开的窗34封闭，该窗34对辐射能量而言是可透过的，例如，窗34可由玻璃制成。如图6中所示，可取决于期望的过程构造来除去窗34。
应用器16是刚性、侧向地伸长的结构，其置于工作表面12上或接触其，且能够在定位在工作表面12上方的工作空间32中移动。其连接于促动器36，促动器36能够操作以平行于工作表面12选择性地移动应用器16。在图1中示意地描绘促动器36，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。如所描绘的，应用器16从右至左移动，以将粉末从粉末供应件14移动至建造室18，而过量的粉末被移动至粉末回收容器22。应当理解的是，粉末供应件14和粉末回收容器22可对换，且应用器16可从左至右移动，以将粉末从粉末供应件14供应至建造室18。
粉末供应件14包括供应容器38和升降机40，供应容器38在供应开口26下面且与其连通。升降机40是板状结构，其能够在供应容器38内竖直地滑动。其连接于促动器42，促动器42能够操作，以选择性地向上或向下移动升降机40。在图1中示意地描绘促动器42，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。当升降机40降低时，可将具有期望的合金成分的粉末“P”的供应装载到供应容器38中。当升降机40升高时，其将粉末P暴露在工作表面12上方，以允许应用器16将暴露的粉末刮到建造室18中。应当理解的是，在本文描述的技术中使用的粉末可为用于用于添加制造的任何合适的材料。例如，粉末可为金属粉末、聚合物粉末、有机粉末、或陶瓷粉末。
建造平台20是板状结构，其能够在开口24下面的建造室18中竖直地滑动。建造平台20固连于促动器44，促动器44能够操作，以选择性地向上或向下移动建造平台20。在图1中示意地描绘促动器44，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。
粉末回收容器22位于回收开口28下面且与其连通，且用作过量粉末P的贮藏室。
可以以不同构造实现建造模块10。例如，图3-4的建造模块100包括工作表面112、粉末供应件114、应用器116、包围第一建造平台120的第一建造室118、包围第二建造平台152的第二建造室150、第一粉末回收容器122、和第二粉末回收容器154。
工作表面112是刚性结构，且与假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括与建造室118连通的第一建造室开口124、与建造室150连通的第二建造室开口156、与粉末供应件114连通的中央供应开口126、与第一粉末回收容器122连通的第一回收开口128、和与第二粉末回收容器154连通的第二回收开口158。模块100包括延伸越过工作表面112的外围壁130，以便限定工作空间132。工作表面112由建造模块100的外围壁130包围。可选地，如在图1中所示，工作空间132可由可移除或可打开的窗134封闭，窗134对辐射能量而言是可透过的，例如，窗134可由玻璃制成。如上所述，取决于期望的设定，可去除窗134。
应用器116是刚性、侧向地伸长的结构，其置于工作表面112上且能够在定位在工作表面112上方的工作空间132中移动。其连接于促动器136，促动器136能够操作以沿工作表面112选择性地移动应用器116。在图3中示意地描绘促动器136，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等装置可用于此目的。应用器116以与应用器16相似的方式操作，只是应用器116从第一起动场所88往右移动，以使粉末从粉末供应件114移动至建造室118，且从第二起动场所90往左移动，以使粉末从粉末供应件114移动至建造室150。
粉末供应件114包括供应容器138和升降机140，供应容器138在供应开口126下面且与其连通。升降机140是板状结构，其能够在供应容器138内竖直地滑动。其连接于促动器142，促动器142能够操作以选择性地向上或向下移动升降机140。在图3中示意地描绘促动器142，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。当升降机140降低时，可将具有期望的合金成分的粉末“Ｐ”的供应装载到供应容器138中。当升降机140升高时，其将粉末P暴露在工作表面112上方。应当理解的是，在本文描述的技术中使用的粉末可为用于添加制造的任何合适的材料。例如，粉末可为金属粉末、聚合物粉末、有机粉末、或陶瓷粉末。
建造平台120和152是板状结构，它们能够在分别在开口124和156下面的建造封壳118和150中竖直地滑动。建造平台120和152固连于促动器144和160，促动器144和160能够操作，以选择性地向上或向下移动建造平台120和152。在图3中示意地描绘促动器144和160，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。
粉末回收容器122和154分别置于溢流开口128和158下面且与它们连通，且用作用于过量粉末P的贮藏室。
建造模块10和建造模块100可各自包括延伸穿过外围壁30、130的相应的气体端口62、162和相应的真空端口64、164。气体端口62、162允许利用合适的防护气体来吹扫工作空间32和132，而真空端口64、164允许从工作空间32和132清除容纳在工作空间32、132的容积中的松散粉末。这确保了工作空间32和132和窗34和134在操作期间保持清洁。
如在图5-7中例示的，建造模块10和100构造成生产单个部件或在小包装中的有限数量的部件，使得建造模块10和100可容易地提升且放置在传送装置70或其他合适的输送机构上，从而允许多个建造模块定位在组装线中，以顺次制造多个部件。在操作中，传送装置70用于将建造模块移动到工作站71中。如在图5中例示的，工作站71可限定为整个添加制造系统内的实际位置。在工作站71处，定位在传送装置70上方的定向能量源72可用于使粉末P熔化且形成部件86。
定向能量源72可包括能够操作以生成具有合适的功率和其他操作特性的射束以使粉末在建造过程期间熔化和熔合的任何装置，这在下面更详细地描述。例如，定向能量源72可为激光器。其他定向能量源(诸如电子射束枪)是激光器的合适备选方案。
射束操纵设备74用于引导能量源且包括一个或更多个反射镜、棱镜、和/或透镜，且设有合适的促动器，且布置成以便来自定向能量源72的射束“B”可聚集至期望的点大小，且被操纵至X-Y平面中与工作表面12、112一致的的期望位置。
在采用窗34和134的情形中，工作站71可为开放区域，如在图5和7中看到的。这是可能的，因为建造模块10、100被完全地包封且包括上述气体和真空端口。
整个系统可包括一个或更多个中央服务，诸如：中央通风系统78，其供应防护气体和/或强制通风，以对建造过程进行防护且吹扫夹带在建造封壳76中的粉末；中央冷却系统79，其对定向能量源72提供冷却流体；和/或电子中央控制器80，其例如通过驱动定向能量源72和工作站71和/或建造模块10的各种功能来提供用于建造过程的控制。中央服务78、79、80可作为整个生产系统的部分而联接于多个工作站71。当将建造模块10、100移动到工作站71中的合适位置中时，可手动地或使用自动连接装置来进行对中央服务的单独连接。
备选地，如果在没有窗34、134的情况下采用建造模块10、100，则传送装置70可用于将建造模块10、100输送到具有建造封壳76的工作站71'中，建造封壳76提供封闭的环境。建造封壳76可包括密封元件82、84(例如，帘、挡板、或门)，以允许建造模块10、100行进穿过其且一旦建造模块10、100已进入或离开建造封壳76就密封建造封壳76。上述中央服务(例如，中央通风系统78、中央冷却系统79、和/或中央控制器80)将联接于封壳76。
出于清晰性的目的，在下面将仅论述建造模块10。应当理解的是，尽管建造模块100具有与建造模块10不同的构造，但建造模块100的建造过程本质上是相同的过程，除了应用器116的移动(其从中央往右移动和从中央往左移动，其中中央位置是起动位置)和利用多于一个建造室以在单个建造模块中形成多个部件的事实。
使用上述建造模块10的部件86的建造过程如下。通过对粉末供应件14装载粉末P来准备建造模块10。这是通过使用促动器42将升降机40降低至在工作表面12下面的位置，且将足够的粉末P装载到升降机40上以建造部件86来实现的。一旦准备好建造模块10，则将建造模块10定位在传送装置70上，以用于输送至定向能量源72。因为建造模块10是自持单元(self-contained unit)，且容易移动到传送装置70上且离开其，所以多个建造模块可定位到传送装置70上，以提供建造模块的组装线。
如图5-6，一旦传送装置70已将建造模块10输送至定向能量源72，则建造过程可开始。建造平台20被移动至初始的高位置。该初始高位置按照选定的层增量位于工作表面12的下面。该层增量影响添加制造过程的速度和部件86的分解。作为示例，层增量可为大约10至50微米(0.0003至0.002英寸)。然后使粉末“P”堆积在建造平台20上方。例如，可使供应容器38的升降机40升高，以将粉末推动穿过供应开口26，从而使其暴露在工作表面12上方。应用器16移动跨过工作表面12，以在建造平台20的上方水平地铺开升高的粉末P。在应用器16从右往左行进时，任何过量的粉末P被沿工作表面12推且掉落到粉末回收容器22中。应当理解的是，建造模块10的构造可颠倒，即，通过转换粉末供应件14和粉末回收容器22的场所。随后，应用器16可收回至起动位置。
关于建造模块100，建造平台120和152被移动至初始高位置，且使升降机140升高，以推动粉末穿过供应开口126。应用器116从第一中央位置88移动跨过工作表面112，以在建造平台120上方水平地铺开粉末P，而过量的粉末P堆积在粉末回收容器122中。应用器116移动至第二中央位置90，使升降机140升高，以推动粉末P穿过供应开口126，且应用器116移动跨过工作表面112，以在建造平台152上方铺开粉末P，而过量的粉末堆积在粉末回收容器154中。应用器往回移动至第一中央位置88。在下面关于建造平台20描述的步骤也适用于建造平台120和152。
定向能量源72用于熔化所建造的部件86的二维截面或层。定向能量源72发射射束“B”，且射束操纵设备74用于以适当的样式在暴露的粉末表面上方操纵射束B的焦点“S”。粉末P的暴露层通过射束B而被加热至允许其熔化、流动、且固化的温度。该步骤可称为熔合粉末P。
使建造平台20按照层增量竖直朝下地移动，且以类似的厚度应用粉末P的另一层。定向能量源72再次发射射束“B”，且射束操纵设备74用于以适当的样式在暴露的粉末表面上方操纵射束B的焦点“S”。粉末P的暴露层通过射束B而被加热至允许其在顶层和较低、之前凝固的层二者内熔化、流动、和固化的温度。
重复使建造平台20移动、应用粉末P、且然后定向能量熔化粉末P的该循环，直到整个部件86完成。
一旦部件86完成，则传送装置70将建造模块10从定向能量源72移离，以允许使用者从传送装置70移除建造模块10、从建造模块10移除部件86，且准备建造模块10以建造另一部件86。应当理解的是，多个建造模块可置于传送装置70上，以便当一个部件86完成时，传送装置将另一建造模块10移动到合适的位置，以完成另一部件86。
备选建造模块在图8中例示且大体在参考标号200处示出。建造模块200表示建造模块10的另一构造。建造模块200包括工作表面212、包围建造平台220的建造室218、和粉末回收容器222。
如在上面关于建造模块10论述的，工作表面212是刚性结构，且与假想工作平面共面且限定其。在例示的示例中，其包括建造室开口224和回收开口228，建造室开口224用于与建造室218连通且使建造平台220暴露、回收开口228与粉末回收容器222连通。
建造平台220是板状结构，其能够在开口224下面的建造室218中竖直地滑动。建造平台220固连于促动器244，促动器244能够操作，以选择性地向上或向下移动建造平台220。在图8中示意地描绘促动器244，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。
粉末回收容器222位于回收开口228下面且与其连通，且用作过量粉末P的贮藏室。
建造模块设计成与添加制造设备300一起工作，在图8和9中，添加制造设备300具有建造封壳310和旋转转台370。建造封壳310容纳粉末供应件314、应用器316、定向能量源372、和射束操纵设备374。建造封壳310包封旋转转台370的一部分。
旋转转台370包括工作表面312，工作表面312提供刚性结构且与工作表面212共面，以限定假想工作平面。在例示的示例中，其包括围绕旋转转台370间隔的多个建造模块开口392，以用于准许由使用者将建造模块200定位在多个建造模块开口392中的各个中。可使用已知的方法(诸如齿轮、马达和其他合适的方法)使旋转转台370旋转。
粉末供应件314包括处于具有狭窄管口39的漏斗的形式的供应容器338，以用于使粉末P掉落到工作表面312上。计量阀396定位在狭窄管口394中，且构造成使预定量的粉末P掉落。通过计量阀396掉落的粉末P的量基于建造平台220的大小和在建造过程期间使用的(在上面参照建造模块10描述的)层增量。
应用器316是刚性、侧向地伸长的结构，其置于工作表面212和312上且横向于其。其连接于促动器336，促动器336能够操作以沿工作表面选择性地移动应用器316。在图8中示意地描绘促动器336，应理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动促动器等的装置可用于此目的。如所描绘的，应用器316从左往右移动，以将粉末从粉末供应件314移动至建造室218，而过量的粉末被移动至粉末回收容器222。应当理解的是，粉末供应件314、定向能量源372、建造室218、和粉末回收容器222的构造可对换，且应用器316可从右往左移动，以粉末从来自粉末供应件314供应至建造室218。
定向能量源372可包括能够操作以产生具有合适的功率和其他操作特性的射束，以在构造过程期间熔化且熔合粉末的任何已知的装置，在下面更详细地描述。例如，定向能量源372可为激光器。其他定向能量源(诸如电子射束枪)是激光器的合适备选方案。射束操纵设备374用于引导能量源且包括一个或更多个反射镜、棱镜、和/或透镜，且设有合适的促动器，且布置成以便来自定向能量源372的射束“B”可聚集至期望的点大小，且被操纵至X-Y平面中的与工作表面212、312一致的的期望位置。
通过将建造模块200定位到多个建造模块开口392中的一个中来开始用于部件186的建造过程。可通过将建造模块200定位在各建造模块开口392中而将多个建造模块定位在旋转转台370上。如所例示的，旋转转台370包括八个建造模块开口392。应当理解的是，可基于旋转转台370的大小和应用来改变建造模块开口的数量。
图8，在建造模块200定位在建造模块开口392中的情况下，使旋转转台370旋转以将建造模块200定位在建造位置中，以便允许应用器316、粉末供应件314、和定向能量源372形成部件186。如上所述，建造平台220被移动至初始的高位置。初始高位置按照选定的层增量位于工作表面212的下面。促动粉末供应件314的计量阀396，以使预定量的粉末P从粉末供应件314掉落到工作表面312上。使应用器316移动跨过工作表面312和工作表面212，以在建造平台220的上方水平地铺开掉落的粉末P。任何过量的粉末P被沿工作表面212推且掉落到粉末回收容器222中。应用器316可被移动回至其初始位置。
定向能量源372用于熔化被建造的部件186的二维截面或层。定向能量源372发射射束“B”，且射束操纵设备374用于以适当的样式在暴露的粉末表面上方操纵射束B的焦点“Ｓ”。通过射束B将粉末P的暴露层加热至允许其熔化、流动和固化的温度。该步骤可称作使熔合粉末P。
按照层增量竖直朝下地移动建造平台220，且以类似的厚度应用粉末P的另一层。定向能量源372再次发射射束Ｂ，且射束操纵设备374用于以适当的样式在暴露的粉末表面上方操纵射束B的焦点Ｓ。通过射束B将粉末P的暴露层加热至允许其在顶层和较低的、之前凝固的层二者内熔化、流动、和固化的温度。
重复使建造平台220移动、应用粉末P、且然后定向能量熔化粉末P的该循环，直到整个部件186完成。
一旦部件186完成，则使旋转转台370旋转，以使建造模块200移离定向能量源372，以允许使用者从旋转转台370移除建造模块200且用另一建造模块200替换其。将部件186从建造模块200移除，且可准备建造模块200以建造另一部件186。应当理解的是，可将多个建造模块置于旋转转台370上，以便当一个部件186完成时，旋转转台370将另一建造模块200旋转到合适的位置，以完成另一部件186。
上述添加制造设备和方法具有胜过当前技术的若干优点。其与封闭的粉末处理系统兼容，消除对制作多个部件的大的开放粉末贮存器的需求，且在建造循环之后处理过量粉末时节省大量的劳动。
前面已描述添加制造设备和方法。在本说明书(包括任何附随的权利要求、说明书摘要和附图)中公开的所有特征，和/或由此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何结合(除了此种特征和/或步骤中的至少一些互斥的结合之外)的方式结合。
在本说明书(包括任何附随的权利要求、说明书摘要和附图)中公开的各特征可由用作相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非以其他方式特别地规定。因此，除非另外清楚地规定，否则公开的各特征仅为同等或类似特征的一般系列中的一个示例。
本发明不限于前述实施例限制的细节。本发明扩展在本说明书(包括任何附随的权利要求、说明书摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖特征或任何新颖的结合，或扩展至由此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖步骤或任何新颖的结合。

Claims (10)

1.一种添加制造设备，包括：
建造模块(10, 100, 200)，其包括建造室(18, 118, 150, 218)、和下列元件中的至少一个但少于全部：
(a)定向能量源(72, 372)；
(b)粉末供应件(14, 114, 314)；
(c)粉末回收容器(22, 122, 154, 222)；和
(d)粉末应用器(16, 116, 316)；和
工作站(71, 71')，其包括元件(a)-(d)中的不包括在所述建造模块(10, 100, 200)中的其余元件。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括输送机构(70, 370)，所述输送机构(70, 370)构造成使所述建造模块(10, 100, 200)移动到所述工作站(71, 71')中和外。
3.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述工作站(71, 71')包括封壳，所述封壳(71, 71')在尺寸方面设定为包封一个或更多个建造模块(10, 100, 200)；且
所述输送机构(70, 370)包括传送装置(70)或转台(370)，所述传送装置(70)或转台(370)部分地配置在所述封壳内且限定工作表面(312)，所述工作表面(312)构造成将所述建造模块(10, 100, 200)接收在其中。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述建造模块包括：
平面工作表面(12, 112, 212)，其具有与所述建造室(18, 118, 150, 218)连通的建造室开口；
外围壁(30, 130)，其与所述建造室(18, 118, 150, 218)相反地延伸越过工作表面(12, 112, 212)，以限定工作空间(32, 132)；和
窗(34,134)，其对辐射能量而言是可透过的，所述窗(34,134)跨越所述外围壁(30,130)，以封闭所述工作空间(32, 132)。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述工作站(71, 71')包括封壳，所述封壳在尺寸方面设定为包封所述建造模块(10, 100, 200)中的一个，所述封壳包括一个或更多个密封件(82, 84)，所述一个或更多个密封件(82, 84)构造成允许建造模块(10, 100, 200)行进穿过其。
6.一种添加制造设备，包括：
根据权利要求1的多个工作站(71, 71')和建造模块(10, 100, 200)；和
联接于所述工作站(71, 71')中的各个的以下中的至少一者的中央供应：电子中央控制器、防护气体、冷却流体、或通风。
7.一种添加制造方法，包括：
使具有建造室(18, 118, 150, 218)的建造模块(10, 100, 200)移动到工作站(71,71')中；
将粉末堆积到建造平台(20, 120, 152)上，所述建造平台(20, 120, 152配置在所述建造室(18, 118, 150, 218)中；
引导来自定向能量源(72, 372)的射束，以熔合所述粉末；
使所述平台(20, 120, 152)按照粉末的层增量在所述建造室(18, 118, 150, 218)内竖直朝下地移动；和
以循环的形式重复堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立部件，直到所述部件完成。
8.根据权利要求9所述的方法，还包括：
使所述建造模块(10, 100, 200)移动到所述工作站(71, 71')外；
使具有建造室(18, 118, 150, 218)的另一建造模块(10, 100, 200)移动到所述工作站(71, 71')中；
以循环的形式执行堆积、引导、和移动的步骤，以用逐层的方式建立随后的部件，直到所述随后的部件完成。
9.根据权利要求10所述的方法，其中，使用传送装置（70）或转台（370）将所述建造模块(10, 100, 200)移动到所述工作站(71, 71')中和外。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
提供多个工作站(71, 71')；和
使用中央系统来执行以下中的至少一者：控制所述多个工作站(71, 71')的操作、冷却各工作站(71, 71')的定向能量源(72, 372)、对所述多个工作站(71, 71')提供防护气体、对所述多个工作站(71, 71')提供通风。
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