CN107052333B - 用于加性制造的方法和连接支承 - Google Patents
用于加性制造的方法和连接支承 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107052333B CN107052333B CN201710073804.8A CN201710073804A CN107052333B CN 107052333 B CN107052333 B CN 107052333B CN 201710073804 A CN201710073804 A CN 201710073804A CN 107052333 B CN107052333 B CN 107052333B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- support
- fused
- powder
- perimeter
- additional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
- B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/25—Solid
- B29K2105/251—Particles, powder or granules
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
Abstract
本公开一般涉及在构建对象的过程中利用连接支承结构(230)的用于加性制造(AM)的方法以及将要用于这些AM过程内的新颖的连接支承结构。连接支承结构包含到对象(210)的两个熔合连接和熔合连接之间的轴线方向、围绕轴线方向的熔合材料的周长以及完全包围熔合材料的周长的未熔合粉末或空气。
Description
技术领域
本公开一般涉及在构建对象的过程中利用支承结构的用于加性制造(AM)的方法,以及将要用在这些AM过程内的新颖的支承结构。
背景技术
与减性(subtractive)制造方法形成对照,AM过程通常涉及一个或多个材料的积聚,其用来制作净形或者近净形(NMS)对象。虽然“加性制造”是工业标准术语(ASTMF2792),但是AM囊括在多种名称下已知的各种制造和原型制作技术,包含自由成型制作、3D印刷、快速原型制作/加工等。AM技术能够根据各种各样的材料来制作复合组件。通常,独立对象能够根据计算机辅助设计(CAD)模型来制作。一种特定类型的AM过程使用能量束、例如电子束或电磁辐射(例如激光束)来烧结或熔融粉末材料,从而创建固体三维对象,其中粉末材料的微粒结合在一起。例如工程塑料、热塑弹性体、金属和陶瓷的不同材料系统被使用。激光烧结或熔融是一种用于功能原型和工具的快速制作的著名AM过程。应用包含复杂加工件、熔模铸造的图案、注射模塑和拉模铸造的金属铸型以及砂型铸造的铸型和型芯的直接制造。用来增强设计周期期间的概念的传递和测试的原型对象的制作是AM过程的其他的常见使用。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔融和直接激光熔融是用来表示通过使用激光束烧结或熔融细粉来产生三维(3D)对象的常见工业术语。例如,美国专利号4863538和美国专利号5460758描述常规激光烧结技术。更准确来说,烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝聚)粉末的微粒,而熔融需要完全熔融粉末的微粒,以形成固体均质体。与激光烧结或激光熔融关联的物理过程包含到粉末材料的热传递,并且然后烧结或熔融粉末材料。虽然激光烧结和熔融过程能够应用于宽范围的粉末材料,但是尚未充分理解生产路线(route)的科学和技术方面、例如烧结或熔融速率以及在层制造过程期间的处理参数对微结构演进的影响。这种制作方法伴随有热、质量和动量传递的多种模式以及使过程极为复杂的化学反应。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)的示范常规系统100的截面图的示意图。设备100通过使用由源、例如激光器120所生成的能量束136烧结或熔融粉末材料(未示出)按照逐层方式来构建对象、例如部件122。将要由能量束所熔融的粉末由贮存器126来供应,并且使用在方向134上行进的重涂器臂116均匀遍布于构建板114之上,以将粉末保持在水平118处,并且将延伸于粉末水平118上方的多余粉末材料移除到废物容器128。能量束136烧结或熔融在检流计扫描仪132的控制下构建的对象的截面层。降低构建板114,并且另一个粉末层遍布于构建板和所构建的对象之上,后面是由激光器120对粉末的连续熔融/烧结。该过程重复进行,直到部件122由熔融/烧结的粉末材料完全构成。激光器120可由包含处理器和存储器的计算机系统来控制。计算机系统可确定每层的扫描图案,并且控制激光器120按照扫描图案来辐照粉末材料。在部件122的制作完成之后,各种后处理规程可应用于部件122。后处理规程包含通过例如吹风或真空处理来移除多余(access)粉末。其他后处理规程包含应力释放过程。另外,机械、热和化学后处理规程能够用来抛光部件122。
本发明人已经发现,上述加性制造过程可对具有大的高度与宽度纵横比的对象(例如高对象)造成困难。例如,高对象可易于受到来自重涂器臂的损坏,因为高对象可充当对于对象的下部施加力的杠杆。相应地,即使高对象连接到构建板或者以其他方式从下面垂直支承,高对象也可因横向力而翻倒或弯曲。
鉴于上述,能够领会,存在与AM技术关联的问题、缺陷或缺点,并且如果支承对象的改进方法和支承结构可用将会是合乎需要的。
发明内容
下面提出一个或多个方面的简化概述,以便提供对这类方面的基本理解。这个概述不是所有预期的方面的广泛概观,并且预计既不识别所有方面的关键或临界元素,也不描绘任何或所有方面的范围。其目的是要以简化形式提出一个或多个方面的一些概念,作为稍后提出的更详细描述的序言。
在一个方面中,本公开提供一种用于制作对象的方法。该方法包含:(a) 辐照粉末床中的粉末层,以形成熔合区域,(b) 通过使重涂器臂从粉末床的第一侧在粉末床之上经过来在粉末床之上提供随后的粉末层,以及(c) 重复步骤(a)和(b),直到对象和支承在粉末床中形成。支承包含到对象的两个熔合连接和熔合连接之间的轴线方向、围绕轴线方向的熔合材料的周长以及完全包围熔合材料的周长的未熔合粉末或空气。
在回顾随后的详细描述时,本发明的这些和其他方面将变得更全面理解。
本发明提供一组技术方案,如下:
1. 一种用于制作对象的方法,包括:
(a) 辐照粉末床(112)中的粉末层,以形成熔合区域;
(b) 通过使重涂器臂(116)从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供随后的粉末层;以及
(c) 重复步骤(a)和(b),直到所述对象(210)和支承(230)在所述粉末床中形成,
其中所述支承包含到所述对象的两个熔合连接和所述熔合连接之间的轴线方向、围绕所述轴线方向的熔合材料的周长以及完全包围熔合材料的所述周长的未熔合粉末或空气。
2. 如技术方案1所述的方法,还包括(d) 重复步骤(a)和(b),直到至少一个附加支承(240)在所述粉末床中形成,其中每个附加支承包含到所述对象的两个附加熔合连接和所述附加熔合连接之间的附加轴线方向、围绕所述附加轴线方向的熔合材料的附加周长以及完全包围熔合材料的所述附加周长的未熔合粉末或空气。
3. 如技术方案2所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度(216)处,并且每个附加熔合连接处于所述第一高度的倍数。
4. 如技术方案1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有顶部表面与底部表面之间的厚度(232),其小于所述两个熔合连接之间的所述支承的长度。
5. 如技术方案4所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度(216)处,并且其中所述第一高度大于熔合材料的周长的所述厚度(232)。
6. 如技术方案5所述的方法,其中,所述第一高度大于在所述轴线方向上跨所述对象的最小尺寸所测量的所述对象的宽度(214)。
7. 如技术方案6所述的方法,其中,所述第一高度与所述对象的所述宽度之间的比率为至少3.5。
8. 如技术方案1所述的方法,还包括:(d) 在所述对象和所述支承被连接的同时从所述粉末床移除所述对象和所述支承。
9. 如技术方案8所述的方法,还包括:(e) 从所述对象移除所述支承。
10. 如技术方案1所述的方法,其中,所述轴线方向与所述重涂器臂从所述粉末床的所述第一侧的移动方向(134)平行。
11. 如技术方案1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有与所述熔合连接的至少一个相邻的锥形端。
12. 如技术方案1所述的方法,其中,所述轴线方向与粉末层平行。
本发明提供另一组技术方案,如下:
1. 一种用于制作对象的方法,包括:
(a) 辐照粉末床中的粉末层,以形成熔合区域;
(b) 通过使重涂器臂从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供随后的粉末层;以及
(c) 重复步骤(a)和(b),直到所述对象和支承在所述粉末床中形成,
其中所述支承包含到所述对象的两个熔合连接和所述熔合连接之间的轴线方向、围绕所述轴线方向的熔合材料的周长以及完全包围熔合材料的所述周长的未熔合粉末或空气。
2. 如技术方案1所述的方法,还包括(d) 重复步骤(a)和(b),直到至少一个附加支承在所述粉末床中形成,其中每个附加支承包含到所述对象的两个附加熔合连接和所述附加熔合连接之间的附加轴线方向、围绕所述附加轴线方向的熔合材料的附加周长以及完全包围熔合材料的所述附加周长的未熔合粉末或空气。
3. 如技术方案2所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度处,并且每个附加熔合连接处于所述第一高度的倍数。
4. 如技术方案1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有顶部表面与底部表面之间的厚度,其小于所述两个熔合连接之间的所述支承的长度。
5. 如技术方案4所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度处,并且其中所述第一高度大于熔合材料的周长的所述厚度。
6. 如技术方案5所述的方法,其中,所述第一高度大于在所述轴线方向上跨所述对象的最小尺寸所测量的所述对象的宽度。
7. 如技术方案6所述的方法,其中,所述第一高度与所述对象的所述宽度之间的比率为至少3.5。
8. 如技术方案1所述的方法,还包括:(d) 在所述对象和所述支承被连接的同时从所述粉末床移除所述对象和所述支承。
9. 如技术方案8所述的方法,还包括:(e) 从所述对象移除所述支承。
10. 如技术方案1所述的方法,其中,所述轴线方向与所述重涂器臂从所述粉末床的所述第一侧的移动方向平行。
11. 如技术方案1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有与所述熔合连接的至少一个相邻的锥形端。
12. 如技术方案1所述的方法,其中,所述轴线方向与粉末层平行。
附图说明
图1是示出用于加性制造的常规设备的示例的示意图。
图2图示按照本发明的方面、经由支承连接到第二对象的第一对象的示例的示意侧视图。
图3图示按照本发明的方面、由支承所连接的两个对象的另一个示例的透视图。
图4图示图3的对象的侧视图。
图5图示按照本发明的方面、由支承所连接的对象和支承结构的示例的截面图。
具体实施方式
以下结合附图所阐述的详细描述预计为各种配置的描述,而不是预计表示其中可实施本文所述概念的唯一配置。详细描述包含具体细节用于提供对各种概念的彻底理解的目的。但是,在没有这些具体细节的情况下也可实施这些概念对本领域技术人员将是显而易见的。在一些实例中,以框图的形式示出众所周知的组件,以便避免模糊这类概念。
图2是在概念上图示经由支承230、240连接到第二对象220的第一对象210的示例的简图。例如,简图表示第一对象210和第二对象220的截面图。在一个方面中,第一对象210具有总高度212和恒定宽度22。例如,总高度212与宽度220的纵横比在一个方面中是从大约15:1至大约2:1、在另一方面中是从大约12:1至4:1以及在另一方面中为大约10:1至大约6:1。优选地,对象的纵横比可以为大约3.5或以上。也就是说,对象的高度是其宽度的许多倍。
第一对象210和第二对象220可按照AM过程来制造。例如,可使用图1的设备100和上述方法。在这种类型的AM过程中,通过有选择地烧结或熔融形成对象210和/或对象220的区域中的粉末区,来逐层构建对象210和对象220。通过熔融或烧结对象210的位置中的粉末的附加区域,对象210与对象220同时构建。此外,可通过熔融或烧结对象210与对象220之间的位置中的粉末的附加区域,在一个或多个粉末层中构建支承230和240。
例如,由于逐层构建第一对象210,所以当高度达到水平216时,对象210的高度与宽度纵横比超过阈值。在一个方面中,阈值在一个方面中为大约2至大约5、在另一方面中是从3至大约4以及在另一方面中为大约3.2至大约3.8。阈值取决于诸如被熔融的粉末材料、熔融温度和冷却时间的因素。
设备100构建在水平216处将对象210与对象220相连接的支承230。如所图示,支承230可以是跨越对象210与对象220之间的水平距离的水平支承。在一个方面中,支承230可包含水平层,其中沿轴线方向的至少一个粉末线在对象210与对象220之间熔合。支承230包含两个熔合连接,其中支承230连接到对象210和对象230的每个。支承还包含熔合连接之间的轴线方向以及围绕轴线方向的熔合材料的周长。除了在支承230被熔合到对象210和对象220的位置之外支承230通过粉末来包围。熔合材料的周长通过粉末完全包围。换言之,粉末位于支承230的上方和下方以及支承230的每侧。当从粉末移除对象210和对象220时,支承230和/或熔合材料的周长通过空气来包围。支承230具有熔合材料的周长的顶部表面和底部表面之间的厚度232。厚度232可小于水平216。例如,厚度232可等于递增粉末层的高度。在另一方面中,厚度232小于对象210与对象220之间的支承230的长度。
由于设备100继续逐层构建第一对象210,所以当高度达到水平218时,从水平216到水平218所测量的对象210的高度与宽度纵横比超过阈值。设备100构建在水平218处将对象210与对象220相连接的支承240。如所图示,支承240与支承230类似。此外,由于宽度214是恒定的,所以水平216等于水平218与水平216之间的差。换言之,水平218是水平216的倍数。相应地,支承230和240以规则的间隔来构建。附加支承可根据总高度212以规则的间隔来构建。
在另一方面中,对象220包含第一部分222和第二部分224。第一部分222和第二部分224最终连接,但是由于对象220被逐层构建,所以第一部分222和第二部分224是分离的。在一个方面中,第二部分224具有宽度226。如所图示,例如,第二部分224具有到它接合第一部分222的点的总高度212。当第二部分224达到水平228时,第二部分224的高度与宽度纵横比超过阈值。例如,如所图示,宽度226大于宽度214,以及水平228大于水平216。在一个方面中,支承250在水平228处来构建。支承250与支承230类似,但是跨越第二部分224与第一部分222之间的水平距离。相应地,当构建对象220时,支承对象220的不同部分。在另一方面中,设备100在将第二部分的总高度212划分为相等子部分使得每个子部分的高度与宽度纵横比小于阈值的水平处来构建支承260。
图3图示由支承330连接到对象320的对象310的另一个示例。在一个方面中,对象310具有大的高度与宽度纵横比的高的几何结构。在一个方面中,重涂器116在与对象310的最小尺寸平行的方向上移动。重涂器116可接触对象310的顶部或者以其他方式对于对象310施加横向力。例如,重涂器116可使粉末移动并且对于对象310施加力。在一个方面中,设备100以规则的间隔来构建支承330,使得先前支承330上方的对象310的一部分的高度与宽度纵横比小于阈值。支承310抵抗由重涂器116所施加的横向力。因为先前支承上方的对象的部分小于阈值,所以先前支承上方的对象的部分不可能翻倒、弯曲或者以其他方式遭受来自横向力的损坏。
图4图示由支承330所连接的示例对象310和对象320的另一个视图。
图5图示包含圆柱构件512和514的对象510的支承结构520的垂直截面图的示例。对象510和支承结构520可具有在轴线530处的中心。圆柱构件512面朝下并且形成环形。第二圆柱构件514形成经由对象510连接到圆柱构件512的同心环。支承结构520通常可从平台114一直构建到对象500的每个部分开始的层。例如,支承结构520包含分别垂直支承圆柱构件512和514的支承522和524。在一个方面中,圆柱构件512、514或支承522、524具有大的高度与宽度纵横比。在一个方面中,对象510是第一结构,并且支承结构520可被认为是一个或多个第二结构。在一个方面中,水平支承540、542、544、546、548、560支承具有超过阈值的高度与宽度纵横比的对象510或支承结构520的部分。水平支承在一个或多个水平层中形成。如所图示,例如,水平支承540、542、544、546、548、560具有锥形端,其限制到对象510和支承结构520的连接区,以促进水平支承的移除。水平支承540、546将支承结构520的支承522连接到支承524。水平支承542、548将支承结构520的支承524连接到对象510的圆柱构件512。水平支承544、560将对象510的圆柱构件512连接到对象510的圆柱构件514。除了支承被连接到对象510或支承结构520的位置之外,水平支承540、542、544、546、548、560的每个通过粉末来包围。在一个方面中,水平支承与重涂器方向134平行地构建。例如,水平支承540和546是提供针对在重涂器方向134上移动的支承的细线。例如,水平支承540和546具有类似的高度和宽度。水平支承540和546没有被连接,即使它们至少部分在相同层中构建。
当变得必需从对象移除水平支承时,操作员可施加力以使水平支承脱离。支承可通过机械规程(例如扭曲、折断、切割、研磨、锉削或抛光)来移除。另外,热和化学后处理规程可用来抛光对象。水平支承从对象的移除可在对象从粉末床的移除时或在其期间立即进行。备选地,水平支承可在后加工步骤的任一个之后移开。例如,对象和支承结构可经受后退火加工和/或化学加工,并且然后接着从对象和/或构建板移除。
虽然提供了支承结构和对象的若干示例,但是应当显而易见的是,其他对象可按照本公开来构建。例如,具有大的高度与宽度的纵横比的任何对象可通过所公开的支承结构的一个或多个来支承。在一个方面中,所公开的支承结构用来制造飞机的部件。例如,与美国专利号9188341所公开的燃料喷嘴类似的燃料喷嘴可使用本文所公开的支承结构来制造。
在一个方面中,以上所述的多个支承可结合用来支承对象的制作、防止对象的移动和/或控制对象的热性质。也就是说,使用加性制造来制作对象可包含下列一个或多个的使用:脚手架、系紧支承、脱离支承、横向支承、共形(conformal)支承、连接支承、包围支承、键槽支承、可折断支承、前缘支承或粉末移除端口。下列专利申请包含这些支承及其使用方法的公开:
美国专利申请号15/042,019,标题为“METHOD AND CONFORMAL SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00008,并且2016年2月11日提交;
美国专利申请号15/041,973,标题为“METHODS AND SURROUNDING SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00010,并且2016年2月11日提交;
美国专利申请号15/042,010,标题为“METHODS AND KEYWAY SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00011,并且2016年2月11日提交;
美国专利申请号15/042,001,标题为“METHODS AND BREAKABLE SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00012,并且2016年2月11日提交;
美国专利申请号15/041,911,标题为“METHODS AND LEADING EDGE SUPPORTS FORADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00014,并且2016年2月11日提交;以及
美国专利申请号15/041,980,标题为“METHOD AND SUPPORTS WITH POWDERREMOVAL PORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING”,具有律师档案号 037216.00015,并且2016年2月11日提交。
这些申请的每个的公开在其公开附加支承结构(其能够与本文所公开的支承结构结合使用以制作其他对象)的程度上全部结合到本文中。
另外,脚手架包含在对象下面构建的支承,其用来提供对于对象的垂直支承。脚手架可由例如按照蜂窝图案的互连支承来形成。在一个方面中,脚手架可以是固体,并且包含固体部分。脚手架在各个位置处接触对象,从而为将要在脚手架上方所构成的对象提供承载支承。支承结构与对象之间的接触还防止对象的横向移动。
系紧支承防止较薄的平坦对象或者对象的至少第一部分(例如第一层)在构建过程期间移动。较薄的对象易于扭曲或剥离。例如,热耗散可使薄对象在它冷却时扭曲。作为另一个示例,重涂器可使横向力施加到对象,这在一些情况下升高对象的边缘。在一个方面中,系紧支承在对象下面来构建,以便将对象系紧到锚定表面(anchor surface)。例如,系紧支承可从锚定表面、例如平台垂直延伸到对象。通过在对象下面的每层中的特定位置处熔融粉末来构建系紧支承。系紧支承连接到平台和对象(例如在对象的边缘),从而防止对象扭曲或剥离。系紧支承可在后处理规程中从对象移除。
脱离支承结构减少支承结构与对象之间的接触区。例如,脱离支承结构可包含各通过空间所分隔的单独部分。空间可减少脱离支承结构的总大小以及制作脱离支承结构中消耗的粉末量。此外,部分的一个或多个可具有与对象的减小的接触表面。例如,支承结构的一部分可具有点式接触表面,其更易于在后处理期间从对象移除。例如,具有点式接触表面的部分将在点式接触表面处脱离对象。点式接触表面仍然提供如下功能:提供承载支承并且将对象系紧以防止扭曲或剥离。
横向支承结构用来支承垂直对象。对象可具有较高的高与宽纵横比(例如大于1)。也就是说,对象的高度是其宽度的许多倍。横向支承结构位于对象的一侧。例如,对象和横向支承结构在相同的层中以包含对象的一部分和横向支承结构的一部分的每层中的扫描图案构建。横向支承结构与对象分隔(例如通过每层中的未熔融粉末的一部分)或者通过脱离支承结构来连接。相应地,横向支承结构可易于在后处理期间从对象移除。在一个方面中,横向支承结构在应用附加粉末时提供针对由重涂器所施加的力的支承。通常,由重涂器所施加的力在重涂器平整附加粉末层时是在重涂器的移动的方向上。相应地,横向支承结构从对象在重涂器的移动的方向上构建。此外,横向支承结构可在底部处比在顶部处要宽。更宽的底部为横向支承结构提供用来抵抗由重涂器所生成的任何力的稳定性。
此外,一种制作对象的方法可包含连续、并发或交替熔融粉末以形成多个支承的部分,如上所述。另外,对于使用多个支承所制作的对象,后处理规程可包含移除每个支承。在一个方面中,支承结构可包含如本文所述的不同类型的多个支承。多个支承可直接地或者经由对象彼此连接。特定对象的支承的选择可基于本文所述的因素(例如形状、纵横比、取向、热性质等)。
本书面描述使用包含优选实施例的示例来公开本发明,并且还使本领域的技术人员能够实施本发明,包含制作和使用任何装置或系统,以及执行任何结合方法。本发明的可取得的专利范围由权利要求书来定义,并且可包含本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元,或者如果它们包含具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元,则预计它们处于权利要求的范围之内。来自所述的各个实施例的方面以及每个这种方面的其他已知等效体能够由本领域的技术人员来混合和匹配,以构成按照本申请的原理的附加实施例和技术。
Claims (14)
1.一种用于制作对象的方法,包括:
(a) 辐照粉末床中的粉末层,以形成熔合区域;
(b) 通过使重涂器臂从所述粉末床的第一侧在所述粉末床之上经过来在所述粉末床之上提供随后的粉末层;以及
(c) 重复步骤(a)和(b),直到所述对象和支承在所述粉末床中形成,
其中所述支承包含分别连接到所述对象的两个部分或分别连接到所述对象和另一对象的两个熔合连接、所述两个熔合连接之间的轴线方向、围绕所述轴线方向的熔合材料的周长、以及完全包围熔合材料的所述周长的未熔合粉末或空气。
2. 如权利要求1所述的方法,还包括(d) 重复步骤(a)和(b),直到至少一个附加支承在所述粉末床中形成,其中每个附加支承包含到所述对象的两个附加熔合连接和所述两个附加熔合连接之间的附加轴线方向、围绕所述附加轴线方向的熔合材料的附加周长以及完全包围熔合材料的所述附加周长的未熔合粉末或空气。
3.如权利要求2所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度处,并且每个附加熔合连接处于所述第一高度的倍数。
4.如权利要求1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有顶部表面与底部表面之间的厚度,其小于所述两个熔合连接之间的所述支承的长度。
5.如权利要求4所述的方法,其中,到所述对象的所述两个熔合连接处于第一高度处,并且其中所述第一高度大于熔合材料的周长的所述厚度。
6.如权利要求5所述的方法,其中,所述第一高度大于在所述轴线方向上跨所述对象的最小尺寸所测量的所述对象的宽度。
7.如权利要求6所述的方法,其中,所述第一高度与所述对象的所述宽度之间的比率为至少3.5。
8. 如权利要求1所述的方法,还包括:(d) 在所述对象和所述支承被连接的同时从所述粉末床移除所述对象和所述支承。
9. 如权利要求8所述的方法,还包括:(e) 从所述对象移除所述支承。
10.如权利要求1所述的方法,其中,所述轴线方向与所述重涂器臂从所述粉末床的所述第一侧的移动方向平行。
11.如权利要求1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有与所述两个熔合连接的至少一个相邻的锥形端。
12.如权利要求1所述的方法,其中,所述轴线方向与粉末层平行。
13.如权利要求1所述的方法,其中,所述两个部分是第一部分和第二部分,其中所述支承跨越所述第一部分和所述第二部分之间的水平距离。
14.如权利要求1所述的方法,其中,熔合材料的所述周长具有与所述熔合连接相邻的锥形端。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/042,024 US10486362B2 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Method and connecting supports for additive manufacturing |
US15/042024 | 2016-02-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107052333A CN107052333A (zh) | 2017-08-18 |
CN107052333B true CN107052333B (zh) | 2020-04-03 |
Family
ID=58043884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710073804.8A Active CN107052333B (zh) | 2016-02-11 | 2017-02-10 | 用于加性制造的方法和连接支承 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10486362B2 (zh) |
EP (1) | EP3205424B1 (zh) |
JP (1) | JP6500047B2 (zh) |
CN (1) | CN107052333B (zh) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10583606B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-03-10 | General Electric Company | Method and supports with powder removal ports for additive manufacturing |
US10549478B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-02-04 | General Electric Company | Methods and surrounding supports for additive manufacturing |
US10799951B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-10-13 | General Electric Company | Method and conformal supports for additive manufacturing |
US10744713B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-08-18 | General Electric Company | Methods and breakable supports for additive manufacturing |
US10391753B2 (en) | 2016-02-11 | 2019-08-27 | General Electric Company | Methods and keyway supports for additive manufacturing |
US10357828B2 (en) | 2016-02-11 | 2019-07-23 | General Electric Company | Methods and leading edge supports for additive manufacturing |
US10831180B2 (en) * | 2016-02-25 | 2020-11-10 | General Electric Company | Multivariate statistical process control of laser powder bed additive manufacturing |
US10471695B2 (en) | 2016-10-26 | 2019-11-12 | General Electric Company | Methods and thermal structures for additive manufacturing |
EP3466651A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-10 | CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH | Method for operating at least one apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects |
US11420396B2 (en) * | 2017-10-31 | 2022-08-23 | Hewlett-Packard Development Co., L.P. | 3D object parts and cage fabrication |
US11364543B2 (en) * | 2018-04-30 | 2022-06-21 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printed component setter generation |
EP3807078A1 (en) * | 2018-06-15 | 2021-04-21 | 3M Innovative Properties Company | A method of building up a physical object by additive manufacturing |
US11117329B2 (en) | 2018-06-26 | 2021-09-14 | General Electric Company | Additively manufactured build assemblies having reduced distortion and residual stress |
US10967580B2 (en) | 2018-09-18 | 2021-04-06 | General Electric Company | Support structures for additively-manufactured components and methods of securing a component to a build platform during additive manufacturing |
US11534961B2 (en) | 2018-11-09 | 2022-12-27 | General Electric Company | Melt pool monitoring system and method for detecting errors in a multi-laser additive manufacturing process |
US11440097B2 (en) | 2019-02-12 | 2022-09-13 | General Electric Company | Methods for additively manufacturing components using lattice support structures |
US11285540B2 (en) | 2020-03-06 | 2022-03-29 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Method for manufacturing parts or devices and forming transition layers facilitating removal of parts and devices from build-plates |
US11371702B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-06-28 | General Electric Company | Impingement panel for a turbomachine |
US11994293B2 (en) | 2020-08-31 | 2024-05-28 | General Electric Company | Impingement cooling apparatus support structure and method of manufacture |
US11460191B2 (en) | 2020-08-31 | 2022-10-04 | General Electric Company | Cooling insert for a turbomachine |
US11614233B2 (en) | 2020-08-31 | 2023-03-28 | General Electric Company | Impingement panel support structure and method of manufacture |
US11994292B2 (en) | 2020-08-31 | 2024-05-28 | General Electric Company | Impingement cooling apparatus for turbomachine |
US11420383B2 (en) * | 2020-09-08 | 2022-08-23 | General Electric Company | System and method for additively manufacturing components using containment walls |
US11255545B1 (en) | 2020-10-26 | 2022-02-22 | General Electric Company | Integrated combustion nozzle having a unified head end |
CN114670449B (zh) * | 2022-03-24 | 2023-08-11 | 南京铖联激光科技有限公司 | 一种3d打印机粉末前处理装置 |
US11767766B1 (en) | 2022-07-29 | 2023-09-26 | General Electric Company | Turbomachine airfoil having impingement cooling passages |
JP7287732B1 (ja) * | 2022-10-25 | 2023-06-06 | 株式会社松浦機械製作所 | 三次元成形方法 |
Family Cites Families (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1504603A (en) * | 1920-01-30 | 1924-08-12 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Signal light |
US4863538A (en) | 1986-10-17 | 1989-09-05 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for producing parts by selective sintering |
US5460758A (en) | 1990-12-21 | 1995-10-24 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Method and apparatus for production of a three-dimensional object |
DE4436695C1 (de) | 1994-10-13 | 1995-12-21 | Eos Electro Optical Syst | Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes |
US5529471A (en) | 1995-02-03 | 1996-06-25 | University Of Southern California | Additive fabrication apparatus and method |
US5837960A (en) | 1995-08-14 | 1998-11-17 | The Regents Of The University Of California | Laser production of articles from powders |
US6471800B2 (en) | 2000-11-29 | 2002-10-29 | Nanotek Instruments, Inc. | Layer-additive method and apparatus for freeform fabrication of 3-D objects |
US20020171177A1 (en) | 2001-03-21 | 2002-11-21 | Kritchman Elisha M. | System and method for printing and supporting three dimensional objects |
DE10219983B4 (de) | 2002-05-03 | 2004-03-18 | Bego Medical Ag | Verfahren zum Herstellen von Produkten durch Freiform-Lasersintern |
US7435072B2 (en) | 2003-06-02 | 2008-10-14 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Methods and systems for producing an object through solid freeform fabrication |
US6995334B1 (en) | 2003-08-25 | 2006-02-07 | Southern Methodist University | System and method for controlling the size of the molten pool in laser-based additive manufacturing |
GB0715621D0 (en) * | 2007-08-10 | 2007-09-19 | Rolls Royce Plc | Support architecture |
US9188341B2 (en) | 2008-04-11 | 2015-11-17 | General Electric Company | Fuel nozzle |
FR2962061B1 (fr) | 2010-07-01 | 2013-02-22 | Snecma | Procede de fabrication d'une piece metallique par fusion selective d'une poudre |
BE1020619A3 (nl) * | 2011-02-04 | 2014-02-04 | Layerwise N V | Werkwijze voor het laagsgewijs vervaardigen van dunwandige structuren. |
US8506836B2 (en) | 2011-09-16 | 2013-08-13 | Honeywell International Inc. | Methods for manufacturing components from articles formed by additive-manufacturing processes |
JP5772668B2 (ja) | 2012-03-08 | 2015-09-02 | カシオ計算機株式会社 | 3次元造形方法及び造形物複合体並びに3次元造形装置 |
JP6378688B2 (ja) | 2012-11-01 | 2018-08-22 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 付加製造方法および装置 |
DE102013203938A1 (de) | 2013-03-07 | 2014-09-25 | Airbus Operations Gmbh | Generatives Schichtaufbauverfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts und dreidimensionales Objekt |
US9767224B2 (en) | 2013-05-13 | 2017-09-19 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Systems and methods for designing and fabricating contact-free support structures for overhang geometries of parts in powder-bed metal additive manufacturing |
JP6270353B2 (ja) | 2013-06-28 | 2018-01-31 | シーメット株式会社 | 三次元造形体およびサポート形成方法 |
US10543549B2 (en) | 2013-07-16 | 2020-01-28 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing system for joining and surface overlay |
US8974213B1 (en) | 2013-09-02 | 2015-03-10 | Massivit 3D Printing Technologies Ltd | Large shells manufacturing apparatus |
GB201316670D0 (en) * | 2013-09-19 | 2013-11-06 | 3T Rpd Ltd | manufacturing method |
FR3024060B1 (fr) | 2014-07-28 | 2021-01-29 | Michelin & Cie | Procede de fabrication additive a base de poudre d'une piece, notamment d'une lamelle de garniture pour moule de pneumatiques, et d'un element de renfort associe |
GB201504603D0 (en) * | 2015-03-18 | 2015-05-06 | Materials Solutions | Additive manufacturing |
US10549478B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-02-04 | General Electric Company | Methods and surrounding supports for additive manufacturing |
US10583606B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-03-10 | General Electric Company | Method and supports with powder removal ports for additive manufacturing |
US10357828B2 (en) | 2016-02-11 | 2019-07-23 | General Electric Company | Methods and leading edge supports for additive manufacturing |
US10391753B2 (en) | 2016-02-11 | 2019-08-27 | General Electric Company | Methods and keyway supports for additive manufacturing |
US10744713B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-08-18 | General Electric Company | Methods and breakable supports for additive manufacturing |
US10799951B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-10-13 | General Electric Company | Method and conformal supports for additive manufacturing |
-
2016
- 2016-02-11 US US15/042,024 patent/US10486362B2/en active Active
-
2017
- 2017-02-09 JP JP2017021832A patent/JP6500047B2/ja active Active
- 2017-02-10 CN CN201710073804.8A patent/CN107052333B/zh active Active
- 2017-02-10 EP EP17155576.6A patent/EP3205424B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017165095A (ja) | 2017-09-21 |
CN107052333A (zh) | 2017-08-18 |
US20170232683A1 (en) | 2017-08-17 |
US10486362B2 (en) | 2019-11-26 |
EP3205424A1 (en) | 2017-08-16 |
JP6500047B2 (ja) | 2019-04-10 |
EP3205424B1 (en) | 2023-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107052333B (zh) | 用于加性制造的方法和连接支承 | |
CN107414077B (zh) | 用于加性制造的方法及共形支撑 | |
CN110744056B (zh) | 用于加性制造的方法及键槽支架 | |
CN115673337A (zh) | 用于加性制造的方法和前缘支承 | |
CN114516167A (zh) | 用于加性制造的方法和包围支承 | |
EP3205422B1 (en) | Methods and breakable supports for additive manufacturing | |
CN107052336B (zh) | 用于加性制造的方法和具有粉末移除端口的支承 | |
CN109475940B (zh) | 用于增材制造的使用虚幻支承件的方法 | |
CN110087804B (zh) | 用于增材制造的方法及热结构 | |
US11173668B2 (en) | Methods and rail supports for additive manufacturing | |
US20180154441A1 (en) | Methods and table supports for additive manufacturing | |
CN110121406B (zh) | 用于增材制造的方法及辐条支撑件 | |
US20190009368A1 (en) | Methods and support structures leveraging grown build envelope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |