CN107876760B - 用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置(10)，所述装置包括同心且限定环形粉末沉积区域(A)的内环形壁(12)和外环形壁(14)，以及包括粉末分配器(16)，该粉末分配器(16)能够围绕内、外环形壁(12,14)的轴线(X)旋转。粉末分配器(16)包括在内环形壁(12)和外环形壁(14)之间延伸并与内、外环形壁(12,14)的径向方向(R)形成角度(α)的刮器(18)。

Description

用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置
技术领域
本发明涉及通过选择性地熔化粉末来制造构件，具体地涉及一种用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置。一般地，术语"环形件"用来指具有圆环形截面的任何筒形件或截头圆锥体或其它回旋体。
背景技术
在选择性地烧结粉末之前，通过选择性地熔化粉末来制造构件要求沉积一层厚度均匀(即，没有任何局部多余厚度或短缺)的粉末层。构件的质量具体取决于待烧结的粉末层的厚度均匀性质量。这个问题对于环形件来说尤其敏感，特别是当粉末分配器旋转并其环形路径在开始的地方结束。这导致(连接)区域的粉末层厚度均匀性特别难以实现。因此，需要解决此问题。
发明内容
一个实施例提供了一种用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置，该装置包括同心并且限定了环形粉末沉积区域的内环形壁和外环形壁，以及包括粉末分配器，该粉末分配器可以围绕内环形壁、外环形壁的轴线旋转运动，且该粉末分配器包括刮器，该刮器在内环形壁和外环形壁之间延伸并与内环形壁、外环形壁的径向方向形成角度。
两个环形壁是同心的并具有公共轴线，该公共轴线限定轴向(以下称为“所述”轴线)。当然可以理解的，径向是垂直于公共轴线的方向。方位角(或周向)方向对应于描述围绕轴向方向的环的方向。轴向、径向和方位角方向分别对应于由圆柱形坐标系中的高度、半径和角度限定的方向。此外，除非另有规定，形容词“内”和“外”参照径向使用，使得内元件(即，径向内元件)比外元件(即径向外元件)更接近轴线。
可以理解，两个环形壁限定了一个环形区域，在该环形区域中通过使用粉末分配器沉积一层粉末。刮器在内环形壁和外环形壁之间延伸，以刮除和除去多余的粉末以使粉末层的厚度均匀。因此，可以理解，刮器至少从一个环形壁延伸到另一个环形壁。例如，刮器相对于环形区域延伸超出一个环形壁，或者相对于环形区域甚至超出两个环形壁。
还可以理解，粉末分配器围绕环形壁的公共轴线(即，围绕轴向方向)旋转，即可沿着方位角方向平移地移动。此外，刮器与径向方向形成一角度。因此可以理解，刮器不垂直于方位角方向。
通过由刮器相对于径向方向形成的角度，多余的粉末被横向、例如向外移除。这使得可以将粉末均匀地铺展在环形区域上，并且将剩余的粉末朝向环形区域的内部或外部排出。因此，当刮器返回已经经过的部位时，确保不再有任何剩余的粉末，使得粉末层不会被第二次通过而降低品质。因此，分配器的方位角行程的开始和结束之间的“粉末连接”与环形粉末层的其余部分是均匀的，因此该层呈现在其整个范围上均匀的厚度。
在一些实施例中，刮器与环形壁的径向方向之间的角度严格地大于0°(零角度角)和小于或等于30°(30度角)。
换句话说，由刮器相对于径向方向形成的角度不为零(即严格为正)，并且最多等于30°。因此，在刮器和径向方向之间形成的角度满足以下关系：
0°<α≤30°
这种角度有助于横向移除多余的粉末，从而填充由局部的粉末不足形成的任何凹陷。
在一些实施例中，刮器包括至少两个刀片，即粗刀片和精刀片。
例如，当考虑分配器的行进方向时，粗刀片位于精刀片的前方。因此，粗刀片首先经过粉末层，然后是精刀片。例如，粗刀片的轴向的远端相对于精刀片的轴向的远端被向后设定在0.01mm～0.04mm的范围内。例如，粗刀片和精刀片是平行的。例如，粗刀片和精刀片具有不同的弯曲刚度，例如，粗刀片比精刀片刚性更低。
粗刀片用于去除粉末剩余，而精刮器用于通过适当地对粉末层的表面作光滑加工并通过除去残留的粉末剩余来最终确定粉末层的表面状态。这种两种片式刮器用于同时优化粉末剩余的去除以及优化粉末层厚度的均匀性。
在一些实施例中，粉末分配器包括在内环形壁和外环形壁之间延伸的粉末分配孔。
因此可以理解，粉末分配孔(以下称为“孔”)从内环形壁到外环形壁覆盖环形区域。这使得可以在环形区域的整个方位角长度上沿径向以基本均匀的方式沉积粉末，从而提高由分配器孔沉积的粉末层厚度的均匀性。
可以理解，存在由粉末分配孔沉积的粉末产生的“初始”粉末层，以及通过将刮器通过初始粉末层而产生的“最终”粉末层。自然地，初始层的厚度越均匀，则最终层的厚度越均匀。
在一些实施例中，粉末分配孔与环形壁的径向方向形成一角度。
这使得可以通过相对于径向方向形成一个角度来定向粉末沉积前沿，从而有助于通过刮器去除剩余的粉末。例如，孔与径向方向之间的角度以与刮器相对于径向方向的角度相同的方式取向。例如，孔与径向方向形成的角度与由刮器与径向方向形成的角度相同。作为示例，这可以通过将刮器安装在限定孔的环形壁上来实现。
在一些实施例中，粉末分配孔与环形壁的径向方向之间的角度严格地大于0°且小于或等于30°。
在一些实施例中，粉末分配孔的截面在径向方向上加大。
因此可以理解，距轴线的距离越大，分配孔的截面越大。这使得可以以环形区域内半径的函数对由孔沉积的粉末的量进行调节。例如，孔的截面使得每单位面积分布的粉末量相同，而与所讨论的径向位置无关。因此，每单位面积分布的粉末量相对于环形区域的内和外侧是相同的。这使得可以提高粉末层的厚度的均匀性。
在一些实施例中，粉末分配孔的开口以这样的方式被控制，使得粉末分配孔能够打开或关闭，或者处于打开位置和关闭位置之间的位置。这提供了对粉末输送速率的良好调整，特别是以体积和/或扩散速度的局部要求为函数。
在一些实施例中，粉末分配器包括粉末罐。
结合在分配器中的这种粉末罐使得可以确保粉末被连续地和不间断地进料，从而提高粉末沉积的均匀性。
在一些实施例中，该装置包括内沟槽和外沟槽以用于回收粉末，各沟槽布置在环形粉末沉积区域的外侧，内沟槽相邻于内环形壁的远端布置，而外沟槽相邻于外环形壁的远端布置。
术语“相邻于远端”表示沟槽处于与所讨论的环形壁的远端相同的轴向水平位置或者其下方而相邻于所讨论的环形壁。各沟槽可以布置在环形壁的远端下方最多10毫米处。例如，在操作中，刮器可以在轴向与内环形壁的和外环形壁的远端接触，从而将粉末直接除去到沟槽中。这样的沟槽使得以这种方式去除的剩余粉末更容易重新获得和回收。这也可以控制剩余粉末的回收，并且避免在层上无意中发现所有或一些剩余的粉末，从而降低其均匀性和其厚度的均匀性。
在一些实施例中，该装置包括粉末抽吸和再循环系统，该系统构造成吸收在内、外槽中回收的粉末并将其输送到粉罐。
自然地，粉末罐可以是辅助罐，或者它可以是用于向分配器的罐供给粉末的主粉末供应罐。这使得可以回收粉末，并在随后的步骤中重新使用它。因此，该装置更经济并且可以操作更长时间。
这也使得可以以自动方式回收去除的剩余粉末，从而最小化手动干预，从而最小化可能降级粉末层的错误操作的风险。这间接地用于改善粉末层厚度的均匀性和均匀性。
附图说明
在阅读作为非限制性实施例给出的本发明的各种实施方案的以下详细描述后，可以更好地理解本发明及其优点。说明书参考附图，附图中：
图1示出一种用于通过选择性熔化粉末来制造环形件的装置的俯视图；
图2示出沿图1的装置沿图1的平面II剖切的剖视图；
图3示出粉末分配器沿图2的平面III剖切的剖视图；以及
图4示出沿着图3的箭头IV看的粉末分配器。
具体实施方式
图1和2示出用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置10。通常，作为一般的规则，粉末是通过一个或多个激光头或通过电子束烧结的金属粉末。因此，沉积粉末层之间存在着交替，然后，借助激光头或电子束选择性地烧结粉末层。这是已知的现有技术，并因此不在本发明中描述。
装置10具有内环形壁12和外环形壁14，限定了用于沉积粉末的一个环形区域A。环形壁12和14是同心的，具有限定轴向方向x的公共轴线x。径向和方位角方向分别由箭头R和Z代表。如图2所示，环形壁12和14被安装成相对于基部50静止，托盘52设置在所述环形区域A中。托盘52安装在支承件54上并在轴向方向X上可滑动。托盘52形成底部。因此，在开始操作时，托盘52被定位成从环形壁12和14的端部12A和14A稍微向后，并沉积第一层粉末，然后烧结。然后，支撑件54在图2中向下移动，使得托盘52远离环形壁12和14的端部12A和14A移动，从而产生新的空间，用于接收新一层粉末。此后，新一层粉末沉积并然后烧结，以及再次向下移动台等。在图2中，可以看到当构件70被制造为具有被沉积的粉末层80时有一个中间步骤。应该注意，残余粉末(即非烧结粉末)被捕获在被制造件70与环形壁12和14之间。为了清楚地描述，构件70在本实施例中为环形筒，然而，当然也可以考虑任何其它形状，特别是一种复杂的形状，例如带刀片的转子轮或一组导向刀片。
粉末分配器16可围绕轴线x旋转运动，在此实例中，粉末分配器16安装在臂的端部19。如图3中可见，分配器16包括刮器18和粉末槽罐20。
图1中，刮器18被画成不连续线。刮器18和径向方向R(臂16沿径向方向延伸)之间的角度等于10°(10度角度)。
在本实例中，参照图3，刮器18包括两个平行的刀片，即粗刀片18A和精刀片18B。粗刀片18A的远端相对于精刀片18B的远端向后设置。在该实施例中，向后设置T＝0.02mm。通常，向后设置T＝0.02mm至0.04mm。
粉末槽罐20具有粉末分配孔22。该孔22在图4中示出并且在内环形壁12和外环形壁14之间，从内环形壁12延伸到外环形壁14。换言之，在该实施例中，孔22呈现出沿轴向方向X基本上面对内环形壁12的第一径向端，以及沿轴向方向X基本上面对外环形壁14的第二径向端。孔22的截面S沿径向R加大。具体而言，在本实施例中，孔的形状为梯形，梯形的短边布置在内侧，长边布置在外侧。
刮器18以这样的方式安装在槽罐20的壁上，使得孔22和径向方向形成角度α，该角度与刮器18和径向方向形成的角度相同。应该观察到，在本发明的含义中，刮器18和孔22之间的角度由在粗刀片18A(如果刮器具有多个刀片)与限定孔22的和刮器18相邻的壁之间测量得到。
在图3中，孔22由闭合刀片24封闭，该刀片24通过承受打开调节刀片26而进入打开位置。因此，闭合刀片24可在图3所示的闭合位置与基本上对应于刀片26位置的打开位置之间移动。
参考图2，装置10装配有内沟槽28和外沟槽30，这些沟槽布置在环形区域A的外侧，并且连接到环形壁12和14的远端12A和14A。内沟槽28和外沟槽30在图1中未示出，但是它们自然地在内环形壁12的整个内周面和外环形壁14的整个外周面上延伸。形成吸入和再循环系统的抽吸喷嘴32布置成面向内沟槽28和外沟槽30的底部。这些喷嘴被构造成将由刮器18从环形区域A除去的粉末吸入。以这种方式吸入的粉末被送到主粉末罐40，随后再次使用。在该实施例中，喷嘴32固定到臂19(联接未示出)，并且它们与臂19一起被驱动旋转。在一个变型中，沟槽也固定到臂19并与臂一起被驱动旋转。在这种情况下，各沟槽通常不会在环形壁12和14的整个方位角长度上延伸。
在操作中，如图2所示，刮器18，特别是精刀片18B在轴向方向X上与环形壁12和14的远端12A和14A接触。随着分配器16在如图1、3和4所示的方向Q上沿方位角Z被驱动，刮器18去除被移入到内沟槽28和外沟槽30中的多余的粉末，并随后被吸入并被带到罐40。例如，在刮器18经过粉末层的同时，喷嘴32连续吸附，使得粉末一旦被移入到沟槽中就被吸入，从而粉末在环形区域A附近的不期望存在最小化。
此外，如图4所示，粉末分配孔稍微延伸超出内环形壁12和外环形壁14。此外，内沟槽28和外沟槽30还用于在粉末被分配的同时，回收和再循环沉积在环形区域外部的粉末剩余物。
自然地，由于刮器18被紧固到槽罐20，所以在粉末沉积发生的同时，由刮器18除去粉末。然而，由于孔22可以关闭，所以在第一次旋转之后，可以在节流孔22关闭的同时继续刮器18的行程，例如超过四分之一转，以确保适当地除去粉末剩余。
尽管参考具体实施例描述了本发明，但是显然可以对这些实施例进行修改和改变，而不超出由权利要求限定的本发明的总体范围。特别地，所示出和/或提及的各种实施例的各个特征可以组合在其他实施例中。因此，说明书和附图应该在某种意义上被认为是说明性的而不是限制性的。
还清楚的是，参考方法描述的所有特征可以单独地或组合地变换到装置，并且相反地，参照装置描述的所有特征可以单独地或组合地变换到方法。

Claims (8)

1.一种用于通过选择性地熔化粉末来制造环形件的装置(10)，所述装置包括同心并限定环形粉末沉积区域(A)的内环形壁(12)和外环形壁(14)，以及包括粉末分配器(16)，所述粉末分配器(16)围绕所述内环形壁和所述外环形壁(12,14)的轴线(X)可旋转运动，其中所述粉末分配器(16)包括在所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)之间延伸的刮器(18)，所述刮器(18)与所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)的径向方向(R)形成角度(α)，并且其中所述粉末分配器(16)包括粉末分配孔(22)，所述粉末分配孔(22)在所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)之间延伸，所述粉末分配孔(22)与所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)的径向方向(R)形成角度(α)。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述刮器(18)与所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)的径向方向(R)之间的角度(α)严格地大于0°且小于或等于30°。
3.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述刮器(18)包括至少两个刀片，即粗刀片(18A)和精刀片(18B)。
4.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述粉末分配孔(22)与所述内环形壁(12)和所述外环形壁(14)的径向方向(R)之间的角度(α)严格大于0°并小于或等于30°。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述粉末分配孔(22)的截面(S)沿径向方向(R)朝向外侧增大。
6.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述粉末分配器(16)包括粉末槽罐(20)。
7.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，包括用于回收粉末的内沟槽(28)和外沟槽(30)，各沟槽布置在所述环形粉末沉积区域(A)的外侧，所述内沟槽(28)相邻于所述内环形壁(12)的远端(12A)布置，而所述外沟槽(30)相邻于所述外环形壁(14)的远端(14A)布置。
8.根据权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，包括粉末抽吸和再循环系统(32)，其被配置为吸入在所述内沟槽(28)和所述外沟槽(30)中回收的粉末并将该粉末输送到粉末罐(40)。
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