CN108472728B - 一种由堆叠粉末层制造三维物体的方法及三维物体 - Google Patents
一种由堆叠粉末层制造三维物体的方法及三维物体 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108472728B CN108472728B CN201680061994.5A CN201680061994A CN108472728B CN 108472728 B CN108472728 B CN 108472728B CN 201680061994 A CN201680061994 A CN 201680061994A CN 108472728 B CN108472728 B CN 108472728B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dimensional object
- powder
- dimensional
- melting
- outer edge
- 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
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- 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
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- 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
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- 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
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- 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
- 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
- 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- 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
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- 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
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/0046—Welding
- B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
-
- 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
Abstract
本发明涉及一种由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，所述三维物体(1)包括外皮(2)和内部三维网格(3)。所述物体(1)通过叠置多个粉末层(4)而形成，每个粉末层(4)具有至少一个外边缘(20)，所述外边缘(20)包围中央部分(5)，所述中央部分(5)包括内部网格(30)。层(4)的外边缘(20)的叠置形成物体(1)的外皮(2)而层(4)的内部网格(30)的叠置形成物体(1)的内部三维网格(3)。该方法包括：通过使用电子束扫描一个粉末层的至少一部分，在粉末颗粒之间形成微连接；在对于每一层相继的熔化/凝固步骤中，熔化外边缘和内部网格，所述网格穿入所述外边缘的宽度的一部分；前述步骤重复必要的次数，从而获得需要的物体(1)，随后对其进行CIC步骤。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金的领域，其中通过烧结金属粉末而获得金属部件。
更具体地，通过特别创新的方式，本方法将粉末冶金与增材制造相结合；所述增材制造即通过增加材料(特别地通过堆叠相继多层) 形成部件的方法。
本发明将主要应用至制造部件的方法的领域，所述方法中形成所述部件的工序为物理工序，特别是熔化工序，紧接着是金属粉末的凝固。
背景技术
粉末冶金的经典方法中，在实施热等静压(compression isostatique àchaud，CIC)的步骤前，粉末通常封装在固体封装件中，所述封装件为待制造的部件预先特制。
但由于扩散焊接，CIC步骤会导致大部分熔化的粉末压实，这不易于控制，并且需要在制造所涉及的部件之前考虑到。
考虑目前的通过增材制造形成部件的方法，传统上这些方法在于，通过粉末沉积辊将相继的二维(2D)薄层施用至支撑件，借此从数码数据制成三维(3D)部件。
成形例如与电子束相关，所述电子束相继扫描每层并使粉末局部熔化。
在能量源之后直接发生凝固。
通过一些成型操作而获得成型制品，所述操作特别地包括清洁部件、去除支撑件、砂磨和机械加工。
然而目前在增材制造中使用的方法具有一些缺点。
具体地，对于制造尺寸较大的部件(尺寸大于或等于2-3mm)，需要构建支撑制造中的部件的合适支撑件，并且使释放的热能够排出。
事实上，如前所述，为了熔化粉末再使其凝固，增材制造需要应用能量源(通常为电子束或激光束)。电子束例如包括三维狭窄高能的热量的源头，其温度可以达到或甚至超过1600℃，并且可以直到 3000℃。因此，如果没有用于支撑并排出热的支撑件，成型部件会相对于要达到的形状严重变形。
使用支撑件一方面有益于防止成型制品出现变形，但另一方面存在缺点。
更具体地，一旦凝固完成，在去除支撑件时必须将其从部件上拆卸。该操作导致在所述部件与支撑件接触的位置造成表面缺陷。需要砂磨步骤以修正这些表面缺陷。
例如，专利文献WO 2013/092997描述了一种通过层层相继凝固而制造三维物体的方法，其中：
-将粉末层沉积在支撑件上；
-通过激光束使粉末层的外周熔化；
-通过施加电子束使粉末层的完整内部中间部分熔化。
施行这些步骤会制造对外表面粗糙度最小的部件。
然而，此处描述的方法具有一些缺点，特别地根据需要熔化部件的芯部或部件的外皮，需要使用两种能量源。
发明内容
关于本发明，其在创造性的措施中提出粉末冶金与增材制造的技术的特别有益且原创的结合，从而获得一种方法，所述方法施行相继的步骤以最终获得三维部件或物体，所述部件或物体的尺寸可以较大并具有密实且均一的内部结构，所述物体能够表现出并进一步具有高度复杂的形式，而不需要在制造期间使用时常具有限制性的支撑件而支撑结构。
还应注意到通过施行本发明的方法而获得的部件具有优越的特性，特别在力学和各向同性方面。
为此目的，本发明涉及一种由堆叠粉末层制造三维物体的方法，所述三维物体包括外皮和内部三维网格，所述物体通过叠置若干粉末层而形成，每个粉末层包括至少一个外边缘，所述外边缘包围中央部分，所述中央部分包括内部网格，层的外边缘的叠置形成物体的所述外皮而层的内部网格的叠置形成物体的所述内部三维网格，方法中：
a)使总体表面S1的粉末层沉积在工作板上；
b)根据待制造的三维物体，通过例如电子束的能量束而对S1中包括的表面S2整体扫描，从而在所述表面S2的粉末颗粒之间形成微连接；
c)在第一熔化-凝固步骤期间，通过所述能量束而熔化外边缘或内部网格，所述内部网格穿入所述外边缘的宽度的一部分；
d)在第二熔化-凝固步骤期间，通过所述能量束而熔化外边缘或内部网格中选出的没有在所述第一熔化-凝固步骤期间凝固的元件，从而使所述网格穿入所述外边缘的部分二次熔化；
e)重复n次步骤a)至d)，从而形成叠置金属粉末的n个层，并且产生所述三维物体；
f)对三维物体进行热等静压。
内部三维网格部分地穿入外皮中，这使得用于使粉末熔化-凝固的能量源所产生的热能够向层外部排出。
有利地，熔化-凝固步骤c)和d)以及扫描步骤b)中所使用的能量源为电子束。
根据本发明的另一个具体特征，优选地在真空环境下实施所有步骤。
有益的是，三维物体的内部三维网格的网格形成多个十二面体，或形成均一网格或具有尺寸梯度的任何其它几何形式。
三维物体的三维网格的网格截面的宽度优选地在0.50与3.50mm 之间。
在根据本发明的增材制造方法的有利示例中，内部网格穿入外边缘中大约0.1至0.9mm。
本发明具有许多优点，并且以原创的方式修正了现有技术的方法的缺点。
另一方面，本发明的方法提供在制造大尺寸三维部件时避免设置支撑件的解决方案，所述支撑件通常为形成待修正的表面缺陷的原因。
另一方面，在本方法中设置的并且部分地穿入外边缘或外皮的三维网格促进消除通过能量源熔化粉末期间必然产生的热。
还应注意到的是，本发明的方法实施得简单迅速。
并且最重要的是，步骤b)会使粉末颗粒之间能够设置微连接，而不使粉末颗粒熔化；所述步骤b)在熔化-凝固步骤c)和d)之前实施，其中扫描所沉积的粉末层的整个表面S2。
这些微连接的尺寸有利地为微米的数量级，例如若干微米，优选地在1与3μm之间，其给予粉末一种特别的密实性，其中所述粉末的颗粒既非自由的，而又未完全熔化。
在实施步骤b)后获得的粉末的以及粉末层的每一个的这种结构或密实性，以及通过熔化-凝固获得的外壳和内部网格，两者结合使得物体均一并且受控地变得密实，在热等静压最终步骤中最终获得优越的特性。
因此，在本发明的方法中对三维物体或部件实施热等静压步骤，其中在外壳内部并且不计入外壳，高于粉末的体积的90％没有经受熔化，并且颗粒之间保留大约20至30％的一定比例的空缺。
CIC步骤会消除颗粒之间的这种空缺，所述颗粒没有熔化，但之间预先建立了微连接。
与粉末颗粒经受过熔化的区域中存在的内部三维网格相结合，在 CIC之前残余的空缺比例在CIC实施时会使三维物体能够规则均一地变形，这会给予该物体优良、均一的各向同性内部结构，特别地获得最佳的力学特性。
作为对比，在现有技术的方法中，当对材料(其粉末颗粒几乎已经完全熔化)施用CIC时，尺寸消减经常是不规则的，最终部件可能会具有变形的外观。例如，通常获得称为“土豆状”的变形非球形部件，而不是实施本发明所获得的优选的圆形截面部件。
附图说明
通过随后的参照所附附图的对本发明非限定性实施方案的详细说明，将显现出本发明的其它特征和优点，所述附图中：
-图1显示了通过实施根据本发明的方法的步骤而获得的三维物体(在本示例中为表示马的塑像)的纵向截面的俯视图，并且显示了物体的外皮以及内部三维网格；
-图2示意性地显示了通过实施根据本发明的方法的步骤而获得的三维物体的多层之一的俯视图；在该图中，更加具体明显的是该层的三维网格穿入所述层的外皮的宽度的一部分。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明涉及一种用于制造三维物体1的方法。
根据本发明的制造方法更精确地在于通过叠置多个粉末(通常为金属)薄层4形成三维物体1，通过能量源或能量束能够在层4的一些位置熔化所述粉末。
关于本发明的方法中所使用的粉末，通常为包括单一金属或者若干金属的混合物或合金的金属粉末。
然而，这种实施方案不应被视为限定性的，本发明的方法中所使用的粉末还可以例如包括陶瓷粉末。
在具体的实施方案中，在实施本方法的不同步骤时使用“掺杂的”粉末，即在其中优选为金属的颗粒带有纳米微粒。
关于粉末微粒的尺寸，其优选地在5μm与500μm之间变化。
有益地，这提升了通过本发明的方法最终获得的三维物体1的力学性质。具体地，所述物体1具有更好的高温下的尺寸稳定性，以及改善的对任何机械加工步骤的抗性。还能够通过这些方法获得功能化的材料。
现在关于附图1再次参考三维物体1，其结构包括外皮2以及内部三维网格3。
更具体地，现在参考图2，所述三维物体1由多个粉末层4形成，这些层4中的每一个包括外边缘20或外周边缘20，其包围中央部分5，所述中央部分5包括内部网格30。
所理解到的是粉末层4的外边缘20的叠置最终形成三维物体1的外皮2。
至于层4的内部网格30的叠置，其产生所考虑的物体1的内部三维网格3。
为实现这一点，在本发明的方法的第一步骤a)中，具有总体表面 S1的第一个金属粉末层4优选地沉积在例如工作板的基本上平整的表面上。
贯穿该第一步骤a)，可以通过任何适于该目的并且本领域技术人员公知的手段进行粉末层4的沉积，具体地包括使粉末分布并铺开的手段。
沉积的粉末层4的厚度通常为大约几十μm。作为示例而非限定，所述层4的厚度大约为50μm，但不超过200μm。
在步骤a)期间施用第一个粉末(特别为金属粉末)层4之后，通过能量束对铺开的粉末层4的表面S1中包括的表面S2实施整体扫描。
在该步骤b)期间整体扫描的表面S2取决于最终想要的三维物体1 的形状。
因此，举例而言，沉积的粉末层4可以具有长方形的表面S1，而在步骤b)期间扫描包括在S1中的圆形表面S2。
也可以通过能量束扫描在步骤a)期间铺开的整个表面S1。在这种情况下，S1等于S2。
能量束优选地为电子束。
申请人特别有利地并且原创地确定，在方法中的这一节点(在沉积步骤a)之后，而在熔化-凝固步骤c)和d)之前)实施该扫描步骤使粉末的颗粒之间形成微连接，而不产生任何熔化。
通过施用电子束的温度上升，促进粉末颗粒(其尺寸大约为微米的等级)的扩散，能够在其间形成微焊接，而不至于使颗粒熔化。
结果为一种原创结构，其中颗粒微连接或微焊接在一起。
因此粉末颗粒不再是自由的，即其不再能够自由地流动，而在粉末颗粒之间的空隙处保留了一定比例的空缺。
空缺的比例优选地在20％至40％之间变化，该比例对应于每个粉末层4的空缺表面除以经扫描的表面S2，或者空缺的体积除以在应用步骤a)至e)后获得的三维物体1的总体积。
在通过电子束对表面S2进行整体扫描的步骤b)后，再通过能量源实施熔化-凝固第一步骤c)。
在优选的实施方案中，在实施本方法期间(特别是在该步骤c)期间)使用的能量源为电子束，通过所述电子束以高速发射的电子轰击粉末微粒，在与微粒撞击时动能使得能够产生热。该热足以使所述粉末微粒熔化，之后在冷却时使其凝固。
本发明的方法的不同步骤有利地在真空下进行，例如在通过真空泵置于并保持于真空的密封封装件中进行。
具体地并且有利地，这防止了在粉末微粒之间产生因此必须排出的气体。该手段还防止了氧化现象，使电子束能够正常生效。
在熔化-凝固第一步骤c)期间，可以等同地实施熔化粉末层4的外边缘20或者熔化内部网格30，只要特别有益地使所述内部网格30的至少一部分网格(例如31、32、33)穿过所述外边缘20的宽度的一部分。
优选地如附图2所示，内部网格的所有网格穿入所述外边缘20的宽度的一部分。
通过能量源在外边缘20熔化粉末之后，通过将粉末微粒焊接在一起而在所述能量源停止之后直接使粉末微粒凝固。
之后同样优选地通过构成能量源的电子束而进行熔化-凝固第二步骤d)。
在该步骤d)期间，轮到在前一步骤c)期间没有受到能量源的元件 (外边缘20或内部网格30)经受熔化。
更具体地，通过这种方式，如果熔化-凝固第一步骤c)在粉末层4 的外边缘20熔化粉末层4，熔化-凝固第二步骤d)就使内部网格30熔化，所述内部网格30的网格31、32、33至少部分地搭接在所述外边缘20上。
相反，当熔化-凝固第一步骤c)使内部网格30的粉末能够熔化时，在步骤d)期间的第二熔化-凝固必须能够焊接粉末层4的外周边缘20 处的粉末。
考虑到内部网格30部分地穿入粉末层4的外周边缘20，此处的粉末颗粒经受两个熔化-凝固步骤。
而且由于对于层4的每一层实施该双重熔化-凝固，因此在最终的三维物体1中获得内部三维网格3，其穿入外皮2的厚度的至少一部分。
材料在内部网格30部分地穿入边缘20的位置处“双重熔化”，这促进内部网格30的网格之间外边缘20与中央部分5之间的热交换，以及向物体1的外部的热交换。
因此，内部网格30穿入外边缘20，这一事实使热能够特别有效地排出，所述热被能量源在处理层4的每一层以制造物体1期间散发。
举例而言，这防止了在通过增材制造而制作部件过程中，在熔化操作期间由能量源释放的热的效果之下，部件的任何爆炸。
并且，在实施涉及CIC的本方法的最终步骤(步骤f)期间，一旦通过叠置层4而获得三维物体1，内部三维网格30在外边缘20中的穿入会导致最终获得三维物体1的规则形成。
必要时多次重复沉积粉末a)、整体扫描b)以及熔化-凝固c)和d) 的步骤，以获得优选的三维物体1。
以特别有利的方式，熔化整个第一个粉末层4，以及整个最后的粉末层，从而获得壳体形状的三维物体1，所述三维物体1包括外皮2 和内部三维网格3，在热等静压的最终步骤之前，在其间保持未熔化但微连接的粉末的微粒。
一旦形成三维物体1，一般地对于所述三维物体1的内部三维网格 3，其有利地是划分体积的网状网格，甚至更有利地是十二面体形式，其进一步地改善向网格或物体1的外部排出热。
然而，不能将这种实施方案考虑为对本发明的限定，成型物体1 的三维网格3也可以具有划分出多个立方形式的网格(例如附图2中所示)，或甚至锥形，或者任何均一几何形状或具有尺寸梯度的几何形状。这意味着网格3的靠近外皮2的网格可选地能够具有比网格3 的在中央部分的内部网格更小的截面。
非常优选地，在本发明的方法中，在步骤c)或d)期间对层4的每一个实施通过数码数据手段定义的不同熔化路径，以产生划分体积的三维交织网格。
考虑目前物体的不同元件的尺寸，有利的是例如物体1的内部三维网格3的网格截面宽度在0.50与3.50mm之间。
实际上，已确定该宽度促进具体地由电子束散发的能量特别有效地排出。
根据所述边缘20的宽度(其优选地在1.0与5.0mm之间)，每个层4的内部网格30的网格(例如31、32和33)有利地优选地穿入外边缘20的宽度几十毫米，例如在0.1与0.9mm之间。
根据先前提及的本方法的具体特征，通过实施步骤b)，内部网格 30的所述网格(例如31、32、33)之间，粉末颗粒或粉末微粒不经历熔化，而通过微连接而微焊接在一起。因此，三维物体1还在其内部并入未熔化的粉末微粒以及这些微粒之间的空缺。
更具体地，通过实施本发明的方法获得的三维物体1的最终重量 (不计入外皮2)的大于90％并且更优选地大于95％由未熔化的粉末的颗粒构成。
可以有利地使用加入金属粉末(例如纳米微粒)的掺杂元件，其能够在常规地实施的溶解期间气化或聚集。
并且，在网格30的网格31、32、33之间保持未熔化的粉末，以及网格3的存在，特别地促进了在随后的热等静压(CIC)步骤f)后制作特别密实而均一的三维物体1。
这还使在根据本发明的增材制造方法期间产生的热易于传递并排出。
换而言之，步骤b)、c)和d)一方面在粉末微粒之间建立微连接而在其间保持空隙，另一方面建立内部三维网格3(其部分地穿入物体1 的外皮2)；例如b)、c)和d)的步骤的重复在步骤f)的CIC时产生均一的尺寸收缩，从而产生最终部件。
CIC技术更具体地在于对实施步骤a)至e)后获得的三维物体1的热处理，并且具体地使用高压来提高所述物体的性能。
优选地使用惰性气体(例如氩)来获得该压缩。在一定时间内应用高的温度和压力产生最终物体1的特性的提高。
通过避免使用时常具有限制性的起到支撑作用的支撑件，对于制造比较大尺寸的三维部件1，更具体地对于制造尺寸为毫米数量级和多达若干分米的三维部件1，本发明特别有益和有利。
而且，与粉末冶金中常规使用的方法相反，本发明的方法不需要为CIC使用固体金属封装件。
Claims (11)
1.一种由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，所述三维物体(1)包括外皮(2)和内部三维网格(3)，所述三维物体(1)通过叠置若干粉末层(4)而形成，每个粉末层(4)包括至少一个外边缘(20)，所述外边缘(20)包围中央部分(5)，所述中央部分(5)包括内部网格(30)，粉末层(4)的外边缘(20)的叠置形成三维物体(1)的所述外皮(2)而粉末层(4)的内部网格(30)的叠置形成三维物体(1)的所述内部三维网格(3)，方法中：
a)使总体表面S1的粉末层(4)沉积在工作板上；
b)根据待制造的三维物体(1)，通过能量束对所述总体表面S1中包括的表面S2整体扫描，从而在所述表面S2的粉末颗粒之间形成微连接；
c)在第一熔化-凝固步骤期间，通过所述能量束而熔化外边缘(20)或内部网格(30)，所述内部网格(30)穿入所述外边缘(20)的宽度的一部分；
d)在第二熔化-凝固步骤期间，通过所述能量束而熔化外边缘(20)或内部网格(30)中选出的没有在所述第一熔化-凝固步骤期间凝固的元件，从而使所述网格(30)穿入所述外边缘(20)的部分二次熔化；
e)重复n次步骤a)至d)，从而形成叠置金属粉末的n个粉末层(4)，并且产生所述三维物体(1)；
f)对三维物体(1)进行热等静压，热等静压步骤消除颗粒之间的空缺，所述颗粒没有熔化，但之间预先建立了微连接。
2.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，所述能量束包括电子束。
3.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，在真空下实施方法的所有步骤。
4.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，内部三维网格(3)具有十二面体的形状。
5.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，内部网格(30)的网格的宽度在0.50与3.50mm之间。
6.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，内部网格(30)穿入粉末层(4)的外边缘(20)中0.1至0.9mm，所述外边缘(20)的宽度在1.0与5mm之间。
7.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，微连接的尺寸在1与3μm之间。
8.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，在步骤e)形成的三维物体的所述网格之间，粉末颗粒或粉末微粒不经历熔化，而通过微连接而微焊接在一起，使得三维物体还在其内部并入未熔化的粉末微粒以及这些微粒之间的空缺。
9.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，熔化整个第一个粉末层(4)，以及整个最后的粉末层，从而获得壳体形状的三维物体(1)，所述三维物体(1)包括外皮(2)和内部三维网格(3)，在热等静压的步骤之前，在其间保持未熔化但微连接的粉末的微粒。
10.根据权利要求1所述的由堆叠粉末层制造三维物体(1)的方法，其中，对三维物体实施热等静压步骤，其中在外壳内部并且不计入外壳，高于粉末的体积的90％没有经受熔化，并且颗粒之间保留一定比例的空缺。
11.一种三维物体(1)，其能够通过实施根据权利要求1所述的方法而获得，其包括外皮(2)和内部三维网格(3)，所述三维物体(1)通过叠置若干粉末层(4)而形成，每个粉末层(4)包括至少一个外边缘(20)，所述外边缘(20)包围中央部分(5)，所述中央部分(5)包括内部网格(30)，粉末层(4)的外边缘(20)的叠置形成三维物体(1)的所述外皮(2)而粉末层(4)的内部网格(30)的叠置形成三维物体(1)的所述内部三维网格(3)，其特征在于，所述内部三维网格(3)在外皮(2)的厚度的至少一部分上穿入外皮(2)，并且所述三维物体(1)的体积的至少90％没有熔化，优选地其体积的至少95％没有熔化。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1560121 | 2015-10-23 | ||
| FR1560121A FR3042726B1 (fr) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Procede de fabrication additive, couche par couche, d'un objet tridimensionnel |
| PCT/FR2016/052735 WO2017068300A1 (fr) | 2015-10-23 | 2016-10-21 | Procede de fabrication par fusion et compression isostatique a chaud |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108472728A CN108472728A (zh) | 2018-08-31 |
| CN108472728B true CN108472728B (zh) | 2022-03-11 |
Family
ID=55236556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201680061994.5A Active CN108472728B (zh) | 2015-10-23 | 2016-10-21 | 一种由堆叠粉末层制造三维物体的方法及三维物体 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11253916B2 (zh) |
| EP (1) | EP3365131B1 (zh) |
| JP (1) | JP7008027B2 (zh) |
| KR (1) | KR20180100545A (zh) |
| CN (1) | CN108472728B (zh) |
| ES (1) | ES2900646T3 (zh) |
| FR (1) | FR3042726B1 (zh) |
| WO (1) | WO2017068300A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2570618B (en) | 2017-07-05 | 2021-05-19 | Bodycote H I P Ltd | Components |
| US11097348B2 (en) | 2017-12-08 | 2021-08-24 | General Electric Company | Structures and components having composite unit cell matrix construction |
| CN110253018B (zh) * | 2019-06-30 | 2021-01-05 | 华中科技大学 | 一种金属表面多级微结构的成形方法及产品 |
| FR3102691B1 (fr) * | 2019-10-31 | 2022-05-13 | Addup | Procédé de fabrication additive d’une pièce constituée en tout ou partie par un treillis en trois dimensions |
| CN111872389B (zh) * | 2020-08-02 | 2022-05-20 | 曹峻铭 | 一种制备水冷铜坩埚的3d打印装置及方法 |
| CN113600993B (zh) * | 2021-09-01 | 2022-07-12 | 浙江智熔增材制造技术有限公司 | 一种丝材在网片模组上熔覆金属实体的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1861296A (zh) * | 2006-06-14 | 2006-11-15 | 华中科技大学 | 一种近净成形零件的方法 |
| EP1800700A2 (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-27 | Howmedica Osteonics Corp. | Implant with laser-produced porous surface |
| CN101391302A (zh) * | 2008-10-10 | 2009-03-25 | 华中科技大学 | 一种热等静压金属包套的整体快速制造方法 |
| CN103752823A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-30 | 合肥工业大学 | 一种用于选择性激光烧结的三角网格式激光扫描方法 |
| CN104010749A (zh) * | 2011-12-23 | 2014-08-27 | 米其林集团总公司 | 用于制备三维物体的方法和装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT8434037V0 (it) | 1984-06-19 | 1984-06-19 | Zanussi Elettrodomestici | Macchina lavabiancheria con struttura di supporto componibile. |
| US20060147332A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-06 | Howmedica Osteonics Corp. | Laser-produced porous structure |
| JP2005171299A (ja) | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toyota Motor Corp | 三次元造形物の製造方法 |
| CN102686250B (zh) * | 2009-11-12 | 2014-09-17 | 史密夫和内修有限公司 | 受控随机化的多孔结构及其制造方法 |
| US10765530B2 (en) * | 2012-06-21 | 2020-09-08 | Renovis Surgical Technologies, Inc. | Surgical implant devices incorporating porous surfaces |
| US9180010B2 (en) * | 2012-04-06 | 2015-11-10 | Howmedica Osteonics Corp. | Surface modified unit cell lattice structures for optimized secure freeform fabrication |
| JP6359643B2 (ja) | 2013-05-03 | 2018-07-18 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 表面下の孔隙を除去する方法 |
| US20150306667A1 (en) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | Shi-Chune Yao | Utilization of Partial Sintering to Avoid the Use of Support Structures in the Direct Metal Laser Sintering Additive Manufacturing Processes |
| CN104550950B (zh) * | 2014-11-24 | 2015-09-16 | 湖南华曙高科技有限责任公司 | 用于选区激光熔化的激光扫描方法 |
| US10144065B2 (en) * | 2015-01-07 | 2018-12-04 | Kennametal Inc. | Methods of making sintered articles |
| CN104690970B (zh) | 2015-02-17 | 2017-01-25 | 合肥阿巴赛信息科技有限公司 | 一种优化物体整体刚度的三维打印方法 |
-
2015
- 2015-10-23 FR FR1560121A patent/FR3042726B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-10-21 KR KR1020187014479A patent/KR20180100545A/ko not_active Application Discontinuation
- 2016-10-21 WO PCT/FR2016/052735 patent/WO2017068300A1/fr active Application Filing
- 2016-10-21 US US15/770,353 patent/US11253916B2/en active Active
- 2016-10-21 ES ES16809920T patent/ES2900646T3/es active Active
- 2016-10-21 CN CN201680061994.5A patent/CN108472728B/zh active Active
- 2016-10-21 JP JP2018540225A patent/JP7008027B2/ja active Active
- 2016-10-21 EP EP16809920.8A patent/EP3365131B1/fr active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1800700A2 (en) * | 2005-12-06 | 2007-06-27 | Howmedica Osteonics Corp. | Implant with laser-produced porous surface |
| CN1861296A (zh) * | 2006-06-14 | 2006-11-15 | 华中科技大学 | 一种近净成形零件的方法 |
| CN101391302A (zh) * | 2008-10-10 | 2009-03-25 | 华中科技大学 | 一种热等静压金属包套的整体快速制造方法 |
| CN104010749A (zh) * | 2011-12-23 | 2014-08-27 | 米其林集团总公司 | 用于制备三维物体的方法和装置 |
| CN103752823A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-30 | 合肥工业大学 | 一种用于选择性激光烧结的三角网格式激光扫描方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2900646T3 (es) | 2022-03-17 |
| FR3042726B1 (fr) | 2021-04-16 |
| JP7008027B2 (ja) | 2022-01-25 |
| US20180304366A1 (en) | 2018-10-25 |
| FR3042726A1 (fr) | 2017-04-28 |
| EP3365131A1 (fr) | 2018-08-29 |
| KR20180100545A (ko) | 2018-09-11 |
| CN108472728A (zh) | 2018-08-31 |
| EP3365131B1 (fr) | 2021-09-08 |
| US11253916B2 (en) | 2022-02-22 |
| WO2017068300A1 (fr) | 2017-04-27 |
| JP2018533675A (ja) | 2018-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108472728B (zh) | 一种由堆叠粉末层制造三维物体的方法及三维物体 | |
| JP6339704B2 (ja) | レーザーを用いて粉末を固形化することによって物体を製造する方法 | |
| Kurzynowski et al. | Parameters in selective laser melting for processing metallic powders | |
| EP2551040A1 (en) | Method of manufacturing a component by hot isostatic pressing | |
| JP5520727B2 (ja) | 多孔質金属及びその製造方法 | |
| US20150321255A1 (en) | A method for the additive manufacturing of a part by selective melting or selective sintering of optimized-compactness powder beds using a high energy beam | |
| CN106457399A (zh) | 用于通过预制本体制造金属部件的方法 | |
| JP6635227B1 (ja) | 三次元形状造形物の製造方法 | |
| JP2018533675A5 (zh) | ||
| Dilip et al. | A short study on the fabrication of single track deposits in SLM and characterization | |
| CN105441881B (zh) | 铬靶材及其组合的制造方法 | |
| US11511341B2 (en) | Manufacturing method | |
| US10179377B2 (en) | Process for manufacturing a gamma titanium aluminide turbine component | |
| US9028584B2 (en) | System and method for fabrication of 3-D parts | |
| JPS6240329A (ja) | 非晶質合金から成る金属物体の製造方法 | |
| CN113500205A (zh) | 一种双金属材料的3d打印方法 | |
| WO2017150340A1 (ja) | 複合粒子、複合粉末、複合粒子の製造方法、および複合部材の製造方法 | |
| CN113020619B (zh) | 一种减少间接3d打印金属零件缺陷的方法 | |
| Petros et al. | The influence of build strategies in selective inhibition sintering (SIS) | |
| JP2008169463A (ja) | コバルト−タングステン・スパッタターゲット及びその製造方法 | |
| RU2754864C1 (ru) | Способ получения неиспаряемого геттера и композитный геттер для рентгеновской трубки | |
| US11498125B2 (en) | Method for fabricating components using hybrid additive manufacturing and consolidation process | |
| CN114653946A (zh) | 一种TiAl原位复合结构的成形方法 | |
| EP3938131A1 (fr) | Procede de fabrication d'une piece par irradiation localisee d'un materiau par concourance d'au moins deux faisceaux | |
| KR101386523B1 (ko) | 전자빔 증착용 저밀도 잉곳 제조 방법 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210331 Address after: Fa Guosaibazha Applicant after: AddUp Address before: Fa Guonuorang Applicant before: APPLICATIONS ADDITIVES AVANCEES 3A |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |