CN109420766B - 粉末床重涂器设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及用于在增材制造过程期间将粉末供应至粉末床的系统，方法及设备。重涂器设备包括粉末储存器，以及用于将粉末从粉末储存器传送至粉末床的粉末分配系统。重涂器设备还包括至少两个扫掠带，其中粉末分配系统中的至少一个出口位于两个扫掠带之间，以便屏蔽粉末分配系统的出口。
Description
技术领域
本公开内容主要涉及适于执行增材制造(“AM”)工艺的方法及系统，例如通过直接熔融激光制造(“DMLM”)。该工艺使用能量源，能量源发射能量束来熔合粉末材料的连续层，以形成期望的物体。更具体而言，本公开内容涉及使用重涂器刀片来分配和平滑粉末的方法及系统。
背景技术
例如，增材制造(AM)技术可包括电子束自由形式制造、激光金属沉积(LMD)、激光线金属沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光加工近形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末给送定向能量沉积(DED)，以及三维打印(3DP)。相比减材制造方法，AM工艺大体涉及积聚一种或多种材料以制造净形或近净形(NNS)物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM涵盖以多种名称公知的多种制造和成型技术，其中包括自由成形制造、3D打印、快速成型/加工等。AM技术能够由范围广泛的材料制造复杂部件。一般来说，独立物件能够通过计算机辅助设计(CAD)模型制造。举例来说，特定类型的AM工艺使用能量束，例如，电子束或电磁辐射如激光束，以烧结或熔化粉末材料和/或线材，以产生材料在其中结合在一起的固体三维物体。
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于表示通过使用激光束来烧结或熔融细粉来制造三维(3D)物体的常见工业术语。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述了传统激光烧结技术。更确切地说，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要完全熔化粉末颗粒以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔融相关的物理过程包括向粉末材料传热并且随后烧结或熔融粉末材料。电子束熔化(EBM)使用聚焦的电子束来熔化粉末。这些工艺涉及连续地熔化粉末层来以金属粉末构成物体。
图1是示出用于直接金属激光烧结(“DMLS”)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统110的横截面视图的示意图。例如，设备110通过使用由诸如激光器120的源生成能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)来以逐层方式(例如，层L1、L2和L3，其出于图示目的夸大了比例)构成零件122。待由能量束熔化的粉末由储存器126供应，且使用沿方向134行进的重涂器臂116均匀地散布在构建板114上来将粉末保持在一定水平118，且将延伸到粉末水平118上方的多余粉末材料去除至废物容器128。能量束136烧结或熔化在振镜扫描器132的控制下构成的物体的横截面层(例如，层L1)。构建板114降低，且另一个粉末层(例如，层L2)散布在构建板和待构建的物体上，接着由激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件122由熔融/烧结粉末材料完全建成。激光器120可以由计算机系统控制，该计算机系统包括处理器和存储器。计算机系统可以确定每一层的扫描模式并且控制激光器120以根据扫描图案照射粉末材料。在完成零件122的制造后，可以将多个后处理工艺施加于零件122。后处理程序包括例如通过吹气或抽真空、加工、喷砂或介质喷砂来除去多余粉末。此外，例如，常规后处理可涉及例如从构建平台/基底通过加工来除去零件122。其它的后处理程序包括应力释放过程。此外，热和化学后处理程序能够用于对零件122进行表面处理。
上述AM工艺由执行控制程序的计算机来控制。例如，设备110包括处理器(例如，微处理器)，其运行固件、操作系统或提供设备110与操作者之间的界面的其它软件。计算机接收待形成的物体的三维模型作为输入。例如，三维模型使用计算机辅助设计(CAD)程序生成。计算机分析模型，且提出用于模型内的每个物体的工具路径。操作者可限定或调整扫描图案的各种参数，如功率、速度和间距，但大体上不会直接地编程工具路径。本领域的普通技术人员将完全认识到，前述控制程序可适用于任何前述AM工艺。
以上增材制造技术可用于由有助于AM工艺的任何材料形成部件。例如，可形成聚合物、陶瓷和各种塑料。此外，例如，金属物体可由诸如不锈钢、铝、钛、Inconel625、Inconel718、Inconel188、钴铬、其它金属材料或任何合金形成。上述合金可包括以下商标名的材料：Haynes
Haynes
Super Alloy Inconel 625TM、
625、
625、
625、
6020、Inconel 188，以及具有利于使用上文所提到的技术形成部件的材料特性的任何其它材料。
在制作增材制造部件时出现的问题在于，在构建过程中，安装在重涂器上的重涂器刀片可遇到形成的物体的表面特征。由于重涂器刀片大体上是刚性的，因此，它其可以使粉末平滑而成大致均匀的层，如果其遇到表面特征，则重涂器刀片可能会受损，或其可破坏表面特征。如果重涂器刀片受损，则AM工艺可能需要停止，以便可替换刀片，这导致显著的停机时间。此外，如果物体的表面特征受损，则物体可能必须弃置且重建。有时，叶片或表面特征都未受损，但表面特征阻止重涂器进一步移动(即，其变成“卡住”)。因此，对重涂器刀片的破坏和/或构建表面与重涂器刀片之间的接触可导致生产效率的显著损失。因此，需要一种重涂系统及设备，其在AM过程期间不易于刀片与构建的部件的表面特征之间接触。
如图2中所示，在常规系统(如图2中所示的那些)中，通常使用固定重涂器，如，图2A(前视图)和2B(侧视图或轮廓视图)中所示的那些。如图2A和2B中所示，常规重涂器200包括重涂器臂201、重涂器刀片202、前夹持件203和204、后夹持件205和206，以及将刀片202保持就位的螺钉207和208。刀片202的底部具有斜面209和倾斜特征210。如图2C中所示，当常规重涂器经受力时，例如，通过遇到表面特征211，重涂器臂和重涂器刀片都不容易远离力移动，使得可能存在两个非期望结果中的至少一个。如图所示，在图2C的右侧顶部处，如果重涂器刀片相对于表面特征211的硬度刚性不是足够大，则重涂器刀片可能变得受损或损坏，如由元件212所示。备选地，如图2C的底部处所示，如果重涂器刀片相对于表面特征211的硬度刚性过大，则其可能破坏或损坏表面特征211，导致受损的表面特征213。该视图还示出了沉积粉末214的光滑层和沉积粉末215的非光滑层。受损的表面特征如213可导致低质量的零件，其必须弃置且重制，导致时间和资源的较大损失。这里未示出的第三结果在于，由表面特征施加的力只是简单地完全停止重涂器，而没有任何损坏，即，其变为“卡住”。如果操作人员未仔细监测构建过程，则可能无法检测到此情形，导致破坏整个设备和较大的时间损失。大体上，操作者必须在构建操作之前选择重涂器刀片，所以在重涂过程期间遇到的所有情形中，刀片的刚度可能不是最佳的。因此，需要一种重涂系统和设备，其不易于使刀片和/或物体的表面特征变得受损，和/或重涂器刀片的卡住。
在AM过程期间，大部分问题与上述问题和/或出现在粉末床和重涂器刀片的界面处的其它问题有关。由于使用AM工艺制造制造较大的零件，因此较大的零件的形成导致较大的尺寸变化，这可能进一步加剧与粉末供应和重涂器刀片和粉末床界面相关的任何问题，故出现甚至更多问题。因此，需要进一步改善粉末分布和粉末床和重涂器刀片的界面。此外，与粉末和粉末尺寸分布的相容性的问题可能引起现有的重涂器刀片和/或粉末分配系统中的问题。例如，保持粉末尺寸与传统设备一致的需要导致采购粉末的费用增加。此外，希望使用较细的粉末来提高AM构建的分辨率，这在以前可能不能结合传统粉末重涂系统使用。
发明内容
本公开内容涉及一种减少前述非期望情况的设备。本发明的一个实施例涉及一种由粉末制作物体的设备，包括能量引导装置、粉末分配器，以及定位成通过在工作表面上移动以在工作表面上提供粉末层的一组重涂器刀片，粉末层的厚度由粉末分配构件和/或工作表面上方的一组刀片的高度确定，其中重涂器刀片安装成允许刀片高度相对于工作表面移动，同时在工作表面上提供粉末层。
一方面，设备在部件的增材制造期间提供了粉末，其中设备提供粉末到待固化的部件的至少一部分，其中第一扫掠带(sweep strip)和第二扫掠带中的至少一者与部件之间的空隙小于1mm。
一方面，设备可至少包括沿第一方向延伸的第一扫掠带和第二扫掠带。第一扫掠带可包括连接到设备上的顶部部分，以及比顶部部分离设备更远的底部部分。第二扫掠带也可包括连接到设备上的顶部部分，以及比顶部部分更远离设备的底部部分。扫掠带可调整，以便第一扫掠带和第二扫掠带中的一个的底部部分比第一扫掠带和第二扫掠带中的另一个在设备下方延伸更远。
在本公开内容的一个方面中，设备可构造成沿至少第一方向行进且供应一个粉末层。当第一扫掠带在第一方向上是前扫掠带且第二扫掠带相对于第一方向是后扫掠带时，第一扫掠带的底部部分可调整，以比第二扫掠带在设备下方延伸更远。相反，相对于行进方向，当第二扫掠带是前扫掠带且第一扫掠带是后扫掠带时，第二扫掠带的底部部分可设置成比第一扫掠带在设备下方进一步延伸。
在本公开内容的一个方面中，描述了一种用于供应用于AM工艺的粉末的设备。该设备包括粉末储存器、第一扫掠带和第二扫掠带，其在AM制造过程期间可位于邻近粉末床和/或构建部件。该设备还可包括粉末分配系统，其具有用于从储存器接收粉末的入口，以及用于供应从入口接收到的粉末的出口，其中出口位于第一扫掠带与第二扫掠带之间，以较好地将粉末与设备的操作环境屏蔽开(例如，AM制造操作期间提供的设备内的气流)。粉末分配系统还可包括与入口流体连通的壳体部分，以及围绕轴线在壳体内可旋转的辊，轴线沿第一方向延伸，其中辊构造成将粉末从入口传递到壳体部分中。
在本公开内容的前述方面中，辊可有纹理，和/或可包括沿第一方向延伸的多个计量凸起。纹理部分和/或计量凸起可构造成经由与出口和壳体部分流体连通的连通路径将粉末传送至出口。
在本公开内容的另一个方面中，辊可有纹理，和/或可包括沿第一方向延伸的多个计量凸起。纹理部分和/或计量凸起可构造成传送粉末至粉末分配构件，粉末分配构件具有用于将粉末供应至设备的出口的多个开口。
在本公开内容的另一个方面中，辊可有纹理，和/或可包括沿第一方向延伸的多个计量凸起。纹理部分和/或计量凸起可构造成传送粉末至流化室，流化室可包括流化气体入口，流化气体出口，以及流化粉末装置，流化粉末装置具有多个开口，以及用于将粉末供应至前述出口的溢流部分。当粉末由前述辊供应至流化室，且流化气体从流化气体入口经由多个开口供应时，粉末可从溢流部分溢流到第一扫掠带与第二扫掠带之间的出口。
在每个前述方面中，设备可还包括第一高度检测器，用于检测第一位置处相对于粉末床的设备高度，以及第二高度检测器，用于检测在不同于第一位置的第二位置处相对于粉末床的设备高度。至少基于第一高度检测器和第二高度检测器的输出，使用前述辊、粉末分配构件和/或流化室中的至少一者来控制穿过出口的粉末流。
附图说明
并入本说明书中且构成其一部分的附图示出本公开的一个或多个实例方面，且连同具体实施方式一起用于解释各方面原理和实施方案。
图1是常规增材制造设备；
图2A是常规固定重涂器的前视图；
图2B是图2A中的常规固定重涂器的侧视图；
图2C是遇到硬表面特征的根据现有技术的各种固定重涂器的侧视图。
图3A是根据本公开内容的一个方面的重涂器设备的断面侧视图；
图3B是可结合图3A中所示的重涂器设备使用的计量轮的透视图；
图4A是根据本公开内容的一个方面的重涂器设备的断面侧视图；
图4B是可结合图4A中所示的重涂器设备使用的计量轮和粉末分配筛的透视图；
图5A是根据本公开内容的一个方面的重涂器设备的断面侧视图；
图5B是可结合图5A中所示的重涂器设备使用的计量轮和粉末流化装置的透视图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种构造的描述，而不旨在表示可实践本文所描述的概念的唯一构造。
在本发明的一个方面中，如图3A中所示，重涂器设备300可移动地安装到AM设备上。重涂器设备300包括用于保持粉末319来用于AM过程中的粉末料斗325。重涂器设备可安装到轨道系统和/或导轨系统和/或机械臂上，使得重涂器设备300的移动可例如沿x轴、y轴和/或z轴受到控制。如图3A中所示，重涂器设备可沿y轴延伸，且可沿方向301移动穿过粉末床302，方向301可垂直于x轴。粉末床302可包括粉末和/或至少部分地熔合和/或烧结的部件，如前述描述或本领域中已知的任何其它方法所述，该部件逐层构建。例如，本发明可与任何粉末床增材制造方法和系统的特征结合或组合。以下专利申请是此增材制造方法和系统及其使用的实例：
名称为“Additive Manufacturing Using a Mobile Build Volume”的美国专利申请号15/406,467，代理卷号为037216.00059，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Additive Manufacturing Using a Mobile Scan Area”的美国专利申请号15/406,454，代理卷号为037216.00060，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Additive Manufacturing Using a Dynamically Grown BuildEnvelope”的美国专利申请号15/406,444，代理卷号为037216.00061，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Additive Manufacturing Using a Selective Recoater”的美国专利申请号15/406,461，代理卷号为037216.00062，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Apparatus and Method for Continuous Additive Manufacturing”的美国专利申请号15/609,965，代理卷号为037216.00102，并且于2017年5月31日提交；
名称为“Large Scale Additive Machine”的美国专利申请号15/406,471，代理卷号为037216.00071，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Additive Manufacturing Using a Mobile Scan Area”的美国专利申请号15/406,454，代理卷号为037216.00060，并且于2017年1月13日提交；
名称为“Method for Real-Time Simultaneous and Calibrated Additive andSubtractive Manufacturing”的美国专利申请号15/610,214，代理卷号为037216.00109，并且于2017年5月31日提交；
名称为“Apparatus and Method for Real-Time Simultaneous Additive andSubtractive Manufacturing with Mechanism to Recover Unused Raw Material,”的美国专利申请号15/609,747，代理卷号为037216.00110，并且于2017年5月31日提交。
上述申请的公开内容以其公开了可与本文公开的那些结合使用的粉末床增材制造方法和系统的其它方面的程度全部并入本文。
图3A中所示的重涂器设备300可包括框架325，框架325沿y轴延伸且具有沿y轴的尺寸，例如，该尺寸大于重涂器设备在x轴上的尺寸。框架可包括用于容纳将分配到粉末床302的粉末319的料斗327。框架还可包括用于预热料斗327中的粉末319的加热器308。框架325还可包括粉末分配系统305。粉末分配系统305可包括沿轴向可旋转的有纹理的辊310，辊310沿轴线314可旋转，且具有尺寸适于由粉末分配系统传送的粉末319的表面腔和/或凸起312。框架可包括壳体部分321，壳体部分321可为圆柱形，且与可旋转的有纹理的辊310的外部尺寸对应。因此，圆柱形壳体部分321可具有空隙，以便尺寸适合的间隙存在于可旋转的有纹理的辊310与圆柱形壳体部分321之间，以传送粉末319。可旋转的有纹理的辊310可连接到电机(例如，步进电机)上。因此，粉末319可通过通路322与辊310接触。因此，当辊310经由电机旋转时，粉末沿辊310的表面传送至粉末供应出口318。因此，粉末可在重涂器设备沿方向301移动时精确地供应至粉末床302。
如上文所述，图3A中所示的重涂器设备300可具有与所有传统粉末相容的优点。此外，重涂器设备可与具有大于一般期望的尺寸分布的粉末相容，这具有降低用于设备中的粉末的成本的优点。例如，辊纹理、重涂器设备内的空隙和电机的控制可优化，以与具有较大尺寸分布的粉末相容。重涂器设备构造的另一个优点是与非常细的粉末的相容。重涂器设备可与可能不与传统重涂器系统相容的具有极细尺寸的粉末相容，这具有提高构建的AM部件的分辨率的优点。例如，辊纹理、重涂器设备内的空隙和电机的控制可以被优化以与细粉末相容。
重涂器设备还可包括后扫掠带306和前扫掠带307。扫掠带306和307可定位成使得粉末供应出口318位于扫掠带306和307之间。因此，扫掠带306和307可作用为隔层(shield)，以阻止气流干扰粉末分配过程。扫掠带可通过重涂器设备300的高度(即，z轴)调整来沿z轴可调整，或扫掠带可通过前扫掠带和后扫掠带中的每个上的独立调整机构沿z轴独立地调整。此外，前扫掠带307和后扫掠带306中的每个的高度可通过与重涂器设备300的前述高度调整组合的重涂器设备的倾斜来调整。如下文所述，扫掠带可使用前述方法中的任一个或组合来调整，使得扫掠带不会接触或最小地接触粉末床，同时有效地阻止可干扰粉末分配过程的气流。此外，扫掠带高度可控制成穿过粉末床扫掠粉末。每个扫掠带可包括软柔韧材料(例如，泡沫、硅树脂、橡胶)、刚性或半刚性材料。
扫掠带307和/或306还构造成从构建区域去除一定量的粉末。例如，在通过固化粉末来进行构建过程的同时，构建的一部分可开始来以比构建的另一部分更快的速率增加高度。换言之，例如，参看图3A，构建的第一部分可沿Z方向比构建的第二部分延伸更远。因此，如果粉末连续地供应且在第一部分和第二部分处以相同速率熔合，则完成的部件的尺寸可实现，和/或构建问题可出现。为了防止此问题，当构建部件时，扫掠带307和/或306可通过去除和/或限制粉末供应到在Z方向上进一步延伸的构建部分来起到调平功能，通过选择性地控制供应到每个区域的粉末量(使用下面提到的供应方法和/或通过扫掠带去除粉末)，可以实现更一致的构建，并且可避免诸如前述背景段落中所述的那些的问题。
重涂器设备300还可包括若干传感器，以确保粉末沿粉末床的表面和/或粉末床中的构建部件精确地计量和分布。举例来说，重涂器设备300可包括光发射器接收器对，以感测穿过通路322、粉末供应出口318和/或在圆柱形壳体部分内的粉末流的一致性和均匀性。将注意，上述传感器位置可以以任何组合使用，以确定供应至粉末床的粉末量。此外，将注意到，多个传感器可位于每个位置处，例如，多个传感器可沿y轴方向定位，以确保检测沿重涂器设备300的长度沿粉末床的宽度供应的粉末量。传感器还包括后z高度传感器阵列316和前z高度传感器阵列317，以精确地监测重涂器设备300相对于粉末床的高度，和/或确定前z高度传感器317与后z高度传感器316之间相对于粉末床的高度差，这可用于确定由重涂器设备提供至粉末床302的粉末层的厚度。前z高度传感器阵列317和后z高度传感器阵列316可为电容式接近传感器。前z高度传感器阵列317和后z高度传感器阵列316还可包括或组合本领域中可用于以非接触方式确定高度的任何公知传感器。前述前z高度传感器阵列317和后z高度传感器阵列316可用于调整重涂器设备300的高度，和/或可用于调整经由粉末供应出口318供应至粉末床302的粉末量或分布。
如上文所述，来自前z高度传感器阵列317、后z高度传感器阵列316、通路322中的光发射器接收器对、粉末供应出口318中的光发射器接收器对，和/或圆柱形壳体部分内的输出可由控制器处理，以连续地调整连接到可旋转的有纹理的辊310上的电机的输出。因此，通过控制有纹理的辊310的旋转，在重涂器沿方向301行进穿过粉末床302时，粉末319可沿粉末床302和/或构建的部件精确地分布。
基于任何所述传感器的输出，前扫掠带307和后扫掠带306可调整，使得比前扫掠带307的顶部部分离设备更远的前扫掠带307的底部部分相对于后扫掠带306的底部部分偏移(即，在z方向上较低)。换言之，由于粉末层从开口供应至粉末床和/或粉末床中构建的部件，故可优选沿z方向调整后扫掠带306，以补偿提供的粉末层的厚度。如果重涂器设备反向(即，引起后扫掠带变为前扫掠带)，则可能需要以类似方式调整扫掠带高度(即，前扫掠带在在方向上低于后扫掠带)。使用任何前述技术，可能还优选调整扫掠带高度，使得粉末床和/或构建构件与扫掠带之间在z方向上的空隙小于1mm。
如图4A中所示，重涂器设备400可包括沿y轴延伸的框架426，且具有沿y轴的尺寸，例如，该尺寸大于重涂器设备沿x轴的尺寸。框架可包括用于容纳将分配到粉末床402的粉末419的粉末储存器427。框架还可包括加热器(例如，类似于图3A中的加热器308)，以用于预热粉末储存器427中的粉末419。储存器还可包括用于控制储存器427内的粉末的移动的超声换能器326。此外，框架425还可包括粉末分配系统405。粉末分配系统405可包括沿轴向可旋转的定量辊410，辊410围绕轴线414可旋转，且具有计量叶片412，计量叶片412沿辊的轴线延伸，且尺寸适于粉末419由粉末分配系统传送。作为备选，计量辊可包括弯曲或螺旋形状的通道和/或计量叶片。此外，计量辊可包括类似于图3B中所示的表面不规则和/或腔，以及凸起。框架可包括圆柱形壳体部分421，其与可旋转的计量辊410的外部尺寸对应。因此，圆柱形壳体部分421可具有空隙，使得在可旋转的计量辊410与圆柱形壳体部分421之间存在适合尺寸的间隙，用于传送粉末419。
可旋转的计量辊410可连接到电机(例如，步进电机)上。因此，粉末419可通过通路422与辊310接触。因此，当辊410经由电机旋转时，粉末沿辊410的表面传送至粉末分配构件432。如图4B中所示，粉末分配构件432可为槽形，且包括筛434或沿分配构件432的底面的一系列开口，以用于允许粉末落下穿过。分配构件432可经由橡胶安装件430或允许筛连接到重涂器上同时仍允许分配构件振动的任何其它安装件来安装到重涂器设备400上。分配构件432可包括单个或多个超声换能器436。在重涂器设备沿方向401移动时，连同计量轮旋转的单个或多个超声换能器可受控制，以将容纳在粉末储存器427中的粉末419精确地供应至粉末床402。
如上文所述，图4A中所示的重涂器设备400可具有与所有传统粉末相容的优点。此外，重涂器设备可与具有大于一般期望的尺寸分布的粉末相容，这具有降低用于设备中的粉末的成本的优点。例如，辊特征、重涂器设备内的空隙、分配构件中的开口的尺寸、超声换能器控制和电机的控制可优化来与具有较大尺寸分布的粉末相容。重涂器设备构造的另一个优点是与很细的粉末的相容。重涂器设备可与可能不与传统重涂器系统相容的具有极细尺寸的粉末相容，这具有的优点在于提高构建的AM部件的分辨率。例如，辊特征、重涂器设备内的空隙、分配构件中的开口的尺寸、超声换能器控制，以及电机的控制可针对与细粉末相容来优化。
重涂器设备还可包括后扫掠带406和前扫掠带407。扫掠带406和407可定位成使得由分配构件432分配至邻近位置404的粉末床的粉末在扫掠带406与407之间。因此，扫掠带406和407可作用为隔层，以阻止任何气流干扰粉末分配过程。可选地，扫掠带可通过重涂器设备400的高度(即，z轴)调整来沿z轴可调整，或扫掠带可通过前扫掠带和后扫掠带中的每个上的独立调整机构沿z轴独立地调整。此外，前扫掠带407和后扫掠带406中的每个的高度可通过与重涂器设备400的前述高度调整组合的重涂器设备400的倾斜来调整。如下文所述，扫掠带可使用前述方法中的任一个或组合来调整，使得扫掠带不会接触或最小地接触粉末床，同时有效地阻止可干扰粉末分配过程的气流。此外，扫掠带高度可控制成穿过粉末床扫掠粉末。
扫掠带407和/或406还构造成从构建区域去除一定量的粉末。例如，在通过固化粉末来进行构建过程的同时，构建的一部分可开始来以比构建的另一部分更快的速率增加高度。换言之，例如，参看图4A，构建的第一部分可沿Z方向比构建的第二部分延伸更远。因此，如果粉末连续地供应且在第一部分和第二部分处以相同速率熔合，则完成的部件的尺寸可实现，和/或构建问题可出现。为了防止此问题，当构建部件时，扫掠带407和/或406可通过去除和/或限制粉末供应到在Z方向上进一步延伸的构建部分来起到调平功能，通过选择性地控制供应到每个区域的粉末量(使用下面提到的供应方法和/或通过扫掠带去除粉末)，可以实现更一致的构建，并且可避免诸如前述背景段落中所述的那些的问题。
重涂器设备400还可包括若干传感器，以确保粉末沿粉末床的表面和/或粉末床中的构建部件精确地计量和分布。举例来说，重涂器设备可包括光发射器接收器对(未示出)，以感测穿过通路422、邻近位置404的粉末供应出口和/或在圆柱形壳体部分421内的粉末流的一致性和均匀性。将注意，上述传感器位置可独立地或以任何组合使用，以确定供应至粉末床的粉末量。此外，将注意到，多个传感器可位于每个位置处，例如，多个传感器可沿y轴方向定位，以确保检测沿重涂器设备400的长度沿粉末床的宽度供应的粉末量。传感器还包括后z高度传感器阵列416和前z高度传感器阵列417，以精确地监测重涂器设备400相对于粉末床的高度，和/或确定扫掠带407和406和位置403处的前z高度传感器417处和位置402处的后z高度传感器416处的粉末床之间的高度差和/或空隙，这可用于通过计量轮410和分配构件432的控制确定由重涂器设备提供至粉末床402的粉末量。前z高度传感器阵列417和后z高度传感器阵列416可为电容式接近传感器。前z高度传感器阵列417和后z高度传感器阵列416还可包括或组合本领域中可用于以非接触方式确定高度的任何公知传感器。前述前z高度传感器阵列417和后z高度传感器阵列416可用于调整重涂器设备400的高度，和/或可用于调整经由粉末供应出口418供应至粉末床402的粉末量或分布。
如上文所述，来自前z高度传感器阵列417、后z高度传感器阵列416、通路422中的光发射器接收器对、粉末供应出口404中的光发射器接收器对，和/或圆柱形壳体部分421内的输出可由控制器处理，以连续地调整对连接到可旋转的有纹理的辊410上的电机和/或粉末分配构件432上的超声换能器的输出。因此，通过控制计量辊410和/或粉末分配构件432的旋转，当重涂器沿方向401行进穿过粉末床时，粉末419可在位置404和/或构建部件处沿粉末床403精确分布。
如图5A中所示，重涂器设备500可包括沿y轴延伸的框架526，且具有沿y轴的尺寸，例如，该尺寸大于重涂器设备沿x轴的尺寸。框架可包括用于容纳将分配到粉末床502的粉末519的粉末储存器527。框架还可包括加热器(例如，类似于图3A中的加热器308)，以用于预热粉末储存器527中的粉末519。框架525还可包括粉末分配系统505。粉末分配系统505可包括沿轴向可旋转的定量辊510，辊510围绕轴线514可旋转，且具有计量叶片512，计量叶片512沿辊的轴线延伸，且尺寸适于粉末519由粉末分配系统传送。将注意，作为备选，计量辊可包括弯曲或螺旋形状的通道和/或计量叶片。此外，计量辊可包括类似于图3B中所示的那些的表面不规则和/或腔，以及凸起。框架可包括圆柱形壳体部分521，其与可旋转的计量辊510的外部尺寸对应。因此，圆柱形壳体部分521可具有空隙，以便适合尺寸的间隙存在可旋转的计量辊510与圆柱形壳体部分521之间，以用于传送粉末519。
可旋转的计量辊510可连接到电机(例如，步进电机)上。因此，粉末519可通过通路522与辊510接触。因此，当辊510经由电机旋转时，粉末沿辊510的表面传送至粉末分配构件538。如图4B中所示，粉末分配构件538可包括流化部分550。流化部分550可包括流化床部分534。例如，流化床部分534可为槽形，且包括具有筛和/或网部分的底部部分545。作为备选，或与筛和/或网部分组合，底部部分545可具有一系列开口或开口图案。流化床部分可包括用于将粉末从计量辊510引导入流化床的引导成角部分535。流化床534还可包括溢流部分537，溢流部分537可大致邻近开口548，以用于将粉末供应至粉末床502。流化部分550可包括流化气体入口543和流化气体出口539。通过控制溢流部分537上的粉末溢流，流化气体可经由流化气体入口543供应，以控制从可旋转的计量辊510供应至开口548的粉末流。流化气体可经由流化气体出口539流出流化部分550。流化床和/或流化构件可经由橡胶安装件530或允许流化床连接到重涂器上同时仍允许分配构件的振动的任何其它安装件来安装到重涂器设备500上。此外，流化床和/或流化部分可包括密封件532，密封件532防止流化气体从流化部分和/或流化床的周边散逸，同时允许流化床的振动。流化部分550和/或流化床534可包括单个或多个超声换能器536。当重涂器设备500移动穿过粉末床时，连同计量辊510的旋转的单个或多个超声换能器536，以及流化气体穿过入口543的流入和/或流化气体穿过出口539的流出可受控制，以将容纳在粉末储存器527中的粉末519精确地供应至粉末床502。
如上文所述，图5A中所示的重涂器设备500可具有与所有传统粉末相容的优点。此外，重涂器设备可与具有大于一般期望的尺寸分布的粉末相容，这具有降低用于设备中的粉末的成本的优点。例如，辊特征、重涂器设备内的空隙、流化部分、超声换能器的控制，以及电机的控制可优化，以与具有较大尺寸分布的粉末相容。重涂器设备构造的另一个优点是与很细的粉末的相容。重涂器设备可与可能不与传统重涂器系统相容的具有极细尺寸的粉末相容，这具有的优点在于提高构建的AM部件的分辨率。例如，辊特征、重涂器设备内的空隙、分配构件中的开口的尺寸、流化部分、超声换能器的控制，以及电机的控制可优化来与细粉末相容。
重涂器设备还可包括后扫掠带506和前扫掠带507。扫掠带506和507可定位成使得由分配构件505分配至邻近位置540的粉末床的粉末在扫掠带506与507之间。因此，扫掠带506和507可作用为隔层，以阻止气流干扰粉末分配过程。可选地，扫掠带可通过重涂器设备500的高度(即，z轴)调整来沿z轴可调整，或扫掠带可通过前扫掠带和后扫掠带中的每个上的独立调整机构沿z轴独立地调整。此外，前扫掠带507和后扫掠带506中的每个的高度可通过与重涂器设备500的前述高度调整组合的重涂器设备500的倾斜来调整。如下文所述，扫掠带可使用前述方法中的任一个或组合来调整，使得扫掠带不会接触或最小地接触粉末床，同时有效地阻止可干扰粉末分配过程的气流。此外，扫掠带高度可控制成穿过粉末床扫掠粉末。
重涂器设备500还可包括若干传感器，以确保粉末沿粉末床的表面和/或粉末床中的构建部件精确地计量和分布。举例来说，重涂器设备可包括光发射器接收器对(未示出)，以感测穿过通路522、邻近位置548的粉末供应出口、流化部分550内，和/或在圆柱形壳体部分521内的粉末流的一致性和均匀性。将注意，上述传感器位置可独立地或以任何组合使用，以确定供应至粉末床的粉末量。传感器还可位于流化气体入口和出口处，以便可监测和控制流化气体的供应。此外，将注意到，多个传感器可位于每个上述位置处，例如，多个传感器可沿y轴方向定位，以确保检测沿重涂器设备500的长度的粉末床的宽度供应的粉末量。传感器还包括后z高度传感器阵列516和前z高度传感器阵列517，以精确地监测重涂器设备500相对于粉末床的高度，和/或确定扫掠带507和506和位置503处的前z高度传感器517处和位置502处的后z高度传感器516处的粉末床之间的高度差和/或空隙，这可用于通过计量轮510和分配构件432的控制确定由重涂器设备提供至粉末床502的粉末量。前z高度传感器阵列517和后z高度传感器阵列516可为电容式接近传感器。前z高度传感器阵列517和后z高度传感器阵列516还可包括或组合本领域中可用于以非接触方式确定高度的任何公知传感器。前述前z高度传感器阵列517和后z高度传感器阵列516可用于调整重涂器设备500的高度，和/或可用于调整经由粉末供应出口548供应至粉末床502的粉末量或分布。
基于所述传感器的输出，前扫掠带507和后扫掠带506可调整，使得比前扫掠带507的顶部部分离设备更远的前扫掠带507的底部部分相对于后扫掠带506的底部部分偏移(即，在z方向上较低)。换言之，由于粉末层从开口供应至粉末床和/或粉末床中构建的部件，故可优选沿z方向调整后扫掠带506，以补偿提供的粉末层的厚度。如果重涂器设备反向(即，引起后扫掠带变为前扫掠带)，则可能需要以类似方式调整扫掠带高度(即，前扫掠带在在方向上低于后扫掠带)。使用任何前述技术，可能还优选调整扫掠带高度，使得粉末床和/或构建构件与扫掠带之间在z方向上的空隙小于1mm。
扫掠带503和/或506还构造成从构建区域去除一定量的粉末。例如，在通过固化粉末来进行构建过程的同时，构建的一部分可开始来以比构建的另一部分更快的速率增加高度。换言之，例如，参看图5B，构建的第一部分可沿Z方向比构建的第二部分延伸更远。因此，如果粉末连续地供应且在第一部分和第二部分处以相同速率熔合，则完成的部件的尺寸可实现，和/或构建问题可出现。为了防止此问题，当构建部件时，扫掠带503和/或306可通过去除和/或限制粉末供应到在Z方向上进一步延伸的构建部分来起到调平功能，通过选择性地控制供应到每个区域的粉末量(使用下面提到的供应方法和/或通过扫掠带去除粉末)，可以实现更一致的构建，并且可避免诸如前述背景段落中所述的问题。
如上文所述，来自前z高度传感器阵列517、后z高度传感器阵列516、通路522中的光发射器接收器对、粉末供应出口504中的光发射器接收器对、流化部分550、流化气体入口543、流化气体出口539和/或圆柱形壳体部分521内的输出可由控制器处理，以连续地调整连接到可旋转的计量辊510上的电机的输出，向流化气体入口543和/或流化气体出口539和/或超声换能器536供应流体。因此，通过控制粉末分配构件505中的前述变量，当重涂器500行进穿过粉末床502时，粉末519可在部分540附近和/或构建部件处的位置沿粉末床502精确地分布。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括优选实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么此类其它实施例希望在权利要求书的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及每个此类方面的其它已知等效物可由所属领域的一般技术人员混合和匹配以根据本申请的原理构造出额外实施例和技术。
Claims (10)
1.一种用于供应粉末的设备，包括：
粉末储存器；
第一扫掠带；
第二扫掠带；以及
粉末分配系统，其包括：
用于从所述粉末储存器接收粉末的入口；
用于供应从所述入口接收到的粉末的出口，所述出口位于所述第一扫掠带与所述第二扫掠带之间；
围绕轴线可旋转的辊，所述辊构造成从所述入口传送粉末；以及
位于所述入口和所述辊下方并且位于粉末床上方的流化部分，其中，所述流化部分还包括：
用于将粉末供应至所述出口的溢流部分；
位于所述第一扫掠带和所述第二扫掠带上方的流化气体入口；以及
位于所述流化气体入口上方的流化气体出口。
2.根据权利要求1所述的用于供应粉末的设备，其中所述粉末分配系统还包括：
与所述入口流体连通的壳体部分，其中：
所述辊在所述壳体内，并且所述轴线沿第一方向延伸。
3.根据权利要求2所述的用于供应粉末的设备，其中所述辊有纹理的。
4.根据权利要求2所述的用于供应粉末的设备，其中所述辊是计量辊，所述计量辊具有沿所述第一方向延伸的多个计量凸起。
5.根据权利要求3所述的用于供应粉末的设备，其中所述辊构造成经由与所述流化部分和所述壳体部分流体连通的连通路径来将粉末传送至所述流化部分。
6.根据权利要求1所述的用于供应粉末的设备，还包括：
第一高度检测器，用于检测第一位置处相对于所述粉末床的所述设备高度，其中在所述出口处供应的所述粉末量基于来自所述第一高度检测器的输出来控制。
7.根据权利要求6所述的用于供应粉末的设备，还包括：
第二高度检测器，用于检测不同于所述第一位置的第二位置处的相对于所述粉末床的所述设备高度，其中在所述出口处供应的所述粉末量基于来自所述第一高度检测器和所述第二高度检测器的输出来控制。
8.根据权利要求4所述的用于供应粉末的设备，其中所述流化部分还包括：
用于将粉末供应至所述出口的多个开口，其中粉末由所述计量辊供应至所述流化部分。
9.根据权利要求8所述的用于供应粉末的设备，其中所述粉末分配系统还包括能够振动所述流化部分的至少一个振动构件。
10.一种用于供应粉末的方法，包括：
将粉末储存在粉末储存器中，和
将所述粉末从所述粉末储存器经由粉末分配系统传送至位于第一扫掠带与第二扫掠带之间的粉末出口，所述粉末分配系统包括：
用于从所述粉末储存器接收粉末的入口；
用于供应从所述入口接收到的粉末的出口，所述出口位于所述第一扫掠带与所述第二扫掠带之间；
围绕轴线可旋转的辊，所述辊构造成从所述入口传送粉末；以及
位于所述入口和所述辊下方并且位于粉末床上方的流化部分，其中，所述流化部分还包括：
用于将粉末供应至所述出口的溢流部分；
位于所述第一扫掠带和所述第二扫掠带上方的流化气体入口；以及
位于所述流化气体入口上方的流化气体出口。
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