CN110121406B - 用于增材制造的方法及辐条支撑件 - Google Patents

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Abstract

本公开大体涉及在构建物体的过程中运用辐条支撑件结构的增材制造(AM)的方法，以及在这些AM过程中使用的新型辐条支撑件结构。物体包括第一部分和第二部分。第一部分的第一远端通过未熔融粉末的一部分与第二部分的第二远端分离。至少一个支撑结构将第一远端连接到第二远端。该方法包括从粉末床去除物体和支撑结构。该方法包括热处理物体和支撑结构。支撑结构在热处理期间维持物体的尺寸稳定。该方法包括在热处理之后从第一远端和第二远端加工去掉至少一个支撑结构。

Description

用于增材制造的方法及辐条支撑件
技术领域
本公开大体涉及在构建物体的过程中运用支撑结构的增材制造(AM)的方法，以及在这些AM过程中使用的新型支撑结构。
背景技术
与减材制造方法对比，AM过程大体涉及到一个以上材料的堆积，以制作净或近净形状(NNS)物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ASTM F2792)，但是，AM囊括以各种名称已知的各种制造和成型技术，包括自由成形制备、3D打印、快速成型/模具等。AM技术能够依由各种材料制备复杂部件。通常，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制备。特定类型的AM过程使用能量束(例如电子束)或电磁辐射(诸如激光束)，来烧结或熔化粉末材料，从而生成固态三维物体，其中粉末材料的颗粒结合在一起。使用不同的材料系统，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷。激光烧结或熔化是一种值得注意的AM过程，用于快速制造功能原型和工具。应用包括复杂工件的直接制造，用于熔模铸造的模型，用于注塑和压铸的金属模具，以及用于砂铸的模具和型芯。在设计周期期间制造原型物体以增强概念通信和测试是AM过程的其他常见用法。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常见的行业术语，用以指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体。例如，美国专利号4,863,538和美国专利号5,460,758描述常规的激光烧结技术。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔融(聚结)粉末颗粒，而熔化需要使粉末颗粒充分熔化以形成固态均质物质。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括向粉末材料热传递然后烧结或者熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化过程可以应用于宽泛范围的粉末材料，但是，生产途径的科学和技术方面(例如烧结或熔化速率以及层制造过程期间处理参数对微观结构演变的影响)还未很好地了解。该制造方法伴随着数个热、质量和动量传递模式，以及使得该过程非常复杂的化学反应。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示范性常规系统100的横截面视图的示意图。装置100通过使用源(诸如激光器120)所产生的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)以逐层方式构建物体，例如零件122。要由能量束熔化的粉末通过贮存器126供应并使用重涂覆机臂116在方向134上行进而均匀地铺展在构建板114上边，以将粉末维持在水平118并且将在粉末水平118上面延伸的多余粉末材料去除到废物容器128。在振镜扫描器132的控制之下，能量束136烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建板114，并将另一粉末层铺展在构建板和正在构建的物体上边，随后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到零件122完全由熔化/烧结的粉末材料构建起来。激光器120可以通过包括处理器和存储器的计算机系统控制。计算机系统可以针对每层确定扫描图案，并且控制激光器120根据扫描图案照射粉末材料。在完成零件122的制造之后，各种后处理流程可以应用于零件122。后处理流程包括通过例如吹气或抽真空去除多余粉末。其他后处理流程包括应力释放过程。此外，可以使用热学和化学后处理流程来完成零件122。
装置100通过执行控制程序的计算机控制。例如，装置100包括执行固件的处理器(如，微处理器)，操作系统或者提供装置100和操作员之间的接口的其他软件。计算机接收待形成物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序产生三维模型。计算机分析模型并且针对模型内的每个物体提出工具路径。操作员可以限定或调整扫描图案的各种参数，诸如功率、速度和间距，而通常不直接编程工具路径。
图2图示直接构建在构建平台114上的无支撑物体200的横截面视图。物体200包括竖向构件202，竖向构件202例如可以是支腿或同心环。竖向构件202可以形成物体200的最底部部分，并且在物体200从构建平台114向上构建时首先形成。连接竖向构件202的顶部部分204后来构建在竖向构建202的顶部上。竖向构件202中的每一个可以最初连接到构建平台114。
在一般的后处理流程中，在加工过程中从构建平台114去除物体200。例如，可以使用线电火花加工(EDM)来去除物体200，以从构建平台切割物体200。然后物体200受到热处理过程。
本发明人发现了，如图3所示，热处理过程可能导致物体200变形以得到物体300。特别地，热处理期间的热膨胀可能导致竖向构件202弯折或翘曲。对于带有严格制造公差的零件，变形可能得到不可接受的零件。例如，在燃料喷嘴应用中，变形可能导致零件未对准。
鉴于上面的情况，可以理解，存在与AM技术相关的问题、短处或缺点，如果能够获得支撑物体和支撑结构的改进方法，则将是理想的。
发明内容
以下呈现本发明的一个以上方面的简要概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有可预期方面的广泛概述，并且既不意在标识所有方面的关键或重要元件，也不意在描绘任何或所有方面的范围。其目的是以简化形式呈现一个以上方面的一些概念，作为稍后呈现的更加详细的描述的序言。
在一个方面，本公开提供一种制备物体的方法。该方法包括：(a)利用能量束沿着一系列扫描线路照射粉末床中的粉末层，以形成熔融区域；(b)将后续粉末层提供在粉末床上；以及，(c)重复步骤(a)和(b)，直到在粉末床中形成物体和至少一个支撑结构为止。物体包括第一部分和第二部分。第一部分的第一远端通过未熔融粉末的一部分与第二部分的第二远端分离。至少一个支撑结构将第一远端连接到第二远端。该方法包括：(d)从粉末床去除物体和支撑结构；以及，(e)对物体和至少一个支撑结构进行热处理。至少一个支撑结构在热处理期间维持物体的尺寸稳定。该方法包括，(f)从第一远端和第二远端加工去掉至少一个支撑结构。
审阅以下的详细描述以后，将更全面地了解本发明的这些及其他方面。
附图说明
图1是示出增材制造的常规装置的示例的示意图。
图2图示没有支撑的构建平台上的物体的侧视图。
图3图示在热处理之后图2中的物体的侧视图。
图4图示根据本公开一方面的物体和辐条支撑件的侧视图。
图5图示根据本公开一方面的在从构建平台去除之后图4的物体和辐条支撑件的侧视图。
图6图示根据本公开一方面的在热处理和去除辐条支撑件之后图4的物体的侧视图。
图7图示根据本公开一方面的示例物体和辐条支撑件的仰视图。
具体实施方式
下面连同附图一起阐述的详细描述意在作为各种构造的描述，而不意在表示可以实践文中所描述的概念的唯一构造。出于提供对各种概念的透彻理解的目的，该详细描述包括具体细节。然而，这些概念可以在没有这些具体细节的情况下实践对本领域技术人员而言将是显然的。在一些实例中，众所周知的部件以框图形式示出，以便避免模糊这些概念。
图4图示辐条支撑件410所支撑的物体400的示例。相似于物体200，物体400包括数个竖向构件402，403，404，可以包括例如支腿或环形壁。竖向构件402，403，404通过顶部部分405连接。竖向构件402，403，404中的每一个包括相应的远端422，423，424。物体的一部分的远端指代远离物体中心的部分的一端。物体400包括竖向构件402，403，404之间的朝下表面406。应当理解，在物体400从底部向上形成时，竖向构件402，403，404最初彼此分离。一旦形成顶部部分405，竖向构件402，403，404就被连接。
代替直接构建在构建平台114上，物体400构建在辐条支撑件410的顶部上。在该示例中，辐条支撑件410是直接构建在构建平台114上的大体扁平的支撑件。在一方面，辐条支撑件410大致是水平的。例如，辐条支撑件410可以具有最大斜度。例如，最大斜度可以是±10度。辐条支撑件410在离物体400的远端422，423，424的远处定位。使用扫描图案在至少第一层中形成辐条支撑件410，该扫描图案不同于物体400的底部表面的扫描图案。辐条支撑件410连接物体400的分离部分，例如竖向构件402，403，404。例如，辐条支撑件410将第一竖向构件402连接到第二竖向构件403。第一竖向构件402通过紧接在辐条支撑件410上面的层中的未熔融粉末的一部分与第二竖向构件403分离。辐条支撑件410还可以支撑其他支撑件，诸如支撑件412。支撑件412例如是支撑朝下表面406的可断开支撑件。支撑件412构建在辐条支撑件410的顶部上。本领域中已知的其他支撑件可以构建在辐条支撑件410的顶部上以支撑物体400。
在一方面，辐条支撑件410具有这样的高度，该高度足以允许第一加工过程(如，线EDM)从构建平台114去除辐条支撑件410和物体400而不加工物体400。辐条支撑件410的一部分可以在第一加工过程中去除，但辐条支撑件410的剩余部分依然附接到物体400。在一个方面，该高度也可以足够小，使得物体400的一部分可以构建在围绕辐条支撑件410的未熔融粉末的薄部分的顶部上。例如，辐条支撑件410不一定与物体400的底层共同延伸。物体400的延伸超出辐条支撑件的部分和物体400的未直接连接到辐条支撑件410的部分构建在未熔融粉末的薄层的顶部上。在形成物体400的第一层时，辐条支撑件410有助于保持未熔融粉末的部分。
图5图示在从构建平台114去除之后依然连接到辐条支撑件410的物体400。辐条支撑件410可以具有减少的高度，因为辐条支撑件410的一部分可以在从构建平台114去除物体400的同时被加工去掉。辐条支撑件410具有比构建平台114更小的宽度。例如，辐条支撑件410的覆盖区可以近似与物体400的覆盖区相同。由此，物体400和辐条支撑件410可以在用于热处理过程的烘箱中占据比构建平台114和物体400将占据的空间更少的空间。在热处理过程期间，物体400维持其原始形状，因为辐条支撑件410维持竖向构件402相对于彼此的位置。
辐条支撑件410还将支撑件412保持在其原始位置。没有辐条支撑件410时，当从构建平台114去除物体400时，可能无意中去除支撑件412。支撑件412还可以有助于防止物体400在热处理过程期间变形。如下面进一步详细论述的，辐条支撑件410具有允许在热处理过程之前从物体400去除未熔融粉末的开口结构。去除未熔融粉末防止未熔融粉末在热处理过程期间烧结。
图6图示在热处理过程之后且去除辐条支撑件410之后的物体400。热处理过程释放物体400内的应力。一旦热处理过程完成且物体400已冷却(如，到近似室温)，就去除辐条支撑件410。使用加工过程(如，线EDM)去除辐条支撑件410。因为物体400内的应力已经由热处理过程释放，所以，当辐条支撑件410被去除时，物体400不变形。
当去除辐条支撑件410时，支撑件412可以依然连接到物体400。使用附加的加工过程去除支撑件412。例如，可以通过在窄连接部分处断开支撑件来去除支撑件412。可以使用附加的加工过程来完成物体400。例如，可以在原始连接支撑件412的地方研磨和/或抛光物体400。
图7图示物体700和辐条支撑件710的仰视图。例如，图7表示从构建平台114去除之后的物体和辐条支撑件。物体700(以散列填充物示出)包括数个同心环形部分702。同心环形部分例如可以形成同轴连接。在一方面，外同心环形部分702包括法向延伸的突出部704。外同心环形部分702例如还包括间隙706。由此，外同心环形部分702可以是局部环形的。物体700还包括分离部分708，分离部分708至少在物体700的底部处不直接连接到同心环形部分702。应当理解，随着物体700的高度增加，物体700的各种部分通过附加部分(未示出)联接在一起。此外，可以在构建过程期间使用一个以上支撑件716来支撑物体700的各部分。在后处理期间去除支撑件716。
辐条支撑件710(以实线示出)在物体700的底表面处连接物体700的各种部分。辐条支撑件710还可以连接任何支撑件716。辐条支撑件710包括数个部段。在一方面，数个部段每个皆是使用最小面积或最小线性距离连接物体700的各部分同时满足支撑标准的直线部段。由此，辐条支撑件710是包括部段之间的空间的大体开口结构。开口结构允许在热处理过程之前从物体700去除未熔融粉末。最小面积有助于减少构建时间和粉末使用。
支撑标准限定防止物体700在热处理过程期间变形的特性。示例支撑标准可以包括用于同心或其他嵌套部分的部段之间的最大角度。最大角度例如可以在20和90度之间。在图示示例中，径向部段712之间的角度是30度。连接部段714在物体700的不同部分之间延伸。例如，连接部段714将同心环形部分702连接到分离部分708。连接部段714的位置通过诸如最大未连接长度的标准限定。例如，连接部段714可以沿着分离部分708定位，使得不超过1英寸延伸超过连接部段714。
在一方面，装置100基于包括物体700、辐条支撑件710和任何其他支撑件(如支撑件716)的三维计算机模型形成辐条支撑件710。使用CAD程序，操作员修改物体700和支撑件716的三维模型，以包括辐条支撑件710。在一方面，操作员将物体700和支撑件716向上移动辐条支撑件710的高度。然后，操作员将辐条支撑件710添加为沿着物体700和支撑件716的底部的二维模型。然后，操作员使用CAD程序挤压辐条支撑件710的二维模型，以填充物体底部和模型底部之间的空间。挤压功能一般能够在CAD程序中获得。在该情况下，挤压功能确定二维辐条支撑件的边缘的坐标，并且产生从二维辐条支撑件延伸到操作员所指定的诸如物体700或模型底部(如，构建板)的点的三维物体。操作员可以使用CAD软件在三维模型内产生辐条支撑件710的数个部段。在另一方面，CAD程序分析包括物体700和支撑件716的模型的底层，以产生辐条支撑件710的模型。CAD程序自动将物体700和支撑件716移动到正确高度。然后，CAD程序使用支撑标准所限定的规则来产生具有满足支撑标准的最小面积的辐条支撑件710。然后将包括物体700、支撑件716和辐条支撑件710的三维模型提供给装置100。装置100直接在构建平台114上形成辐条支撑件710，然后在辐条支撑件710的顶部上构建物体700和支撑件716。
另外，一种制造物体的方法可以包括，接续地、同时地或交替地熔化粉末以形成如上所述的数个支撑件的各部分。此外，对于使用多个支撑件制造的物体，后处理流程可以包括去除每个支撑件。在一方面，支撑结构可以包括文中描述的不同类型的数个支撑件。数个支撑件可以直接或经由物体彼此连接。对于特定物体的支撑件的选择可以基于文中描述的因素(如，形状、纵横比、定向、热学性质等)。
在一方面，可以组合地使用数个支撑件，以支持物体的制造，防止物体移动，和/或控制物体的热学性质。也即，使用增材制造来制造物体可以包括使用下述手段中的一个以上：支架，系紧支撑件，脱离支撑件，横向支撑件，共形支撑件，连接支撑件，围绕支撑件，键槽式支撑件，可断开支撑件，前缘支撑件或粉末去除端口。以下专利申请包括这些支撑件及其使用方法的公开内容：
美国专利申请号15/042,019，名称“用于增材制造的方法和共形支撑件(METHODANDCONFORMAL SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00008，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,024，名称“用于增材制造的方法和连接支撑件(METHODANDCONNECTING SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00009，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/041,973，名称“用于增材制造的方法和围绕支撑件(METHODSAND SURROUNDING SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00010，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,010，名称“用于增材制造的方法和键槽式支撑件(METHODSAND KEYWAY SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00011，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/042,001，名称“用于增材制造的方法和可断开支撑件(METHODSAND BREAKABLE SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00012，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/335,116，名称“用于增材制造的方法和热支撑件(METHODSANDTHERMAL SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号270368F/037216.00013，于2016年10月26日提交；
美国专利申请号15/041,991，名称“用于增材制造的方法和前缘支撑件(METHODSAND LEADING EDGE SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00014，于2016年2月11日提交；以及
美国专利申请号15/041,980，名称“用于增材制造的方法和具有粉末去除端口的支撑件(METHOD AND SUPPORTS WITH POWDER REMOVAL PORTS FORADDITIVEMANUFACTURING)”，代理案卷号037216.00015，于2016年2月11日提交；
美国专利申请号15/220,170，名称“用于增材制造的方法和虚幻支撑件(METHODSAND GHOST SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号270368I/037216.00016，于2016年7月26日提交；以及
美国专利申请号15/153,445，名称“用于增材制造的方法和轨道支撑件(METHODSAND RAIL SUPPORTS FOR ADDITIVE MANUFACTURING)”，代理案卷号270368J/037216.00035，于2016年5月12日提交。
这些申请中的每一个的公开内容以其全部内容并入文中，一定程度上，它们公开了可以连同文中公开的支撑结构一起使用以制作其他物体的其他支撑结构。
此外，支架包括在物体下方构建的支撑件，以向物体提供竖向支撑。支架可以由互连的支撑件形成，例如，以蜂窝图案。在一方面，支架可以是实心或者包括实心部分。支架在各种部位处接触物体，为将要在支架上面构筑的物体提供承载支撑。支撑结构和物体之间的接触还防止物体的横向移动。
系紧支撑件在构建过程期间防止相对薄扁的物体或物体的至少第一部分(如，第一层)移动。相对薄的物体倾向于翘曲或剥落。例如，热耗散可以引起薄的物体随着其冷却而翘曲。作为另一示例，再涂覆机可以引起横向力施加到物体，这在一些情况下会抬起物体的边缘。在一方面，系紧支撑件构建在物体下方，以将物体系紧到锚表面。例如，系紧支撑件可以从锚表面(诸如平台)竖向延伸到物体。通过将粉末熔化在物体下方的每一层中的具体位置来构建系紧支撑件。系紧支撑件连接到平台和物体(如，在物体的边缘处)两者，防止物体翘曲或剥落。可以在后处理流程中从物体去除系紧支撑件。
脱离支撑结构减少支撑结构和物体之间的接触面积。例如，脱离支撑结构可以包括分离部分，每个部分由空间分离。该空间可以减少脱离支撑结构的总大小和制备脱离支撑结构所消耗的粉末量。进一步，各部分中的一个以上可以具有减少的与物体的接触表面。例如，支撑结构的一部分可以具有尖的接触表面，其在后处理期间更容易从物体去除。例如，具有尖的接触表面的部分将在尖的接触表面处从物体脱离。尖的接触表面仍然提供提供承载支撑和系紧物体以防止翘曲或剥落的功能。
横向支撑结构被用以支撑竖向物体。物体可以具有相对高的高度与宽度的纵横比值(如，比1大)。也即，物体的高度比其宽度大很多倍。横向支撑结构位于物体的一侧。例如，物体和横向支撑结构构建在相同的层中，其中每一层中的扫描图案包括物体的一部分和横向支撑结构的一部分。横向支撑结构与物体分离(如，通过每一层中的未熔化粉末的一部分)或通过脱离支撑结构连接。由此，在后处理期间可以容易地从物体去除横向支撑结构。在一方面，横向支撑结构当施加附加粉末时提供支撑件抵抗重涂覆机所施加的力。通常，重涂覆机所施加的力在重涂覆机的移动方向上，因为它使附加粉末层平整。由此，横向支撑结构在重涂覆机的移动方向上相对于物体构建。另外，横向支撑结构可以在底部比在顶部更宽。更宽的底部为横向支撑结构提供稳定性，以抵挡重涂覆机所产生的任何力。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例具有与权利要求书的文字语言并无不同的结构元件的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等效结构元件的话。来自所描述的各种实施例的各方面以及针对每个这种方面的其他已知等效物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构筑根据本申请原理的其他实施例和技术。

Claims (9)

1.一种制备物体的方法，其特征在于，包含：
(a)利用能量束沿着一系列扫描线路照射粉末床中的粉末层，以形成熔融区域；
(b)在所述粉末床上提供后续粉末层；以及
(c)重复步骤(a)和(b)，直到在所述粉末床中形成所述物体和至少一个支撑结构为止，其中：
所述物体包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分的第一远端通过一部分未熔融粉末与所述第二部分的第二远端分离，其中，物体的一部分的远端是远离所述物体的中心部分的一端；
所述物体被构建于所述支撑结构的顶部；以及：
所述支撑结构包括辐条支撑件，其中所述辐条支撑件进一步包括：
将所述第一远端连接到所述第二远端的多个直线部段；以及
大体开口结构，所述开口结构包括在所述多个直线部段之间的空间，所述空间允许将未熔融粉末从所述物体上去除；
(d)从所述粉末床去除所述物体和所述支撑结构；
(e)对所述物体和所述至少一个支撑结构进行热处理，其中，所述至少一个支撑结构在所述热处理期间维持所述物体的尺寸稳定；以及
(f)从所述第一远端和所述第二远端加工去掉所述至少一个支撑结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述支撑结构包括在构建平台上的至少第一层中形成的基本水平的支撑件。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，从所述粉末床去除所述物体和所述支撑结构包括：加工基本水平的所述支撑件，以从所述构建平台去除所述物体和所述支撑结构。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个支撑结构将所述物体的所述第一部分或所述物体的所述第二部分连接到从所述构建平台延伸的至少一个其他支撑件。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含：
(g)在已加工去掉所述至少一个支撑结构之后，从所述物体去除所述至少一个其他支撑件。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含，在所述热处理之前从所述物体和所述支撑结构去除一部分未熔融粉末。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述多个直线部段使水平层中的总材料最小化，同时满足一组支撑标准。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中，相邻线部段之间的最大角度小于90度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中，所述物体的底表面上未连接到所述支撑结构的点之间的最大距离小于阈值距离，其中，所述阈值距离是1英寸。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112016007474T5 (de) * 2016-12-28 2019-08-14 Mitsubishi Electric Corporation Hilfsvorrichtung für die additive Fertigung, Hilfsverfahren für die additive Fertigung und Hilfsprogramm für die additive Fertigung
US11117329B2 (en) 2018-06-26 2021-09-14 General Electric Company Additively manufactured build assemblies having reduced distortion and residual stress
CN109108286A (zh) * 2018-10-26 2019-01-01 福州大学 一种3d打印微结构的无损脱离方法
WO2020091858A1 (en) * 2018-10-31 2020-05-07 Arconic Inc. Additively manufactured articles with lattice supports and methods and systems for production thereof
GB2580149A (en) * 2018-12-21 2020-07-15 Gkn Aerospace Services Ltd Powder recovery system
US11440097B2 (en) 2019-02-12 2022-09-13 General Electric Company Methods for additively manufacturing components using lattice support structures
CN110064757B (zh) * 2019-04-30 2021-08-17 上海航天设备制造总厂有限公司 一种用于激光选区熔化成形悬空面结构
US11420383B2 (en) * 2020-09-08 2022-08-23 General Electric Company System and method for additively manufacturing components using containment walls
CN113976916B (zh) * 2021-11-02 2024-03-15 深圳市华阳新材料科技有限公司 一种3d打印的支撑结构
CN116037925A (zh) * 2022-12-22 2023-05-02 歌尔股份有限公司 开口件的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2241430A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-20 Global Filtration Systems, Inc. Method of reducing the force required to separate a solidified object from a substrate
WO2015065510A1 (en) * 2013-10-28 2015-05-07 3D Forms, Inc. Three dimensional object formation method
CN104718061A (zh) * 2012-09-18 2015-06-17 Eos有限公司电镀光纤系统 用于分层制造三维物体的装置
CN105904729A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 浙江大学 一种基于倾斜分层的无支撑三维打印方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6352669B1 (en) * 1998-10-22 2002-03-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method for sintering mechanisms
GB0715621D0 (en) * 2007-08-10 2007-09-19 Rolls Royce Plc Support architecture
US9789540B2 (en) * 2008-02-13 2017-10-17 Materials Solutions Limited Method of forming an article
US8460755B2 (en) * 2011-04-07 2013-06-11 Stratasys, Inc. Extrusion-based additive manufacturing process with part annealing
US20140303942A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 Formlabs, Inc. Additive fabrication support structures
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
US9802360B2 (en) * 2013-06-04 2017-10-31 Stratsys, Inc. Platen planarizing process for additive manufacturing system
US9011136B1 (en) * 2014-02-19 2015-04-21 Massivit 3D Printing Technologies Ltd Additive manufacturing device
KR101628944B1 (ko) * 2014-08-08 2016-06-09 주식회사 캐리마 복합재료 3d 프린팅 장치 및 방법
GB201500607D0 (en) * 2015-01-14 2015-02-25 Digital Metal Ab Additive manufacturing method, method of processing object data, data carrier, object data processor and manufactured object
GB201504603D0 (en) * 2015-03-18 2015-05-06 Materials Solutions Additive manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2241430A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-20 Global Filtration Systems, Inc. Method of reducing the force required to separate a solidified object from a substrate
CN104718061A (zh) * 2012-09-18 2015-06-17 Eos有限公司电镀光纤系统 用于分层制造三维物体的装置
WO2015065510A1 (en) * 2013-10-28 2015-05-07 3D Forms, Inc. Three dimensional object formation method
CN105904729A (zh) * 2016-04-22 2016-08-31 浙江大学 一种基于倾斜分层的无支撑三维打印方法

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