CN111989177B - 用于增材制造流动控制装置的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于增材制造系统的流动控制装置。流动控制装置包括：气体供应装置，其被构造成排放气体；第一流动修改器，其被构造成修改气体的第一部分的至少一个流动特性；第二流动修改器，其被构造成与第一流动修改器协作以修改气体的第一部分的至少一个流动特性。第二流动修改器进一步被构造为修改气体的第二部分的至少一个流动特性，并且第一流动修改器和第二流动修改器被构造为进行协作，以引导气体的第一部分和第二部分中的至少一部分朝向多个颗粒中的熔池。

Description

用于增材制造流动控制装置的系统和方法
优先权信息
本申请要求于2018年4月9日提交的美国专利申请序列号15/948,648的优先权，其通过引用结合于本文。
技术领域
本文描述的主题大体涉及增材制造系统，并且更具体地涉及包括流动控制设备的增材制造系统。
背景技术
至少一些增材制造系统涉及颗粒材料的固结以制造部件。这样的技术有助于使用昂贵的材料以降低的成本和改进的制造效率来生成复杂部件。至少一些已知的增材制造系统(例如直接金属激光熔化(DMLM)，选择性激光熔化(SLM)，直接金属激光烧结(DMLS)和
Figure GDA0003314419500000011
系统)使用聚焦能量源(例如激光装置或电子束发生器)，构建平台和颗粒(例如但不限于粉末金属)来制造部件。(LaserCusing是德国利希滕费尔斯的Concept LaserGmbH的注册商标。)在至少一些DMLM系统中，通过聚焦的能量源在颗粒中形成熔池，并且颗粒在大气压下被固结以在构建平台上形成部件的构建层。然而，在至少一些已知的系统中，烟灰和其他小颗粒物质会在固结处理期间产生，并可能悬浮在构建平台周围以及构建层和聚焦的能量源之间的气体中，从而降低了被用于固结的能量源的有效功率，这可能导致固结不一致，包括已完成部件中的尺寸，表面光洁度以及颗粒间固结不一致。
发明内容
在一方面，提供了一种用于增材制造系统的流动控制装置。该增材制造系统限定第一方向，第二方向和第三方向。该流动控制装置包括：气体供应装置，其被构造成排放气体；第一流动修改器，其被构造成修改气体的第一部分的至少一个流动特性；第二流动修改器，其被构造成与第一流动修改器进行协作以修改气体的第一部分的至少一个流动特性。第二流动修改器进一步被构造成修改气体的第二部分的至少一个流动特性，并且第一流动修改器和第二流动修改器被构造成进行协作，以引导气体的第一部分和第二部分中的至少一部分朝向多个颗粒中的熔池。
在另一方面，提供了一种增材制造系统。该增材制造系统限定第一方向，第二方向和第三方向。该增材制造系统包括构造成在构建层中生成熔池的固结装置和外壳。外壳包括：构建层，其包括多个颗粒；气体供应装置，其被构造成排放气体；第一流动修改器，其被构造成修改气体的第一部分的至少一个流动特性；第二流动修改器，其被构造成与第一流动修改器进行协作以修改气体的至少一个流动特性。第二流动修改器进一步被构造成修改气体的第二部分的至少一个流动特性，并且第一流动修改器和第二流动修改器被构造成进行协作，以引导气体的第一部分和第二部分中的至少一部分朝向多个颗粒中的熔池。
在又一方面，提供了一种使用增材制造系统制造部件的方法。该方法包括将气体从气体供应装置排放到外壳中。该方法还包括操作固结装置以引导能量束入射在外壳内的构建层上，以在构建层中形成熔池。该方法还包括使用与第二流动修改器协作的第一流动修改器来修改气体的第一部分的至少一个流动特性。最后，该方法包括使用第二流动修改器来修改气体的第二部分的至少一个流动特性，使得第一流动修改器和第二流动修改器进行协作，以引导气体的第一部分和第二部分中的至少一部分朝向熔池。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是示例性增材制造系统的示意局部剖视图；
图2是可用于操作图1所示的增材制造系统的控制器的框图；
图3是图1所示的增材制造系统的示意侧视图，示出了示例性流动控制装置；
图4是图3所示的加压固结组件沿剖面线4-4截取的截面视图；
图5是图3所示的增材制造系统的替代实施例的示意侧视图，示出了示例性可移动流动控制装置；和
图6是示出可用于使用图1所示的增材制造系统来制造部件的示例性方法的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统中。这样，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的实践本文所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求中，将参考多个术语，这些术语应被限定为具有以下含义。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数指代。
“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件未发生的实例。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言可以用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”，“基本上”和“大约”的术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。
如本文中所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如，“处理装置”，“计算装置”和“控制器”)不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而是泛指微型控制器，微型计算机，可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其他可编程电路，并且这些术语在本文中可以互换使用。在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质(诸如随机存取存储器(RAM))，计算机可读非易失性介质(诸如闪存)。替代地，也可以使用软盘，光盘–只读存储器(CD-ROM)，磁光盘(MOD)和/或数字多功能盘(DVD)。而且，在本文描述的实施例中，附加输入通道可以是但不限于与操作员接口(诸如鼠标和键盘)相关联的计算机外围设备。替代地，还可以使用可包括例如但不限于扫描仪的其他计算机外围设备。此外，在示例性实施例中，附加输出通道可以包括但不限于操作员接口监视器。
此外，如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中的由个人计算机，工作站，客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以任何技术方法实施的任何有形的基于计算机的装置，该任何技术方法用于信息(诸如，计算机可读指令，数据结构，程序模块和子模块，或任何装置中的其他数据)的短期和长期存储。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形的非暂时性计算机可读介质(包括但不限于，存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。当由处理器执行时，这样的指令使处理器进行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件，物理和虚拟存储，CD-ROMS，DVD和任何其他数字源(例如网络或因特网)，以及尚未开发的数字方式，唯一的例外是暂时性传播信号。
此外，如本文所使用的，术语“实时”是指相关事件的发生时间，预定数据的测量和收集时间，数据处理时间，以及系统对事件和环境做出响应的时间中的至少一个。在本文所述的实施例中，这些活动和事件基本上是瞬时发生的。
本文所述的系统和方法包括用于增材制造系统的流动控制装置。增材制造系统限定第一方向，第二方向和第三方向，这三个方向彼此正交。流动控制装置包括构造成排放气体的气体供应装置，第一流动修改器和第二流动修改器。第一流动修改器构造成修改气体的第一部分的至少一个流动特性。第二流动修改器构造成与第一流动修改器协作，以修改气体的第一部分的至少一个流动特性，并且还构造成修改气体的第二部分的至少一个流动特性。第一流动修改器和第二流动修改器构造成进行协作，以引导气体的第一部分和第二部分中的至少一部分朝向构建层中的熔池。流动控制装置有助于通过减少部件的构建层与固结装置之间的颗粒数量，来降低增材制造部件的成本并提高增材制造部件的质量，从而减少固结部件所需的功率量，并且减少由于颗粒物质干扰固结装置和被固结的部件而引起的固结不一致。
增材制造处理和系统包括，例如但不限于，还原光聚合，粉末床熔融，粘合剂喷射，材料喷射，片层压，材料挤出，定向能量沉积和混合系统。这些处理和系统包括，例如但不限于，SLA–光刻设备，DLP–数字光处理，3SP–扫描，旋转和选择性光固化，CLIP–连续液体界面生产，SLS–选择性激光烧结，DMLS–直接金属激光烧结，SLM–选择性激光熔化，EBM–电子束熔化，SHS–选择性热烧结，MJF–多喷射熔融，3D打印，Voxeljet，Polyjet，SCP–平滑曲率打印，MJM–多喷射建模Projet，LOM–层压制品制造，SDL–选择性沉积层压，UAM–超声增材制造，FFF–熔融长丝加工，FDM–熔融沉积建模，LMD–激光金属沉积，LENS–激光工程网成形，DMD–直接金属沉积，混合系统，以及这些处理和系统的组合。这些处理和系统可以采用例如但不限于所有形式的电磁辐射，加热，烧结，熔化，固化，粘合，固结，压制，嵌入及其组合。
增材制造处理和系统采用的材料包括例如但不限于聚合物，塑料，金属，陶瓷，沙，玻璃，蜡，纤维，生物物质，复合材料以及这些材料的混合物。可以以适合于给定材料和处理或系统的各种形式用于这些处理和系统中的这些材料包括例如但不限于液体，固体，粉末，片，箔，带，长丝，颗粒，液体，浆液，金属丝，雾化，糊状以及这些形式的组合。
图1是示例性增材制造系统10的示意图。坐标系12包括限定第一纵向方向的X轴，限定第二水平方向的Y轴和限定第三竖直方向的Z轴。在示例性实施例中，增材制造系统10包括固结装置14和流动控制装置24，用于使用逐层制造处理来制造部件16。替代地，增材制造系统10可包括使用本文所述的任何处理和系统来促进材料固结的任何部件。在示例性实施例中，固结装置14是被构造为提供高强度热源的激光装置，该高强度热源被构造为使用能量束20在粉末材料中生成熔池18(未按比例显示)。具体地，固结装置14是基于钇的固态激光装置，其被构造为发射具有约1070纳米(nm)波长的激光束20。在替代实施例中，固结装置14可以包括任何类型的能量源，该能量源有助于如本文所述的增材制造系统10的操作。固结装置14和流动控制装置24包含在系统外壳22内。在替代实施例中，固结装置14可以位于系统外壳22的外部。增材制造系统10还包括计算机控制系统或控制器26。
固结装置14由致动器或致动器系统(未示出)移动，该致动器或致动器系统被构造为使固结装置14在第一方向，第二方向和第三方向上移动，以促进在增材制造系统10内制造部件16的层。例如但不限于，固结装置14绕中心点枢转，在线性路径、弯曲路径上移动，和/或旋转，以覆盖构建平台30上的一部分粉末，从而促进沿着扫描路径32引导能量束20，该扫描路径32沿着构建层36的多个颗粒34的表面，以在系统外壳22内形成部件16的层。替代地，系统外壳22和固结装置14以使增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何取向和方式移动。
在示例性实施例中，操作增材制造系统10以从部件16的3D几何形状的计算机建模表示中制造部件16。可以在计算机辅助设计(CAD)或类似文件中产生计算机建模表示。部件16的CAD文件转换为逐层格式，该逐层格式包括部件16的每一层的多个构建参数，例如，部件16的构建层36包括要通过增材制造系统10来固结的多个颗粒34。在示例性实施例中，在相对于增材制造系统10中使用的坐标系原点的期望取向上对部件16建模。部件16的几何形状被切成期望厚度的层的堆叠，使得每一层的几何形状是在该特定层位置处通过部件16的横截面的轮廓。跨越相应层的几何形状生成扫描路径32。沿着扫描路径32施加构建参数，以从用于构造部件16的颗粒34制造部件16的该层。针对部件16的每个相应层的几何形状重复该步骤。一旦处理完成，将生成电子计算机构建文件，包括所有层。该构建文件被加载到增材制造系统10的控制器26中，以在每一层的制造期间控制该系统。
在将构建文件加载到控制器26中之后，通过实施逐层制造处理(诸如直接金属激光熔化方法)来操作增材制造系统10以生成部件16。示例性逐层增材制造处理不使用预先存在的制品作为最终部件的前体，而是该处理从以可构造形式的原材料(例如颗粒34)产生部件16。例如但不限于，可以使用钢粉来增材制造钢部件。增材制造系统10能够使用多种材料(例如但不限于金属，陶瓷，玻璃和聚合物)来制造部件，诸如部件16。
图2是可用于操作增材制造系统10(如图1所示)的控制器26的框图。在示例性实施例中，控制器26是通常由增材制造系统10的制造商提供以控制增材制造系统10的操作的任何类型的控制器。控制器26至少部分地基于来自操作员的指令来执行操作以控制增材制造系统10的操作。控制器26包括例如将由增材制造系统10制造的部件16的3D模型。控制器26执行的操作包括控制固结装置14(如图1所示)的功率输出，调整安装系统(未示出)以控制固结装置14的移动和能量束20的扫描速度，以及调整和控制流动控制装置24的移动。在替代实施例中，控制器26可执行使增材制造系统10能够如本文所述起作用的任何操作。
在示例性实施例中，控制器26包括存储器装置38和联接到存储器装置38的处理器40。处理器40可以包括一个或多个处理单元，例如但不限于多核构造。处理器40是允许控制器26如本文所述操作的任何类型的处理器。在一些实施例中，可执行指令被存储在存储器装置38中。控制器26可构造为通过编程处理器40来进行本文所述的一个或多个操作。例如，可以通过将操作编码为一个或多个可执行指令并在存储器装置38中提供可执行指令来对处理器40进行编程。在示例性实施例中，存储器装置38是能够存储和检索信息(诸如可执行指令或其他数据)的一个或多个装置。存储器装置38可以包括一个或多个计算机可读介质，例如但不限于随机存取存储器(RAM)，动态RAM，静态RAM，固态盘，硬盘，只读存储器(ROM)，可擦除可编程ROM，电可擦除可编程ROM或非易失性RAM存储器。上面的存储器类型仅是示例性的，因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。
存储器装置38可以被构造为存储任何类型的数据，包括但不限于与部件16相关联的构建参数。在一些实施例中，处理器40基于数据的寿命从存储器装置38移除或“清除”数据。例如，处理器40可以覆盖与后续时间或事件相关联的先前记录和存储的数据。附加地或替代地，处理器40可以移除超过预定时间间隔的数据。另外，存储器装置38包括但不限于足够的数据，算法和命令，以促进对由增材制造系统10制造的部件16的构建参数和几何状况的监视。
在一些实施例中，控制器26包括联接到处理器40的呈现接口42。呈现接口42向用户44呈现信息，例如增材制造系统10的操作状况。在一个实施例中，呈现接口42包括联接到显示装置(未示出)(诸如阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)，有机LED(OLED)显示器，或“电子墨水”显示器)的显示适配器(未示出)。在一些实施例中，呈现接口42包括一个或多个显示装置。附加地或替代地，呈现接口42包括音频输出装置(未示出)，例如但不限于音频适配器或扬声器(未示出)。
在一些实施例中，控制器26包括用户输入接口46。在示例性实施例中，用户输入接口46联接到处理器40，并从用户44接收输入。用户输入接口46可以包括例如但不限于键盘，定点装置，鼠标，手写笔，触敏面板(诸如但不限于触摸板或触摸屏)，和/或音频输入接口(例如但不限于麦克风)。单个部件(诸如触摸屏)可以充当呈现接口42和用户输入接口46的显示装置。
在示例性实施例中，通信接口48联接至处理器40并被构造为与一个或多个其他装置(例如固结装置14)通信联接，并关于此类装置进行输入和输出操作，同时作为输入通道。例如，通信接口48可以包括但不限于有线网络适配器，无线网络适配器，移动电信适配器，串行通信适配器或并行通信适配器。通信接口48可以从一个或多个远程装置接收数据信号或向一个或多个远程装置传输数据信号。
呈现接口42和通信接口48均能够提供适合与本文描述的方法一起使用的信息，例如，向用户44或处理器40提供信息。因此，呈现接口42和通信接口48可以被称为输出装置。类似地，用户输入接口46和通信接口48能够接收适合与本文描述的方法一起使用的信息，并且可以被称为输入装置。
图3是增材制造系统10(图1所示)的示意性侧视图，示出了示例性流动控制装置24。图4是沿剖面线4-4截取的增材制造系统10(图3所示)的剖视图。在示例性实施例中，流动控制装置24包括：气体供应装置100，其被构造为将气体101的流排放到系统外壳22中；重涂器102，其包括第一流动修改器104和第二流动修改器106。在示例性实施例中，系统外壳22包括气体101的第一容积108，其经由气体供应装置100流动连通地联接到气体101的第二容积110。更具体地，气体101沿着流动方向112通过气体管道114从第二容积110流到气体供应装置100，在此气体101通过第一气体排放116和第二气体排放118中的一个排放到系统外壳22内的第一容积108中，并沿着下游方向120通过排放口122从系统外壳22移动到出口。
在示例性实施例中，第一气体排放116被构造为沿基本上平行于构建层36的第一方向以第一速度将气体101的第一部分124排放到系统外壳22中，从而限定第一流动路径126。第二气体排放118被构造为沿基本上垂直于构建层36的第三方向以第二速度将气体101的第二部分128排放到系统外壳22中，从而限定第二流动路径130。在替代实施例中，第一气体排放116和第二气体排放118中的一个可以与包含和第二容积110中的气体101不同的气体的第三容积流体连通地联接。在示例性实施例中，第二气体排放118是初级气体供应装置，而第一气体排放116是次级气体供应装置，其中第二气体排放118被构造为向系统外壳22内的第一容积108供应比第一气体排放116被构造为向系统外壳22供应更多的气体101。
在示例性实施例中，气体101是保护气体，并且更特别地，气体101是氩气。在替代实施例中，气体101可以是二氧化碳，氦气，氧气，氮气，一氧化氮，六氟化硫和二氯二氟甲烷中的至少一种。在示例性实施例中，系统外壳22的第一容积108内的气体101的压力大约为14.5磅每平方英寸(psi)(大气条件)。在示例性实施例中，第二容积110内的气体101的压力高于第一容积108内的气体101的压力，从而促进气体101从第一容积108移动到系统外壳22中并通过系统外壳22。在替代实施例中，第一容积108和第二容积110内的气体101的压力可以是有助于如本文所述的增材制造系统10的操作的任何压力。
在示例性实施例中，重涂器102被构造为沿着第一方向移动并且在增材制造系统10内跨构建层36分布多个颗粒34。重涂器102包括第一流动修改器104，该第一流动修改器104被构造为修改气体101的第一部分124的至少一个流动特性。在示例性实施例中，第一流动修改器104是第一流动特征132，其联接至重涂器102的竖直上部分134，并沿第二方向延伸第一流动特征宽度136，并且具有第一流动特征长度138。在示例性实施例中，第一流动特征132是翼型件形状。在替代实施例中，第一流动特征132是球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。在进一步替代实施例中，第一流动修改器104可包括任何布置的任何部件，其有助于如本文所述的流动控制装置24的操作。
在示例性实施例中，第二流动修改器106构造成与第一流动修改器104协作，以修改气体101的第一部分124的至少一个流动特性并修改气体101的第二部分128的至少一个流动特性。在示例性实施例中，第二流动修改器包括第二流动特征140。第二流动特征140是翼型件形状，其竖直定位在第一流动特征132上方，并在系统外壳22的内壁142之间沿第二方向延伸第二流动特征宽度144，并且具有第二流动特征长度146，使得第二流动特征140的第二后缘141相对于第一方向与第一流动特征132的第一后缘133基本对准。在替代实施例中，第二流动特征140是球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。在进一步替代实施例中，第二流动修改器106可包括任何布置的任何部件，其有助于如本文所述的流动控制装置24的操作。
在示例性实施例中，在构建层36的固结处理期间，熔池18由能量束20形成，使得等离子体羽流形成在熔池18和固结装置14之间，并形成从熔池18径向向外喷出的一定量的飞溅物和烟灰，并且至少部分地作为碎片云148悬浮在围绕构建层36的气态环境中。使熔池18和固结装置14暴露于气体101的流，特别是相对于固结装置14具有气体速度的气体101，该气体速度足以从固结装置14和熔池18之间携带碎片云148中的悬浮颗粒，这有助于降低了固结装置14的功率需求，提高了部件16的尺寸精度，并减少了系统外壳22中堆积的颗粒。
在示例性实施例中，气体101的第一部分124沿第一流动路径126移动，并接触第一流动特征132的前缘和竖直上表面以及第二流动特征140的前缘和竖直下表面。在示例性实施例中，第一流动特征132相对于第一方向以第一角度150定位，并且第二流动特征140相对于第一方向以第二角度152定位，其中第一流动特征132和第二流动特征140被定位和定向为充当流动修改器，以相对于气体101的第一部分124加速，衰减或以其他方式改变流动。更具体地，在第一流动特征132和第二流动特征140的上游部分之间限定的入口距离154大于在第一流动特征132和第二流动特征140的下游部分之间限定的出口距离156，使得气体101的第一部分124在通过第一流动特征132和第二流动特征140之间时被加速。另外，在示例性实施例中，第一流动特征132和第二流动特征140被定位成改变第一流动路径126的方向，如图3所示，以便于引导第一部分124朝向碎片云148并与气体101的第二部分128合并。
在示例性实施例中，气体101的第二部分128从第二气体排放118排放，沿第二流动路径130移动，并接触第二流动特征140的竖直上表面。气体101的第二部分128沿第二流动特征140的上表面被引导，并且第二流动特征140的第二角度152有助于改变第二流动路径130的方向，从而有利于引导第二部分128朝向碎片云148，并且有利于第二部分128与第一部分124合并。在替代实施例中，气体101的第二部分128可以沿着有利于如本文所述的增材制造系统10的操作的任何方向从增材制造系统10的任何部分排放。
在示例性实施例中，第一部分124在第一流动特征132和第二流动特征140下游的汇合处157处与第二部分128混合并组合，形成第三部分158并限定第三流动路径160。第三部分158代表第一部分124和第二部分128的组合，并且第三流动路径160的方向性是来自第一部分124和第二部分128的矢量的组合结果。更具体地，第三流动路径160由第一部分124在第一速度下的容积和第二部分128在第二速度下的容积的组合产生，其中第二部分128的容积和速度大于第一部分124的容积和速度，使得第三流动路径160限定预定的流动路径，以促进第三部分158与碎片云148相互作用。
在示例性实施例中，气体101的第三部分158沿着第三流路160移动并与碎片云148相互作用，使得由固结处理生成的碎片云148中的颗粒物会通过气体101从固结设备14和熔池18之间基本上连续地撤离。在示例性实施例中，固结装置14被示为位于系统外壳22内。在替代实施例中，包含一定量颗粒物的第三部分158的气体101沿着第三流动路径160继续到达排放口122。在示例性实施例中，排放口122被构造为有利于将第三部分158从系统外壳22排放至清洁系统(未示出)，该清洁系统被构造为从气体101中去除颗粒物以供将来再使用。在替代实施例中，排放口122被构造成以有助于本文所述的增材制造系统10的操作的任何方式促进从系统外壳22排放第三部分158。
图5是增材制造系统10(如图3-4所示)的替代实施例的示意侧视图，示出了包括可移动流动修改器系统200的示例性流动控制装置24。除了存在包括可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204的可移动流动修改器系统200之外，图3和图4所示的实施例基本上类似于图5所示的实施例。在示例性实施例中，第二流动修改器106是翼型件形状的第二流动特征140，并且可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204是翼型件形状。在替代实施例中，可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204可以是球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的任何一种。在进一步替代实施例中，可移动流动修改器系统200可以包括任何布置的任何部件，其有助于如本文所述的增材制造系统10的操作。
在示例性实施例中，可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204被构造为绕基本上与第二方向对准的轴线旋转，并且可移动第一流动特征202被构造为沿第三方向平移。更具体地，可移动第一流动特征202构造成绕沿着第二方向在内壁142之间延伸的第一轴206旋转，而可移动第二流动特征204构造成绕沿着第二方向在内壁142之间延伸的第二轴210旋转。在示例性实施例中，可移动第一流动特征202相对于第一方向以可移动第一角度214定位，并且可移动第二流动特征204相对于第一方向以可移动第二角度216定位。在替代实施例中，可移动第一流动特征202和可动第二流动特征204可以以有助于本文所述的增材制造系统10的操作的任何方式来构造和定位。
在示例性实施例中，可移动特征入口距离208限定在可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204的上游部分之间，并且可移动特征出口距离212限定在可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204的下游部分之间。另外，可移动第一流动特征202被构造为可沿第三方向在狭槽218内定位狭槽距离220，以进一步促进可移动第一流动特征202的放置。可移动第一流动特征202和可移动第二流动特征204被构造为与第二流动特征140协作，以修改气体101的第一部分124和第二部分128的至少一个流动特征，以有助于将第一部分124和第二部分128合并到气体101的第三部分158中，并有助于引导气体101的第三部分158朝向碎片云148。在替代实施例中，可移动第一流动特征202，可移动第二流动特征204和第二流动特征140可被定位成以有助于本文所述的增材制造系统10的操作的任何方式协作。
图6是示出使用增材制造系统10(图1所示)制造部件16的方法600的流程图。参考图105，方法600包括在602处，将气体101从气体供应装置100排放到系统外壳22中。方法600还包括在604处，操作固结装置14，以引导能量束20入射在系统外壳22内的构建层36上，从而在构建层36中形成熔池18。方法600进一步包括在606处，使用与第二流动修改器106协作的第一流动修改器104来修改气体101的第一部分124的至少一个流动特性。最后，方法600包括在608处，使用第二流动修改器106修改气体101的第二部分128的至少一个流动特性，使得第一流动修改器104和第二流动修改器106协作以引导气体101的第一部分124和第二部分128的至少一部分朝向熔池18。
本文所述的实施例包括用于增材制造系统的流动控制装置。增材制造系统限定第一方向，第二方向和第三方向，这三个方向彼此正交。流动控制装置包括构造成排放气体的气体供应装置，第一流动修改器和第二流动修改器。所述第一流动修改器构造成修改气体的第一部分的至少一个流动特性。第二流动修改器构造成与第一流动修改器协作以修改气体的第一部分的至少一个流动特性，并且还构造成修改气体的第二部分的至少一个流动特性。第一流动修改器和第二流动修改器构造成协作以引导气体的第一部分和第二部分的至少一部分朝向构建层中的熔池。流动控制装置通过减少部件的构建层与固结装置之间的颗粒数量，来有助于降低增材制造部件的成本并提高增材制造部件的质量，从而减少固结部件所需的功率损耗，并减少由于固结装置与被固结的部件之间的颗粒物干扰而引起的固结不一致。
本文所述的方法，系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一个：a)在增材制造处理期间提高部件固结的一致性，b)在增材制造处理期间降低固结部件所需的功率，c)改善部件尺寸和表面光洁度一致性，以及d)减少增材制造部件的成本。
上面详细描述了包括气体供应装置和流动修改器的流动控制装置的示例性实施例。流动控制装置以及与这种装置一起使用和制造部件的方法不限于本文描述的特定实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文所述的其他部件和/或步骤分开使用。例如，方法也可以与其他增材制造系统结合使用，并且不限于仅与如本文所述的增材制造系统和方法一起实践。而是，可以结合许多其他电子系统来实施和利用示例性实施例。
尽管可以在一些附图中而不在其他附图中示出本公开的各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
该书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种用于增材制造系统的流动控制装置，其特征在于，所述增材制造系统限定第一方向，正交于所述第一方向的第二方向和正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向，所述流动控制装置包括：
气体供应装置，所述气体供应装置包括第一气体供应装置和第二气体供应装置，其中，所述第一气体供应装置被构造成沿所述第一方向排放气体的第一部分，并且其中，所述第二气体供应装置被构造成沿所述第三方向排放所述气体的第二部分；
第一流动修改器，所述第一流动修改器被构造成修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性；和
第二流动修改器，所述第二流动修改器被构造成与所述第一流动修改器协作，以修改所述气体的所述第一部分的所述至少一个流动特性，其中，所述第二流动修改器进一步被构造成修改所述气体的所述第二部分的至少一个流动特性，并且其中，所述第一流动修改器和所述第二流动修改器被构造成进行协作，以将所述气体的所述第一部分和所述第二部分中的至少一部分朝向构建层中的熔池引导。
2.根据权利要求1所述的流动控制装置，其特征在于，其中，所述第一流动修改器联接至重涂器，所述重涂器被构造成沿所述第一方向移动并且跨所述构建层分布多个颗粒。
3.根据权利要求1所述的流动控制装置，其特征在于，其中，所述第一流动修改器包括沿所述第二方向延伸的第一流动特征，并且其中，所述第二流动修改器包括沿所述第二方向延伸的至少一个第二流动特征。
4.根据权利要求3所述的流动控制装置，其特征在于，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征中的至少一个被构造成绕与所述第二方向基本上对准的轴线旋转。
5.根据权利要求3所述的流动控制装置，其特征在于，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征中的每一个是翼型件形状，球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的流动控制装置，其特征在于，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征被定位成使得所述气体的所述第一部分在通过所述第一流动特征和所述第二流动特征之间时被加速。
7.一种增材制造系统，其特征在于，所述增材制造系统限定第一方向，正交于所述第一方向的第二方向和正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向，所述增材制造系统包括：
外壳，所述外壳包括：
构建层，所述构建层包括多个颗粒；
气体供应装置，所述气体供应装置构造成排放气体,其中，所述气体供应装置包括第一气体供应装置和第二气体供应装置；
第一流动修改器，所述第一流动修改器包括沿所述第二方向延伸的第一流动特征并被构造成修改所述气体的第一部分的至少一个流动特性；和
第二流动修改器，所述第二流动修改器包括沿所述第二方向延伸的至少一个第二流动特征并被构造成与所述第一流动修改器协作，以修改所述气体的所述第一部分的所述至少一个流动特性，其中，所述第二流动修改器进一步被构造成修改所述气体的第二部分的至少一个流动特性，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征中的至少一个被构造成绕与所述第二方向基本上对准的轴线旋转；和
固结装置，所述固结装置被构造成在所述构建层中生成熔池，其中，所述第一流动修改器和所述第二流动修改器被构造成进行协作，以将所述气体的所述第一部分和所述第二部分中的至少一部分朝向所述构建层中的所述熔池引导。
8.根据权利要求7所述的增材制造系统，其特征在于，其中，所述第一流动修改器联接至重涂器，所述重涂器被构造成沿所述第一方向移动并且跨所述构建层分布多个颗粒。
9.根据权利要求7所述的增材制造系统，其特征在于，其中，所述第一气体供应装置被构造成沿所述第一方向排放所述气体的所述第一部分，并且其中，所述第二气体供应装置被构造成沿所述第三方向排放所述气体的所述第二部分。
10.根据权利要求7所述的增材制造系统，其特征在于，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征中的每一个是翼型件形状，球形形状，斜面形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。
11.根据权利要求7所述的增材制造系统，其特征在于，其中，所述第一流动特征和所述第二流动特征被定位成使得所述气体的所述第一部分在通过所述第一流动特征和所述第二流动特征之间时被加速。
12.一种使用增材制造系统制造部件的方法，其特征在于，所述增材制造系统限定第一方向，正交于所述第一方向的第二方向和正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向，所述方法包括：
沿所述第一方向从第一气体供应装置排放气体的第一部分，以及沿所述第三方向从第二气体供应装置排放所述气体的第二部分；
操作固结装置，以引导能量束在外壳内的构建层中形成熔池；
第一流动修改器与第二流动修改器协作使用来修改所述气体的第一部分的至少一个流动特性；和
使用第二流动修改器来修改所述气体的第二部分的至少一个流动特性，其中，所述第一流动修改器和所述第二流动修改器被构造成进行协作，以将所述气体的所述第一部分和所述第二部分中的至少一部分朝向所述熔池引导。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性，其中，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性包括使用联接至重涂器的第一流动修改器，所述重涂器被构造成沿所述第一方向移动并且跨所述构建层分布多个颗粒。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性，其中，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性包括使用第一流动特征，所述第一流动特征沿所述第二方向延伸，并且包括翼型件形状，球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，修改所述气体的所述第二部分的至少一个流动特性，并且，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性包括使用第二流动特征，所述第二流动特征沿所述第二方向延伸，并且包括翼型件形状，球形形状，斜坡形状，喷嘴形状和双曲线形状中的至少一种。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性，其中，修改所述气体的所述第一部分的至少一个流动特性包括将所述第一流动修改器和所述第二流动修改器定位成使得所述气体的所述第一部分在通过所述第一流动修改器和所述第二流动修改器之间时被加速。
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