CN114178548A - 用于粉末床熔合的设备 - Google Patents

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S·H·法夫
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Abstract

用于粉末床熔合的设备。一种设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其从密封装置的外周到密封装置的内周处于压缩状态，使得外周接触壁并且内周接触粉末平台以在粉末平台和壁之间形成密封。另一设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其包括附连到粉末平台并远离粉末平台延伸的非纤维材料，该密封装置接触壁以在粉末平台和壁之间形成密封。

Description

用于粉末床熔合的设备
技术领域
本公开总体上涉及用于粉末床熔合的设备和方法，更具体地，涉及用于粉末床熔合的设备和方法，其涉及密封装置。
背景技术
粉末床熔合是一种增材制造技术，其通常涉及使用激光束或电子束来从诸如金属的材料的粉末床形成刚性组件(例如，飞行器组件)。在粉末床的暴露区域上选择性地扫描光束以使期望位置处的粉末烧结，从而形成组件的期望轮廓。此后，将支撑粉末床的粉末平台降低，在粉末床之上提供附加粉末，并且使用光束在组件的更高水平处形成轮廓，等等。
常常使用诸如编织尼龙环的纤维材料来在粉末平台与轴之间形成基础密封，其包围粉末床和粉末平台。然而，松散的粉末往往将经过环掉落到粉末平台下面，这通常需要定期从粉末平台下方移除粉末。另外，环对轴的的摩擦可导致环将纤维脱落到粉末床上，这可污染和损害正通过设备形成的组件。因此，需要一种粉末床熔合设备，其更好地防止松散的粉末迁移到不想要的区域并且可减少或消除外来材料脱落到正在形成的组件中。
发明内容
本公开的一个方面是一种用于粉末床熔合的设备，该设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其从密封装置的外周到密封装置的内周处于压缩状态，使得外周接触壁并且内周接触粉末平台以在粉末平台和壁之间形成密封。
本公开的另一方面是一种用于粉末床熔合的设备，该设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其包括附连到粉末平台并远离粉末平台延伸的非纤维材料，该密封装置接触壁以在粉末平台和壁之间形成密封。
本公开的另一方面是一种执行粉末床熔合的方法，该方法包括：提供由粉末平台支撑在由壁限定的轴内的粉末床；选择性地将粉末床的暴露层的部分烧结；以及在密封装置在粉末平台和壁之间维持密封的同时，使粉末平台在轴内向下移动，该密封装置从密封装置的接触壁的外周到密封装置的接触粉末平台的内周处于压缩状态。
本公开的另一方面是一种执行粉末床熔合的方法，该方法包括：提供由粉末平台支撑在由壁限定的轴内的粉末床；选择性地将粉末床的暴露层的部分烧结；以及在密封装置在粉末平台和壁之间维持密封的同时，使粉末平台在轴内向下移动，该密封装置包括附连到粉末平台并远离粉末平台延伸的非纤维材料。
本文中参考量或测量值描述的术语“约”或“基本上”意指所述特性、参数或值不需要精确地实现，而是可发生量不会阻止特性旨在提供的效果的偏差或变化，包括例如容差、测量误差、测量精度限制以及本领域技术人员已知的其它因素。
已讨论的特征、功能和优点可在各种示例中独立地实现，或者可在其它示例中组合，其进一步的细节可参考以下描述和附图看到。
附图说明
被认为是例示性示例的特性的新颖特征在所附权利要求书中阐述。然而，例示性示例以及优选使用模式、进一步的目标及其描述将在结合附图阅读时通过参考本公开的例示性示例的以下详细描述而最佳地理解。
图1是根据示例的设备的横截面图。
图2是根据示例的设备的立体图。
图3是根据示例的设备的分解图。
图4是根据示例的设备的立体图。
图5是根据示例的设备的分解图。
图6是根据示例的设备的横截面图。
图7是根据示例的设备的立体图。
图8是根据示例的设备的分解图。
图9是根据示例的设备的立体图。
图10是根据示例的设备的分解图。
图11是根据示例的方法的框图。
图12是根据示例的方法的框图。
具体实施方式
如上所述，需要一种粉末床熔合设备，其更好地防止松散的粉末迁移到不想要的区域并且可减少或消除外来材料脱落到正在形成的组件中。在示例内，用于粉末床熔合的设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床(例如，粉末金属)支撑在轴内，并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其从密封装置的外周到密封装置的内周处于压缩状态，使得外周接触壁并且内周接触粉末平台，以在粉末平台和壁之间形成密封。
在另一示例中，用于粉末床熔合的设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其包括附连到粉末平台并远离粉末平台延伸的非纤维材料(例如，涂覆有固体润滑剂的金属)，该密封装置接触壁以在粉末平台和壁之间形成密封。
当与用于粉末床熔合的传统设备相比时，上述设备可更好地防止松散的粉末迁移到不想要的区域并且可减少或消除外来材料脱落到正在形成的组件中。
现在将在下文中参照附图更充分地描述所公开的示例，附图中示出了一些但非所有公开的示例。实际上，可描述若干不同的示例，不应解释为限于本文所阐述的示例。相反，描述这些示例以使得本公开将彻底和完整并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
图1至图10是设备100和相关功能的示意图。
图1是用于粉末床熔合的设备100的横截面图。设备100包括限定轴104的壁102。设备100还包括粉末平台106，其被配置为将粉末床108支撑在轴104内并被配置为穿过轴104移动。设备100还包括密封装置110，其从密封装置110的外周112到密封装置110的内周114处于压缩状态，使得外周112接触壁102并且内周114接触粉末平台106以在粉末平台106和壁102之间形成密封116。
壁102可由金属形成，但是其它材料也是可能的。在下面描述的示例中，壁102完全或部分地限定轴104。即，壁102形成轴104的周边。在下面描述的示例中，轴104可具有矩形形状、正方形形状或圆形形状。
粉末平台106通常也由金属形成。粉末平台106在从粉末床108形成组件期间支撑粉末床108。粉末平台106包括主体136、朝着壁102并远离主体136延伸的第一构件138以及朝着壁102并远离主体136比第一构件138延伸更远的第二构件140。主体136、第一构件138和第二构件140形成袋或腔，密封装置110(例如，内周114)配合到其中。
粉末床108通常包括粉末金属，但其它示例也是可能的。使用激光或电子束逐层将粉末床108的部分选择性地烧结以形成组件(例如，飞行器组件)。此工艺在下面更详细地描述。
密封装置110可由可弯曲或弹性金属形成。即，密封装置110可在变形以配合在壁102和粉末平台106之间之后返回其原始(例如，松弛)形状。在图1中，密封装置110受到压缩，并且经由外周112对壁102施加力128并经由内周114对粉末平台106施加力128。密封装置110充当在粉末平台106和壁102之间形成密封116的垫圈。密封116大致防止显著量的粉末床108掉落到壁102和粉末平台106之间(例如，随着粉末平台106上下移动)。
密封装置110包括接触第一构件138的第一臂142、接触壁102的第二臂144以及连接第一臂142和第二臂144并接触第二构件140的基部146。当密封装置110处于压缩状态时，第一臂142朝着第二臂144弯曲并且密封装置110储存机械能。例如，粉末平台106(例如，主体136、第一构件138和/或第二构件140)的尺寸可能要求密封装置110处于压缩状态以配合在第一构件138、第二构件140和壁102之间，如图1所示。压缩状态可包括密封装置110经历压缩力和/或对粉末平台106和/或壁102施加膨胀力的任何条件。
外周112包括接触壁102的非纤维表面118。密封装置110的外部可形成有固体润滑剂涂层(例如，聚四氟乙烯)，其形成非纤维表面118。外周112基本上适形于壁102。
粉末床108的位于第一臂142和第二臂144之间的部分213通常将经由重力迫使第一臂142和第二臂144远离彼此，从而对力128有贡献并形成更有效的密封116。粉末床108的位于密封装置110上方的部分215也将对力128有贡献。
图2是设备100的立体图。如所示，设备100还包括第二壁122、第三壁124和第四壁126。轴104具有由壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126限定的矩形形状(例如，正方形形状)。在设备100用于形成具有矩形对称或形状的组件的应用中，壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126(例如，轴104)也具有矩形对称和/或形状可以是有用的。
在图2中，粉末平台106以虚线示出并且壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126透明，从而可更容易辨别密封装置110。另外，仅示出粉末床108的暴露层352。在图2中，密封装置110具有基本上适形于壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126的正方形或矩形形状。即，外周112抵靠壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126形成密封116。活塞107用于根据需要使粉末平台106穿过轴104上下移动。
图3是设备100的分解图。
图4是设备100的立体图，描绘了设备100、壁102和轴104全部具有圆形形状的示例。在图4中，粉末平台106以虚线示出并且壁102透明，从而可更容易辨别密封装置110。另外，仅示出粉末床108的暴露层352。在图4中，密封装置110具有基本上适形于壁102的圆形形状。即，外周112抵靠壁102形成密封116。在设备100用于形成具有旋转对称的组件的应用中，壁102(例如，轴104)具有圆形形状和/或旋转对称可以是有用的。
图5是图4所示的设备100的分解图。
图6是用于粉末床熔合的设备200的横截面图。设备200包括限定轴104的壁102。设备200还包括粉末平台206，其被配置为将粉末床108支撑在轴104内并被配置为穿过轴104移动。设备200还包括密封装置210，其包括附连到粉末平台206并远离粉末平台206延伸的非纤维材料。密封装置210接触壁102以在粉末平台206和壁102之间形成密封216。
粉末平台206可包括粉末平台106的一个或更多个特征，然而粉末平台206如所示具有与粉末平台106不同的形状。
密封装置210可包括密封装置110的一个或更多个特征，然而密封装置210如所示具有与密封装置110不同的形状。密封装置210包括和/或由诸如金属的非纤维材料形成，并且可涂覆有诸如聚四氟乙烯的固体润滑剂。在其它示例中，非纤维材料是泡沫材料或石墨。
密封装置210充当在粉末平台206和壁102之间形成密封216的垫圈。密封216大致防止显著量的粉末床108掉落到壁102和粉末平台206之间(例如，随着粉末平台206上下移动)。密封装置210被配置为将积聚在壁102上的粉末154刮离壁102(例如，在粉末平台206穿过轴104向下移动的情况下)。例如，随着粉末平台206向下移动，第二臂150可抵靠壁102移动，从而迫使粉末154远离壁102并向下穿过轴104。在一些示例中，粉末154通过第二臂150与壁102完全分离并且穿过轴104向下掉落。
密封装置210包括接触粉末平台206的第一臂148。如所示，第一臂148通过螺栓固定到粉末平台206上。密封装置210还包括接触壁102的第二臂150以及连接第一臂148和第二臂150并被配置为将积聚在壁102上的粉末154刮离壁102的尖端152。
粉末床108的位于第一臂148和第二臂150之间的部分213将大致经由重力迫使第一臂148和第二臂150远离彼此，从而对力128有贡献并形成更有效的密封216。粉末床108的位于密封装置210上方的部分215也将对力128有贡献。
密封装置210(例如，第一臂148)经由一个或更多个螺栓212固定到粉末平台206。
图7是设备200的立体图。如所示，设备200还包括第二壁122、第三壁124和第四壁126。轴104具有由壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126限定的矩形形状(例如，正方形形状)。
在图7中，粉末平台206的底部以虚线示出并且壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126透明，从而可更容易辨别密封装置210。另外，仅示出粉末床108的暴露层352。在图7中，密封装置210具有基本上适形于壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126的正方形或矩形形状。即，第二臂150抵靠壁102、第二壁122、第三壁124和第四壁126形成密封216。活塞107用于根据需要使粉末平台206穿过轴104上下移动。
图8是设备200的分解图。
图9是设备200的立体图，描绘了设备200、壁102和轴104全部具有圆形形状的示例。在图9中，粉末平台206的底部以虚线示出并且壁102透明，从而可更容易辨别密封装置210。另外，仅示出粉末床108的暴露层352。在图9中，密封装置210具有基本上适形于壁102的圆形形状。即，第二臂150抵靠壁102形成密封116。
图10是图9所示的设备200的分解图。
图11和图12是用于执行粉末床熔合的方法300和方法400的框图。方法300和方法400呈现了可与如图1至图10所示的设备100或设备200一起使用的方法的示例。如图11和图12所示，方法300和方法400包括如方框302、304、306、402、404和406所示的一个或更多个操作、功能或动作。尽管方框被依次示出，但这些方框也可并行执行和/或按照与本文所描述的顺序不同的顺序执行。另外，基于期望的实现方式，各种方框可被组合成更少的方框，被分成附加方框，和/或被去除。
在方框302，方法300包括提供由粉末平台106支撑在由壁102限定的轴104内的粉末床108。此功能在上面参照例如图1至图5进行了描述。
在方框304，方法300包括选择性地将粉末床108的暴露层352的部分烧结。例如，可使用电子束或激光选择性地将图2至图5所示的暴露层352的部分烧结。
在方框306，方法300包括在密封装置110在粉末平台106和壁102之间维持密封116的同时，使粉末平台106在轴104内向下移动。密封装置110从密封装置110的接触壁102的外周112到密封装置110的接触粉末平台106的内周114处于压缩状态。例如，可使用活塞107来降低图1至图5所示的粉末平台106。
在方框402，方法400包括提供由粉末平台206支撑在由壁102限定的轴104内的粉末床108。此功能在上面参照例如图6至图10进行了描述。
在方框404，方法400包括选择性地将粉末床108的暴露层352的部分烧结。例如，可使用电子束或激光选择性地将图7至图10所示的暴露层352的部分烧结。
在方框406，方法400包括在密封装置210在粉末平台206和壁102之间维持密封216的同时，使粉末平台206在轴104内向下移动。密封装置210包括非纤维材料，其附连到粉末平台206并远离粉末平台206延伸。例如，可使用活塞107来降低图6至图10所示的粉末平台206。
本公开的示例因此可涉及下面所列的列举条款(EC)之一。
EC 1是一种用于粉末床熔合的设备，该设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其从密封装置的外周到密封装置的内周处于压缩状态，使得外周接触壁并且内周接触粉末平台以在粉末平台和壁之间形成密封。
EC 2是根据EC 1所述的设备，其中，密封装置包括在外周接触壁的非纤维表面。
EC 3是根据EC 2所述的设备，其中，非纤维表面包括固体润滑剂。
EC 4是根据EC 1-3中的任一项所述的设备，其中，壁具有基本上圆形形状。
EC 5是根据EC 1-3中的任一项所述的设备，其中，壁是第一壁，该设备还包括第二壁、第三壁和第四壁，轴具有由第一壁、第二壁、第三壁和第四壁限定的矩形形状。
EC 6是根据EC 1-5中的任一项所述的设备，其中，密封装置经由外周对壁并经由内周对粉末平台施加力。
EC 7是根据EC 1-6中的任一项所述的设备，其中，外周基本上适形于壁。
EC 8是根据EC 1-7中的任一项所述的设备，其中，粉末平台包括：主体；第一构件，其朝着壁并远离主体延伸；以及第二构件，其朝着壁并远离主体比第一构件延伸更远，并且其中，密封装置包括：接触第一构件的第一臂；接触壁的第二臂；以及连接第一臂和第二臂并接触第二构件的基部。
EC 9是根据EC 8所述的设备，其中，粉末床的位于第一臂和第二臂之间的部分迫使第一臂和第二臂远离彼此。
EC 10是一种用于粉末床熔合的设备，该设备包括：壁，其限定轴；粉末平台，其被配置为将粉末床支撑在轴内并且被配置为穿过轴移动；以及密封装置，其包括附连到粉末平台并远离粉末平台延伸的非纤维材料，该密封装置接触壁以在粉末平台和壁之间形成密封。
EC 11是根据EC 10所述的设备，其中，密封装置包括：第一臂，其接触粉末平台；第二臂，其接触壁；以及尖端，其连接第一臂和第二臂并且被配置为将积聚在壁上的粉末刮离壁。
EC 12是根据EC 11所述的设备，其中，粉末床的位于第一臂和第二臂之间的部分迫使第一臂和第二臂远离彼此。
EC 13是根据EC 10-12中的任一项所述的设备，其中，非纤维材料包括泡沫材料。
EC 14是根据EC 10-13中的任一项所述的设备，其中，非纤维材料包括石墨。
EC 15是根据EC 10-14中的任一项所述的设备，其中，密封装置具有基本上适形于壁的外周。
EC 16是根据EC 10-15中的任一项所述的设备，其中，非纤维材料包括固体润滑剂。
EC 17是根据EC 10-16中的任一项所述的设备，其中，壁具有基本上圆形形状。
EC 18是根据EC 10-16中的任一项所述的设备，其中，壁是第一壁，该设备还包括第二壁、第三壁和第四壁，轴具有由第一壁、第二壁、第三壁和第四壁限定的矩形形状。
EC 19是根据EC 10-18中的任一项所述的设备，其中，密封装置被配置为将积聚在壁上的粉末刮离壁。
EC 20是一种执行粉末床熔合的方法，该方法包括：提供由粉末平台支撑在由壁限定的轴内的粉末床；选择性地将粉末床的暴露层的部分烧结；以及在密封装置在粉末平台和壁之间维持密封的同时，使粉末平台在轴内向下移动，该密封装置从密封装置的接触壁的外周到密封装置的接触粉末平台的内周处于压缩状态。
已出于例示和描述的目的呈现了不同的有利布置方式的描述，其并非旨在为穷尽性的或者限于所公开的形式的示例。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变化将是显而易见的。此外，与其它有利的示例相比，不同的有利示例可描述不同的优点。所选择的示例被选择并描述以便说明示例的原理、实际应用并且使得本领域普通技术人员能够理解本公开的各种示例以及适合于可以想到的特定用途的各种修改。

Claims (20)

1.一种用于粉末床熔合的设备(100)，该设备包括：
壁(102)，该壁限定轴(104)；
粉末平台(106)，该粉末平台被配置为将粉末床(108)支撑在所述轴内并被配置为穿过所述轴移动；以及
密封装置(110)，该密封装置从所述密封装置的外周(112)到所述密封装置的内周(114)处于压缩状态，使得所述外周接触所述壁并且所述内周接触所述粉末平台以在所述粉末平台和所述壁之间形成密封(116)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述密封装置包括在所述外周接触所述壁的非纤维表面(118)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述非纤维表面包括固体润滑剂。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壁具有基本上圆形形状。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壁是第一壁，所述设备还包括第二壁(122)、第三壁(124)和第四壁(126)，所述轴具有由所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁和所述第四壁限定的矩形形状。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述密封装置经由所述外周对所述壁施加力(128)并经由所述内周对所述粉末平台施加力(128)。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外周基本上适形于所述壁。
8.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述粉末平台包括：
主体(136)；
朝着所述壁并远离所述主体延伸的第一构件(138)；以及
朝着所述壁并远离所述主体比所述第一构件延伸更远的第二构件(140)，并且
其中，所述密封装置包括：
接触所述第一构件的第一臂(142)；
接触所述壁的第二臂(144)；以及
连接所述第一臂和所述第二臂并接触所述第二构件的基部(146)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述粉末床的位于所述第一臂和所述第二臂之间的部分(213)迫使所述第一臂和所述第二臂远离彼此。
10.一种用于粉末床熔合的设备(200)，该设备包括：
壁(102)，该壁限定轴(104)；
粉末平台(206)，该粉末平台被配置为将粉末床(108)支撑在所述轴内并且被配置为穿过所述轴移动；以及
密封装置(210)，该密封装置包括附连到所述粉末平台并远离所述粉末平台延伸的非纤维材料，该密封装置接触所述壁以在所述粉末平台和所述壁之间形成密封(216)。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述密封装置包括：
第一臂(148)，该第一臂接触所述粉末平台；
第二臂(150)，该第二臂接触所述壁；以及
尖端(152)，该尖端连接所述第一臂和所述第二臂并被配置为将积聚在所述壁上的粉末(154)刮离所述壁。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述粉末床的位于所述第一臂和所述第二臂之间的部分(213)迫使所述第一臂和所述第二臂远离彼此。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述非纤维材料包括泡沫材料。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述非纤维材料包括石墨。
15.根据权利要求10所述的设备，其中，所述密封装置具有基本上适形于所述壁的外周(234)。
16.根据权利要求10所述的设备，其中，所述非纤维材料包括固体润滑剂(120)。
17.根据权利要求10所述的设备，其中，所述壁具有基本上圆形形状。
18.根据权利要求10所述的设备，其中，所述壁是第一壁，所述设备还包括第二壁(122)、第三壁(124)和第四壁(126)，所述轴具有由所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁和所述第四壁限定的矩形形状。
19.根据权利要求10所述的设备，其中，所述密封装置被配置为将积聚在所述壁上的粉末刮离所述壁。
20.一种执行粉末床熔合的方法(300)，该方法包括以下步骤：
(302)提供由粉末平台(106)支撑在由壁(102)限定的轴(104)内的粉末床(108)；
(304)选择性地将所述粉末床的暴露层(352)的部分(350)烧结；以及
(306)在密封装置(110)在所述粉末平台和所述壁之间维持密封(116)的同时，使所述粉末平台在所述轴内向下移动，所述密封装置从所述密封装置的接触所述壁的外周(112)到所述密封装置的接触所述粉末平台的内周(114)处于压缩状态。
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