CN114616088A - 完全或部分地由三维网格构成的部件的增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，通过连续沉积不同的增材制造粉末层并沿着包括不同制造矢径的至少一个路径选择性地固结所述粉末层而进行的增材制造来产生该三维网格，所述三维网格包括至少两个线股层，所述线股平行并彼此间隔开，一个层的线股在与另一个层的线股延伸的纵向方向不同的纵向方向上延伸。该制造方法预先设定将每个线股仅通过在所述线股延伸的纵向方向上延伸的多个制造矢径进行固结。

Description

完全或部分地由三维网格构成的部件的增材制造方法
技术领域
本发明涉及完全或部分地由三维网格构成的部件的增材制造。
更具体地，本发明涉及通过完全或部分地由三维网格构成的部件的粉末床沉积而进行的增材制造，并且本发明的目标为减少制造这种部件的三维网格的时间。
背景技术
专利申请FR 3059577涉及一种制造模制元件的方法，所述模制元件包括结合在其中的冷却系统和基底表面。所述方法包括沉积粉末以通过激光熔融将粉末粘附到基底表面来形成至少一个层的步骤，所述沉积以随机蜂窝状结构进行，并且所述至少一个层具有随机布置的通道，所述通道形成冷却系统的一部分。
换言之，申请FR 3059577涉及完全或部分地由至少一种具有随机排列的三维网格构成的部件的增材制造方法。
根据申请FR 3059577，与先前装配这种模制元件的冷却通道相比，具有随机排列的三维网格促进了模制元件的冷却。
然而，申请FR 3059577中描述的具有随机排列的三维网格不能提供最佳的制造成本。
具体地，如从所述申请FR 3059577的图3可以推断，在对应于用于制造模制元件的不同粉末层的不同水平平面中，三维网格的水平截面(即粉末例如通过激光束熔融而固结的区域)由多个具有一定间距并彼此隔离的随机形状构成。
因此，对于每一个粉末层，为了产生三维网格，激光束必须沿着大量的小制造矢径从待固结的一种随机形式至另一种随机形式以多次跳跃行进。
乘以增材制造模制元件所需的大量的粉末层数(约1250层，50毫米高)以给出规模概念，大量的小制造矢径和大量的跳跃显著增加了时间，因此显著增加了与制造模制元件相关的成本。
应注意，在具有非随机排列的三维网格(例如八面体类型)的增材制造的过程中发现了相同的缺点。
发明内容
本发明的目的为减少使用涉及粉末床沉积的增材制造方法制造包括三维网格的部件的时间，并因此降低其成本。
为此，本发明的主题为一种制造完全或部分地由至少一种三维网格构成的部件的方法，通过连续沉积不同的增材制造粉末层并沿着包括不同制造矢径的路径选择性地固结所述粉末层而进行的增材制造来产生该三维网格，所述三维网格包括至少两个具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，一个层的线股在与另一个层的线股延伸的纵向方向不同的纵向方向上延伸。
根据本发明，将每个线股仅通过在所述线股延伸的纵向方向上延伸的多个制造矢径进行固结。
通过呈具有水平并平行的线股的层的堆叠形式的三维网格与以仅沿这些线股的长度延伸的制造矢径对所述线股进行的增材制造的组合，根据本发明的方法能够使得制造矢径的长度最大化并减少制造矢径之间的跳跃次数，从而能够减少制造部件的时间和成本。
有利地但不是必须地，根据本发明的方法还可以如下设置：
-将每个线股通过在同一粉末层中延伸的多个制造矢径并通过在多个叠置的粉末层中延伸的多个制造矢径进行固结，
-粉末层中线股的制造矢径相对于前一粉末层和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径在与粉末分层方向垂直并与线股的纵向制造方向垂直的横向方向上偏移，
-粉末层中线股的制造矢径相对于前一粉末层和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径以交错的方式布置在由粉末分层方向和横向方向限定的横向平面中，
-第一层的线股在粉末分层方向上与在该第一层之前或之后的第二层的线股相交，
-每个线股具有圆形平均轮廓的截面，
-三维网格包括连续的两组层，所述连续的两组层在粉末分层方向上间隔开，并通过在粉末分层方向上延伸的分支连接，
-在三维网格包括至少两个连续的具有彼此间隔开的平行线股的层的情况下，第一层的线股在相对于第二层的线股延伸的纵向方向以10°至170°倾斜的纵向方向上延伸，
-在三维网格包括至少两个连续的具有彼此间隔开的平行线股的层的情况下，第一层的线股在与第二层的线股延伸的纵向方向垂直的纵向方向上延伸，
-三维网格包括至少三个连续的具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，每个层的线股在与其它层的线股延伸的纵向方向不同的纵向方向上延伸。
附图说明
通过以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。通过以非限制性实施例的方式给出的该描述参考附图，其中：
-图1示意性地显示了可以使用根据本发明的方法制造的三维网格的线股的第一种布置，
-图2示意性地示出了使用根据本发明的方法制造的三维网格的线股的制造矢径，
-图3示出了可以使用根据本发明的方法制造的三维网格的第一变体形式，
-图4示出了可以使用根据本发明的方法制造的三维网格的第二变体形式，以及
-图5示出了可以使用根据本发明的方法制造的三维网格的线股的第二种布置。
具体实施方式
本发明涉及完全或部分地由三维网格构成的部件的增材制造。例如，三维网格用于使得部件更轻，或者向部件添加具有目标压降的过滤结构。
更具体地，本发明涉及通过粉末床沉积来对这种部件进行增材制造。
通过粉末床沉积进行的增材制造是这样的增材制造方法，其中通过选择性地固结彼此叠置的不同增材制造粉末层来制造一个或多个部件。将第一粉末层沉积在载体(例如板材)上，然后通过例如以下方式对其进行选择性固结：使用至少一个固结源沿着待制造的部件的第一水平截面进行完全或部分的熔融。然后，将第二粉末层沉积在刚经固结的第一粉末层上，进而对该第二粉末层进行选择性固结，以此类推，直至到达用于制造待制部件的最后一个水平截面的最后一个粉末层。
固结源可以为激光束、电子束、多个这些束的组合、或者粘合剂注射头。
在根据本发明的增材制造方法的情况中，通过连续沉积不同的增材制造粉末层并沿着包括不同制造矢径的至少一个路径选择性地固结所述粉末层而进行的增材制造来产生三维网格。
当使用激光束或电子束通过熔融进行选择性固结时，粉末层的固结路径为激光束或电子束的束斑在粉末层上所沿的路径。
制造矢径为粉末层固结路径的直线段。
更具体地，如图1所示，根据本发明的三维网格10包括至少两个层S1、S2或者彼此间隔开的平行线股12。一个层S1的线股12在与另一个层S2的线股延伸的纵向方向DL2不同的纵向方向DL1上延伸。
例如，在三维网格包括至少两个连续的具有彼此间隔开的平行线股12的层S1、S2的情况下，第一层S1的线股在相对于第二层S2的线股延伸的纵向方向DL2以10°至170°倾斜的纵向方向DL1上延伸。
例如，在三维网格包括至少两个连续的具有彼此间隔开的平行线股12的层S1、S2的情况下，第一层S1的线股在与第二层S2的线股延伸的纵向方向DL2垂直的纵向方向DL1上延伸。
如图2示意性地所示，根据本发明的制造方法如下设置：将每个线股12仅通过在所述线股延伸的纵向方向DL1、DL2上延伸的多个制造矢径V进行固结。
在图2中，制造矢径V由通过激光束、电子束、多个这些束的组合、或者粘合剂注射头进行固结的粉末线16表示。示意性地，这些线16采取平行六面体的形式，其在粉末分层方向DMC上具有高度H16，在与粉末分层方向DMC垂直并与线股的纵向制造方向DL1、DL2垂直的横向方向DT上具有宽度W16。
粉末分层方向DMC和与粉末分层方向DMC垂直并与线股的纵向制造方向DL1、DL2垂直的横向方向DT限定了横向平面PT。
如图2所示的线股12在横向平面PT中的端部所示，由在粉末分层方向DMC上叠置的多个粉末层C1、C2、C3、C4、C5制得线股12。
更具体地，将每个线股12通过在同一粉末层C1中延伸的多个制造矢径V11、V12、V13、V14、V15并通过在多个叠置的粉末层C1、C2、C3、C4、C5中延伸的多个制造矢径V11、V21、V31、V41、V51进行固结。例如，每个线股12具有这样的截面，其具有圆形平均轮廓CM。
为了提高线股12的机械完整性，粉末层C1中线股的制造矢径V11、V12、V13、V14、V15优选地相对于前一粉末层C2和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28在横向方向DT上偏移。
如图2所示，粉末层C1中线股的制造矢径V11、V12、V13、V14、V15可以相对于前一粉末层C2和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28沿着制造矢径V的半宽度(即对应于制造矢径的粉末线的宽度W16的一半)在横向方向DT上偏移。
因此，在横向平面PT中，粉末层中线股的制造矢径V11、V12、V13、V14、V15可以相对于前一粉末层和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28以交错的方式布置在横向平面PT中，只要其不是用于制造该线股的最后一个粉末层。
为了减少制造三维网格的时间，同一粉末层中线股的相邻制造矢径V11、V12在所述线股的纵向制造方向上沿着相反的方向O1、O2行进。换言之，在用于制造线股12的每个粉末层中，使用往返策略制造线股12，而不产生边线。
根据刚刚描述的制造规则，根据本发明的方法与其它现有技术制造方法相比能够以节约25％的时间来制造三维网格。
为了加强三维网格，如图3示意性地所示，第一层S2的线股12可以在粉末分层方向DMC上与在该第一层之前或之后的第二层S1、S3的线股相交。
对于三维网格的某些用途，将两个连续层的线股间隔开可能是有用的。为此，如图4所示，三维网格10可以包括两组连续层S1、S2、S3和S4、S5，这两组在粉末分层方向DMC上并因此在三维网格10的高度中具有一定间距，并且它们通过在粉末分层方向DMC上延伸的分支B1、B2连接。更具体地，分支B1、B2在方向DB1、DB2上延伸，所述方向DB1、DB2垂直于两组间隔层的线股的纵向制造方向DL1、DL2或者相对于两组间隔层的线股的纵向制造方向DL1、DL2倾斜。
供替选地或者与包括垂直线股的层的三维网格组合，三维网格10还可以包括至少三个连续的具有平行线股的层S1、S2、S3，所述平行线股彼此间隔开，每个层的线股在与其它层的线股延伸的纵向方向DL1、DL2、DL3不同的纵向方向DL1、DL2、DL3上延伸。在图5所述的实施例中，三个线股层S1、S2、S3叠置，并且一个层的线股的纵向制造方向相对于两个其它层的线股的纵向制造方向以120°倾斜。

Claims (10)

1.制造完全或部分地由至少一种三维网格构成的部件的方法，通过连续沉积不同的增材制造粉末层并沿着包括不同制造矢径的至少一个路径选择性地固结所述粉末层而进行的增材制造来产生该三维网格，所述三维网格包括至少两个具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，一个层的线股在与另一个层的线股延伸的纵向方向不同的纵向方向上延伸，制造方法的特征在于，将每个线股仅通过在所述线股延伸的纵向方向上延伸的多个制造矢径进行固结。
2.根据权利要求1所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，将每个线股通过在同一粉末层中延伸的多个制造矢径并通过在多个叠置的粉末层中延伸的多个制造矢径进行固结。
3.根据权利要求2所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，将粉末层中线股的制造矢径相对于前一粉末层和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径在与粉末分层方向垂直并与线股的纵向制造方向垂直的横向方向上偏移。
4.根据权利要求3所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，将粉末层中线股的制造矢径相对于前一粉末层和/或后一粉末层中同一线股的制造矢径以交错的方式布置在由粉末分层方向和横向方向限定的横向平面中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，第一层的线股在粉末分层方向上与在该第一层之前或之后的第二层的线股相交。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，每个线股具有圆形平均轮廓的截面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，三维网格包括连续的两组层，所述连续的两组层在粉末分层方向上间隔开，并通过在粉末分层方向上延伸的分支连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，三维网格包括至少两个连续的具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，第一层的线股在相对于第二层的线股延伸的纵向方向以10°至170°倾斜的纵向方向上延伸。
9.根据权利要求8所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，三维网格包括至少两个连续的具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，第一层的线股在与第二层的线股延伸的纵向方向垂直的纵向方向上延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制造完全或部分地由三维网格构成的部件的方法，其中，三维网格包括至少三个连续的具有平行线股的层，所述平行线股彼此间隔开，每个层的线股在与其它层的线股延伸的纵向方向不同的纵向方向上延伸。
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