RU2021107516A - Система аддитивного производства металла на основе синего лазера - Google Patents

Claims (132)

1. Система аддитивного производства для металлов, в которой используется лазер и пространственный модулятор света для формирования рисунка на порошковом металлическом слое, который приплавляется к нижележащему слою, портальная система для последовательного шагового переноса изображения по порошковой подушке, система управления движением, подъемник для перемещения детали вниз с приплавлением каждого слоя, и система распределения порошка, которая может как распределять порошок, так и уплотнять его перед сплавлением, и воздухонепроницаемая камера наращивания.

2. Система по п. 1, в которой лазер является синим лазером на приблизительно 450 нм.

3. Система по п. 1, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 300-400 нм.

4. Система по п. 1, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 400-500 нм.

5. Система по п. 1, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 500-600 нм.

6. Система по п. 1, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 600-800 нм.

7. Система по п. 1, в которой лазер является инфракрасным лазером в диапазоне 800-2000 нм.

8. Система по п. 1, в которой лазер гомогенизируется либо световодом, либо микролинзовым гомогенизатором.

9. Система по п. 1, в которой использование лазера может быть разделено по времени между множественными печатающими головками или множественными системами печати.

10. Система по п. 1, в которой пространственный модулятор света является массивом цифровых микрозеркальных устройств (DMD), который является массивом микрозеркал.

11. Система по п. 1, в которой пространственный модулятор света является любым из класса пространственных модуляторов света, способных работать на уровнях мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

12. Система по п. 10, в которой DMD имеет воздушное охлаждение.

13. Система по п. 10, в которой DMD имеет водяное охлаждение посредством водяного теплообменника, такого как, микроканальный охладитель.

14. Система по п. 10, в которой DMD охлаждается охладителем Пельтье.

15. Система по п. 1, дополнительно содержащая зональные излучательные нагреватели для поддержания температуры камеры наращивания.

16. Система по п. 1, дополнительно содержащая нагреваемую пластину наращивания.

17. Система по п. 1, дополнительно содержащая пирометр или FLIR-камеру для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

18. Система по п. 1, дополнительно содержащая термопару или RTD, внедренную/ый в пластину наращивания для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

19. Система по п. 1, дополнительно содержащая программное обеспечение для определения оптимальной стратегии наращивания.

20. Система по п. 1, дополнительно содержащая отдельный вторичный лазер для нагрева порошковой подушки только там, где рисунок будет освещен.

21. Система по п. 1, в которой инертная атмосфера используется для наращивания детали.

22. Система по п. 1, в которой инертная атмосфера используется для поддержания чистоты оптики в системе.

23. Система по п. 1, в которой комбинация лазер-пространственный модулятор системы создает изображение на порошковой подушке, которая имеет киловаттную плотность мощности.

24. Система аддитивного производства для металлов, в которой используется лазер и пространственный модулятор света для формирования рисунка на порошковом металлическом слое, который приплавляется к нижележащему слою с помощью вторичного лазера для предварительного нагрева порошковой подушки, портальная система для последовательного шагового переноса изображения по порошковой подушке, система управления движением, подъемник для перемещения детали вниз с приплавлением каждого слоя, и система распределения порошка, которая может как распределять порошок, так и уплотнять его перед сплавлением, и воздухонепроницаемая камера наращивания.

25. Система по п. 24, в которой лазер является синим лазером на приблизительно 450 нм.

26. Система по п. 24, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 300-400 нм.

27. Система по п. 24, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 400-500 нм.

28. Система по п. 24, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 500-600 нм.

29. Система по п. 24, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 600-800 нм.

30. Система по п. 24, в которой лазер является инфракрасным лазером в диапазоне 800-2000 нм.

31. Система по п. 24, в которой лазер гомогенизируется либо световодом, либо микролинзовым гомогенизатором.

32. Система по п. 24, в которой использование лазера может быть разделено по времени между множественными печатающими головками или множественными системами печати.

33. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является синим лазером на 450 нм.

34. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является лазером в диапазоне длины волны 300-400 нм.

35. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является лазером в диапазоне длины волны 400-500 нм.

36. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является лазером в диапазоне длины волны 500-600 нм.

37. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является лазером в диапазоне длины волны 600-800 нм.

38. Система по п. 24, в которой вторичный лазер является инфракрасным лазером в диапазоне 800-2000 нм.

39. Система по п. 24, в которой вторичный лазер гомогенизируется либо световодом, либо микролинзовым гомогенизатором.

40. Система по п. 24, в которой использование вторичного лазера может быть разделено по времени между множественными печатающими головками или множественными системами печати.

41. Система по п. 24, в которой пространственный модулятор света является цифровым микрозеркальным устройством (DMD).

42. Система по п. 24, в которой пространственный модулятор света является любым из класса пространственных модуляторов света, способных работать на уровнях мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

43. Система по п. 41, в которой DMD имеет воздушное охлаждение.

44. Система по п. 41, в которой DMD имеет водяное охлаждение посредством водяного теплообменника, такого, как микроканальный охладитель.

45. Система по п. 41, в которой DMD охлаждается охладителем Пельтье.

46. Система по п. 24, дополнительно включающая в себя зональные излучательные нагреватели для поддержания температуры камеры наращивания.

47. Система по п. 24, дополнительно включающая в себя нагреваемую пластину наращивания.

48. Система по п. 24, дополнительно включающая в себя пирометр или FLIR-камеру для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

49. Система по п. 24, дополнительно включающая в себя термопару или RTD, внедренную/ый в пластину наращивания для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

50. Система по п. 24, дополнительно включающая в себя программное обеспечение для определения оптимальной стратегии наращивания.

51. Система по п. 24, в которой инертная атмосфера используется для наращивания детали.

52. Система по п. 24, в которой инертная атмосфера используется для поддержания чистоты оптики в системе.

53. Система по п.24, в которой комбинация лазер-пространственный модулятор создает изображение на порошковой подушке, которая имеет плотность мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

54. Система по п.24, в которой вторичный лазер, используемый для предварительного нагрева, создает область, перекрывающую изображение лазерной системы с пространственной фильтрацией на порошковой подушке, которая имеет плотность мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

55. Система аддитивного производства для металлов, в которой используются множественные лазеры и множественные пространственные модуляторы света для формирования единого более крупного рисунка на порошковом металлическом слое, который приплавляется к нижележащему слою, портальная система для последовательного шагового переноса изображения по порошковой подушке, система управления движением, подъемник для перемещения детали вниз с приплавлением каждого слоя, и система распределения порошка, которая может как распределять порошок, так и уплотнять его перед сплавлением, и воздухонепроницаемая камера наращивания.

56. Система по п. 55, в которой лазер является синим лазером на приблизительно 450 нм.

57. Система по п. 55, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 300-400 нм.

58. Система по п. 55, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 400-500 нм.

59. Система по п. 55, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 500-600 нм.

60. Система по п. 55, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 600-800 нм.

61. Система по п. 55, в которой лазер является инфракрасным лазером в диапазоне 800-2000 нм.

62. Система по п. 55, в которой лазер гомогенизируется либо световодом, либо микролинзовым гомогенизатором, либо дифракционным оптическим элементом (DOE).

63. Система по п. 55, в которой использование лазера может быть разделено по времени между множественными печатающими головками или множественными системами печати.

64. Система по п. 55, в которой пространственный модулятор света является массивом цифровых микрозеркальных устройств (DMD), который является массивом микрозеркал.

65. Система по п. 55, в которой пространственный модулятор света является любым из класса пространственных модуляторов света, способных работать на уровнях мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

66. Система по п. 55, в которой DMD имеет воздушное охлаждение.

67. Система по п. 55, в которой DMD имеет водяное охлаждение посредством водяного теплообменника, такого как микроканальный охладитель.

68. Система по п. 55, в которой DMD охлаждается охладителем Пельтье.

69. Система по п. 55, дополнительно включающая в себя зональные излучательные нагреватели для поддержания температуры камеры наращивания

70. Система по п. 55, отличающаяся тем, что включает в себя нагреваемую пластину наращивания.

71. Система по п. 55, дополнительно включающая в себя пирометр или FLIR-камеру для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

72. Система по п. 55, дополнительно включающая в себя термопару или RTD, внедренную/ый в пластину наращивания для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

73. Система по п. 55, дополнительно включающая в себя программное обеспечение для определения оптимальной стратегии наращивания.

74. Система по п. 55, отличающаяся тем, что включает в себя отдельный вторичный лазер для нагрева порошковой подушки только там, где рисунок будет освещен.

75. Система по п. 55, в которой инертная атмосфера используется для наращивания детали.

76. Система по п. 55, в которой инертная атмосфера используется для поддержания чистоты оптики в системе.

77. Система по п. 55, в которой комбинация лазер-пространственный модулятор системы по п. 55, отличающаяся тем, что создает изображение на порошковой подушке, которая имеет киловаттную плотность мощности.

78. Система аддитивного производства для металлов, в которой используются множественные лазеры и множественные пространственные модуляторы света для формирования шахматного рисунка из изображений и не-изображений на порошковом металлическом слое, который приплавляется к нижележащему слою, портальная система для последовательного шагового переноса изображения по порошковой подушке, система управления движением, подъемник для перемещения детали вниз с приплавлением каждого слоя, и система распределения порошка, которая может как распределять порошок, так и уплотнять его перед сплавлением, и воздухонепроницаемая камера наращивания.

79. Система по п. 78, в которой лазер является синим лазером на приблизительно 450 нм

80. Система по п. 78, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 300-400 нм.

81. Система по п. 78, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 400-500 нм.

82. Система по п. 78, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 500-600 нм.

83. Система по п. 78, в которой лазер является лазером в диапазоне длины волны 600-800 нм.

84. Система по п. 78, в которой лазер является инфракрасным лазером в диапазоне 800-2000 нм.

85. Система по п. 78, в которой лазер гомогенизируется либо световодом, либо микролинзовым гомогенизатором, либо дифракционным оптическим элементом (DOE).

86. Система по п. 78, в которой использование лазера может быть разделено по времени между множественными печатающими головками или множественными системами печати.

87. Система по п. 78, в которой пространственный модулятор света является массивом цифровых микрозеркальных устройств (DMD), который является массивом микрозеркал.

88. Система по п. 78, в которой пространственный модулятор является любым из класса пространственных модуляторов света, способных работать на уровнях мощности от нескольких ватт до нескольких киловатт.

89. Система по п. 78, в которой DMD имеет воздушное охлаждение.

90. Система по п. 78, в которой DMD имеет водяное охлаждение посредством водяного теплообменника, такого как микроканальный охладитель.

91. Система по п. 78, в которой DMD охлаждается охладителем Пельтье.

92. Система по п. 78, дополнительно содержащая зональные излучательные нагреватели для поддержания температуры камеры наращивания.

93. Система по п. 78, дополнительно содержащая нагреваемую пластину наращивания.

94. Система по п. 78, дополнительно содержащая пирометр или FLIR-камеру для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

95. Система по п. 78, дополнительно содержащая термопару или RTD, внедренную/ый в пластину наращивания для отслеживания или регулировки температуры пластины наращивания.

96. Система по п. 78, дополнительно содержащая программное обеспечение для определения оптимальной стратегии наращивания.

97. Система по п. 78, дополнительно содержащая отдельный вторичный лазер для нагрева порошковой подушки только там, где рисунок будет освещен.

98. Система по п. 78, в которой инертная атмосфера используется для наращивания детали.

99. Система по п. 78, инертная атмосфера используется для поддержания чистоты оптики в системе.

100. Система по п. 78, в которой комбинация лазер-пространственный модулятор создает изображение на порошковой подушке, которая имеет киловаттную плотность мощности.

101. Комбинация лазер-пространственный модулятор света, отличающаяся тем, что создает изображение и перемещает изображение по DMD для создания неподвижного изображения на движущейся портальной системе для увеличения времени экспозиции для печати рисунка в сплавляемом материале.

102. Система аддитивного производства для формирования металлических объектов из металлических порошков, причем система содержит:

a. лазерный источник для обеспечения лазерного пучка наращивания вдоль пути лазерного пучка наращивания;

b. средство нагрева для нагрева металлического порошка;

c. цифровое микрозеркальное устройство (DMD) на пути лазерного пучка, благодаря чему лазерный пучок наращивания направляется на DMD, в котором DMD создает рисунок 2D-изображения, который отражается от DMD вдоль пути лазерного пучка к оптическому узлу; и

d. оптический узел, направляющий лазерный пучок на металлический порошок, благодаря чему рисунок 2D-изображения доставляется на металлический порошок.

103. Система по п. 102, в которой средство нагрева выбрано из группы, состоящей из электрических нагревателей, излучательных нагревателей, IR нагревателей и лазерного пучка.

104. Система по п. 102, в которой средством нагрева является лазерный пучок, имеющий длину волны в диапазоне длины волны синего света.

105. Система по п. 102, в которой металлический порошок образует подушку из металлического порошка.

106. Система по п. 102, в которой лазерный пучок имеет длину волны, выбранную из группы, состоящей из длин волны синего и зеленого света.

107. Система по п. 102, в которой лазерный пучок имеет длину волны, выбранную из группы, состоящей из около 450 нм, около 460 нм, около 515 нм, около 532 нм и около 550 нм.

108. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой лазерный источник имеет мощность от около 1 кВт до около 20 кВт.

109. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой 2-D изображение доставляет в металлический порошок пиковую плотность мощности от около 2 кВт/см² до около 5 кВт/см².

110. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой DMD имеет максимальный уровень средней плотности мощности; и пиковая уровень плотности мощности 2D-изображения на металлическом порошке по меньшей мере в 500 раз больше максимального уровня средней плотности мощности DMD.

111. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой DMD имеет максимальный уровень средней плотности мощности; и пиковая уровень плотности мощности 2D-изображения на металлическом порошке по меньшей мере в 1000 раз больше максимального уровня средней плотности мощности DMD.

112. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до температуры в пределах 200°C от точки плавления металлического порошка.

113. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до температуры в пределах 100°C от точки плавления металлического порошка.

114. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до около 400°C от точки плавления металлического порошка.

115. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до около 600°C от точки плавления металлического порошка.

116. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до около 400°C от точки плавления металлического порошка и поддержания порошка при этой температуре.

117. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до около 600°C от точки плавления металлического порошка и поддержания порошка при этой температуре.

118. Система по любому из пп. 102, 103, 104, 105, 106, 107, в которой средство нагрева выполнено с возможностью нагрева порошка до температуры в пределах 200°C от точки плавления металлического порошка и поддержания порошка при этой температуре.

119. Система по любому из пп. 102-107, содержащая второй лазерный источник для обеспечения второго лазерного пучка наращивания вдоль второго пути лазерного пучка наращивания; второе цифровое микрозеркальное устройство (DMD) на втором пути лазерного пучка, благодаря чему второй лазерный пучок наращивания направляется во второе DMD, причем второе DMD создает второй рисунок 2D-изображения, который отражается от второго DMD вдоль второго пути лазерного пучка на второй оптический узел.

120. Система по п. 119, в которой рисунок 2D-изображения доставляется в первую область металлического порошка, и второй рисунок 2D-изображения доставляется во вторую область металлического порошка.

121. Система по п. 119, в которой первая область и вторая область отличаются.

122. Система по п. 119, в которой первая область и вторая область соседствуют.

123. Система аддитивного производства для формирования металлических объектов из металлических порошков, причем система содержит:

a. лазерный источник для обеспечения лазерного пучка наращивания вдоль пути лазерного пучка наращивания;

b. второй лазерный источник для обеспечения лазерного пучка нагрева;

c. цифровое микрозеркальное устройство (DMD) на пути лазерного пучка, благодаря чему лазерный пучок наращивания направляется на DMD, в котором DMD создает изображение, которое отражается от DMD вдоль пути лазерного пучка к оптическому узлу; и,

d. оптический узел, направляющий лазерный пучок на металлический порошок, благодаря чему изображение доставляется на металлический порошок.

124. Комбинация лазер-пространственный модулятор света, отличающаяся тем, что проецирует 2D-рисунок на порошковую подушку с оптимизированной шкалой серого во времени или в рисунке, что позволяет теплу придавать ванночке расплава желаемую форму наращивания, обеспечивая более резкие переходы и более плотные детали.