TWI529055B - 積層製造系統以及積層製造方法 - Google Patents

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Description

積層製造系統以及積層製造方法
本揭露是有關於一種積層製造系統以及積層製造方法。
積層製造(Additive Manufacturing,AM)或三維列印(Three-dimensional Printing)在全球競爭中具特殊戰略地位，先進國家無不極力投入發展，用以改善現行製造環境與強化國際競爭優勢。目前的積層製造技術主要以雷射積層製造技術為主，其運用雷射熔融原理，並根據三維模型切層成二維幾何形狀，以鋪層裝置鋪上粉末層，再將雷射光束聚焦在粉末層，並針對所需要二維形狀進行熔融成形，逐層堆疊成立體成品，從而可達成傳統加工無法製作之複雜結構。
然而，雷射積層製造技術目前面臨生產效率不佳、成品品質有待加強、難以保證產品穩定生產、金屬材料種類受限、難以降低材料與設備成本等挑戰。成品品質降低的原因之一為積層製造的過程中產生之焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，而 導致成品含有雜質與氧化物。
基於上述，目前亟需一種能夠避免焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，從而提升積層製造成形的品質與穩定度的積層製造技術。
本揭露提供一種積層製造系統以及積層製造方法，其能夠避免焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，從而提升積層製造成形品質與穩定度的積層製造技術。
本揭露提供一種積層製造系統，包括：載台；粉末供給裝置，提供粉末至上述載台的表面上；能量束產生裝置，產生能量束，並使上述能量束在上述載台上進行掃描；以及氣氛流場控制模組，包括：至少一對氣體進出裝置，設於上述載台的周圍；以及氣流控制裝置，電性連接上述氣體進出裝置。
本揭露又提供一種積層製造方法，包括：在載台的表面上提供粉末，上述粉末形成為粉末層；對上述粉末照射能量束，使上述能量束在上述粉末上進行掃描，以形成固化層；向上述載台的表面提供氣體；控制上述氣體的流動方向與上述能量束的掃描進給方向之間的夾角，上述夾角不為零；以及反覆執行上述之步驟，直至所形成的多層上述固化層累積為三維成品。
基於上述，本揭露實施例藉由氣氛流場控制模組，可在積層製造的過程中控制掃描進給方向與氣體的流動方向之間的夾 角，從而能夠避免焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，並提升積層製造成形的品質與穩定度。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧積層製造系統
110‧‧‧載台
120‧‧‧粉末供給裝置
122‧‧‧能量束產生裝置
130‧‧‧粉末層
140‧‧‧能量束
142‧‧‧氣氛流場控制模組
150、150a、150b、150c、150d、150e、150f、150g、150h、150i、150j、150k、150l‧‧‧氣體進出裝置
160‧‧‧氣流控制裝置
162、168‧‧‧氣體進出開關裝置
164‧‧‧氣體流速調整裝置
166‧‧‧氣體流向調整裝置
170‧‧‧第一轉動機構
172‧‧‧第二轉動機構
200、300、400‧‧‧箭頭
210‧‧‧四等分的圓形
220‧‧‧兩個互相對稱的L字形
230‧‧‧方形
240‧‧‧八角形
310‧‧‧固定式的隔板
320‧‧‧可動的葉片
410‧‧‧蜂巢狀
420‧‧‧格子狀
430‧‧‧孔隙狀
440‧‧‧葉片狀
450‧‧‧風扇狀
510、520、530、540、550‧‧‧步驟
D1a‧‧‧第一方向
D1b‧‧‧第二方向
D2a‧‧‧第三方向
D2b‧‧‧第四方向
D3‧‧‧第五方向
D4‧‧‧第六方向
圖1為依照本揭露的實施例所繪示的積層製造系統的示意圖。
圖2(A)~圖2(D)為依照本揭露的實施例所繪示的數種氣體進出裝置的分布方式的示意圖。
圖3(A)~圖3(B)為依照本揭露的實施例所繪示的數種氣體進出裝置的結構示意圖。
圖4(A)~圖4(E)為依照本揭露的實施例所繪示的數種氣體進出裝置的剖面圖。
圖5(A)~圖5(D)為依照本揭露的第一實施例所繪示的數種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖6(A)~圖6(B)為依照本揭露的第二實施例所繪示的數種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖7(A)~圖7(B)為依照本揭露的第三實施例所繪示的數種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖8(A)~圖8(C)為依照本揭露的第四實施例所繪示的數 種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖9(A)~圖9(B)為依照本揭露的第五實施例所繪示的數種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖10(A)~圖10(B)為依照本揭露的第六實施例所繪示的數種氣體流動方向的控制方法的示意圖。
圖11為依照本揭露的實施例所繪示的積層製造方法的流程圖。
圖12為依照本揭露的實施例所繪示的積層製造方法的示意圖。
如上所述，藉由雷射積層技術製造的成品的品質降低的原因之一為積層製造的過程中產生之焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，而導致成品含有雜質與氧化物。上述焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區的現象被認為和氣體的流動方向與雷射的掃描進給方向之間的夾角有關。具體而言，當氣體的流動方向與掃描進給方向同向(夾角為0度)時，成品中會包覆大量焊渣。另一方面，當氣體的流動方向與掃描進給方向反向(夾角為180度)時，焊渣的量會大幅減少。由此可知，藉由控制氣體的流動方向可有效改善積層製造的成品之品質。
然而，在相關的技術領域中皆使用提供流動方向固定的氣體的積層系統，其並無法配合雷射的掃描進給方向進行調整， 因而在氣體的流動方向與掃描進給方向反向(或接近反向)時，焊渣與氧化物容易落回未成形之加工區，而導致成品含有雜質與氧化物。
有鑑於上述情況，本揭露實施例提供一種能夠配合掃描進給方向調整氣體的流動方向，從而有效地控制氣體的流動方向與掃描進給方向之間的夾角的積層製造系統以及積層製造方法。根據本揭露提出的技術方案，可將氣體的流動方向與掃描進給方向之間的夾角調整至所需的範圍，進而避免焊渣與氧化物落回未成形之加工區，從而提升積層製造的成形品質與穩定度。
以下將針對本揭露的積層製造系統以及積層製造方法的具體構成進行說明。
圖1為依照本揭露的實施例所繪示的積層製造系統的示意圖。
請參照圖1，本揭露的積層製造系統100包括：載台110、粉末供給裝置120、能量束產生裝置122以及氣氛流場控制模組142。載台110是指用於承載未加工的粉末的平台。載台110可以是平坦的表面、曲面或不規則表面等，並無特別的限制。
粉末供給裝置120提供粉末至載台110上，以形成粉末層130。粉末的種類例如是無機材料、高分子材料或其組合。無機材料例如是金屬材料、陶瓷材料或其組合。高分子材料例如是尼龍、聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)、聚芳醚酮(Polyaryletheretherketone，PEAK)或其組合。粉末的平均粒徑例 如是15μm~50μm。
能量束產生裝置122產生能量束140，並使能量束140在載台110的表面上進行掃描。具體而言，能量束產生裝置122例如是藉由能量束產生源(未繪示)產生能量束140，並利用光學透鏡或電磁透鏡(未繪示)等將能量束140聚焦於載台110的表面，進而對粉末(粉末層130)進行選擇性熔融成形。能量束140例如是雷射、電子束或其組合。在一實施例中，能量束140的能量密度為0.1J/mm2~100J/mm2，但並不以此為限。在一實施例中，能量束140的掃瞄速度為50mm/sec~2,000mm/sec，但並不以此為限。在一實施例中，能量束140的聚焦光斑為1μm~10,000μm，但並不以此為限。
氣氛流場控制模組142包括至少一對氣體進出裝置150以及氣流控制裝置160。氣體進出裝置150設置於載台110的周圍，用以提供氣體至載台110的表面。氣流控制裝置160電性連接於氣體進出裝置150，可控制氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。
圖2(A)~圖2(D)為依照本揭露的實施例所繪示的氣體進出裝置的分布方式的示意圖。以下將針對氣體進出裝置150以及氣流控制裝置160的具體結構以及具體功能進行說明。
請參照圖2(A)~圖2(D)，本揭露的氣體進出裝置150是以彼此間隔或鄰接的方式排列為圓形、方形或多角形。氣體進出裝置150的具體排列方式例如是排列為：四等分的圓形210(如 圖2(A)所示)、兩個互相對稱的L字形220(如圖2(B)所示)、方形230(如圖2(C)所示)或八角形240(如圖2(D)所示)等。在此需說明的是，本揭露的氣體進出裝置150的排列方式並不受限於以上所列舉的具體排列方式，只要能夠確保由氣體進出裝置150提供的氣體的流動方向可以被調整至所需的方向，則可以彼此間隔或鄰接的方式排列為任意形狀。
圖3(A)~圖3(B)為依照本揭露的實施例所繪示的氣體進出裝置的結構示意圖。圖4(A)~圖4(E)為依照本揭露的實施例所繪示的氣體進出裝置的剖面圖。請參照圖3(A)~圖3(B)以及圖4(A)~圖4(E)，本揭露的氣體進出裝置150包括由多個隔板所劃分出的多個區塊。隔板例如是固定式的隔板310(如圖3(A)所示)或者是可動的葉片320(即導流板)(如圖3(B)所示)。需說明的是，只要能夠確保由氣體進出裝置150提供的氣體的流動方向可以被調整至所需的方向，則氣體進出裝置150也可以不具有任何隔板。此外，氣體進出裝置150的剖面結構可以是蜂巢狀410(如圖4(A)所示)、格子狀420(如圖4(B)所示)、孔隙狀430(如圖4(C)所示)、葉片狀440(如圖4(D)所示)、風扇狀450(如圖4(E)所示)或其組合，但並不以此為限。只要能夠確保由氣體進出裝置150提供的氣體的流動方向可以被調整至所需的方向，則氣體進出裝置150的剖面結構可以是上述列舉的結構以外的任意結構。以下將對可用於調整氣體的流動方向的氣體進出裝置150結構以及其排列方式的數個具體態樣 進行說明，但本揭露並不限定於這些具體態樣，只要在不脫離本揭露的精神的範圍內，當可無限制地任意組合。
圖5(A)~圖5(D)為依照本揭露的第一實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。
請同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖5(A)~圖5(D)，在本揭露的第一實施例中，氣流控制裝置160包括氣體進出開關裝置162。氣體進出開關裝置162控制氣體進出裝置150的開啟或關閉。具體而言，第一實施例的氣體進出裝置是將氣體進出裝置150a、150b、150c、150d排列為方形而構成，且藉由氣體進出裝置的作動，以及供氣與抽氣的設定，可以改變氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。舉例來說，氣體進出裝置150a、150c不作動，氣體進出裝置150b供氣，氣體進出裝置150d抽氣，可使氣體在第二方向D1b上流動(如圖5(A)所示)。或者是使氣體進出裝置150a、150c不作動，氣體進出裝置150d供氣，氣體進出裝置150b抽氣，可使氣體在第一方向D1a上流動(如圖5(B)所示)。另外，氣體進出開關裝置162也可以藉由使氣體進出裝置150b、150d不作動，氣體進出裝置150c供氣，氣體進出裝置150a抽氣，可使氣體在第三方向D2a上流動(如圖5(C)所示)。再者，氣體進出開關裝置162也可以藉由使氣體進出裝置150b、150d不作動，氣體進出裝置150a供氣，氣體進出裝置150c抽氣，可使氣體在第四方向D2b上流動(如圖5(D)所示)。此外，氣體進出開關裝 置162還可藉由調整氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的閥門開閉或氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的風扇的轉動方向，以使作動中的氣體進出裝置交替進行抽氣以及供氣，進而使調整前後的氣體的流動方向相差特定角度。
圖6(A)~圖6(B)為依照本揭露的第二實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。請同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖6(A)~圖6(B)，在本揭露的第二實施例中，氣流控制裝置160包括氣體流速調整裝置164。氣體流速調整裝置164可控制氣體的流速。具體而言，第二實施例的氣體進出裝置是將氣體進出裝置150a、150b、150c、150d排列為方形而構成，且氣體進出裝置150a、150b、150c、150d包括由多個隔板所劃分出的多個區塊(如圖3(A)~圖3(B)所示)。氣體流速調整裝置164可藉由使氣體進出裝置150a、150b、150c、150d中的部分區塊的氣體流速增大或減少，而改變氣體的流動方向，從而改變氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。此外，第二實施例的氣體流速調整裝置164亦可藉由調整氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的閥門開閉或大小或氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的風扇的轉動方向，以使氣體進出裝置交替進行抽氣以及供氣，進而使調整前後的氣體的流動方向相差特定角度。舉例來說，請參照圖6(A)，將氣體進出裝置150a的左側的閥門控制為大於氣體進出裝置150a的右側的閥門；氣體進出裝置150c右側的閥門開啟的大小控制為大於氣體 進出裝置150c左側的閥門開啟的大小；氣體進出裝置150b的下部的閥門控制為大於氣體進出裝置150b的上部側的閥門；以及氣體進出裝置150d的上部的閥門控制為大於氣體進出裝置150d的下部側的閥門。藉由氣體進出裝置150b、150c供氣，氣體進出裝置150a、150d抽氣，則可以使得氣流方向自右下方向左上方流動。請參照圖6(B)，反之，將氣體進出裝置150a的左側的閥門控制為小於氣體進出裝置150a的右側的閥門；氣體進出裝置150c右側的閥門開啟的大小控制為小於氣體進出裝置150c左側的閥門開啟的大小；氣體進出裝置150b的下部的閥門控制為小於氣體進出裝置150b的上部側的閥門；以及氣體進出裝置150d的上部的閥門控制為小於氣體進出裝置150d的下部側的閥門。藉由氣體進出裝置150c、150d供氣，氣體進出裝置150a、150b抽氣，則可以使得氣流方向自左下方向右上方流動。然而，本揭露並不以此為限。
圖7(A)~圖7(B)為依照本揭露的第三實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖7(A)~圖7(B)，在本揭露的第三實施例中，氣流控制裝置160包括氣體流向調整裝置166。氣體流向調整裝置166控制氣體的流向。具體而言，第三實施例的氣體進出裝置150是將氣體進出裝置150a、150b、150c、150d排列為方形而構成，且氣體進出裝置150a、150b、150c、150d包括由多個可動的葉片320(即導流板)所劃分出的多個區塊(如 圖3(B)所示)。氣體流向調整裝置166可藉由調整可動的葉片320的方向，而改變氣體的流動方向，從而改變氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。請參照圖7(A)，在一實施例中，氣體進出裝置150a、150b、150c、150d包括由多個隔板所劃分出的多個區塊。隔板例如是可動的葉片320(如圖3(B)所示)，氣體流向調整裝置166藉由調整可動的葉片320的方向為自右下方向左上方傾斜，透過氣體進出裝置150b、150c供氣，氣體進出裝置150a、150d抽氣，則可以使得氣流方向自右下方向左上方流動。請參照圖7(B)，反之，氣體流向調整裝置166仍藉由調整可動的葉片320的方向為自右下方向左上方傾斜，藉由氣體進出裝置150a、150d供氣，氣體進出裝置150b、150c抽氣，則可以使得氣流方向自左上方向右下方流動。然而，本揭露並不以此為限。第三實施例的氣體流向調整裝置166亦可藉由調整氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的閥門開閉或氣體進出裝置150a、150b、150c、150d的風扇的轉動方向，以使氣體進出裝置交替進行抽氣以及供氣，進而使調整前後的氣體的流動方向相差特定角度。
圖8(A)~圖8(C)為依照本揭露的第四實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。請同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖8(A)~圖8(C)，在本揭露的第四實施例中，氣流控制裝置160包括氣體進出開關裝置168。氣體進出開關裝置168控制氣體進出裝置的開啟或關閉。具 體而言，第四實施例的氣體進出裝置150是將氣體進出裝置150e、150f、150g、150h、150i、150j排列為六角形而構成，且藉由氣體進出裝置的作動，以及供氣與抽氣的設定，可以改變氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。舉例來說，氣體進出裝置150e、150f、150h、150i不作動，氣體進出裝置150g供氣，氣體進出裝置150j抽氣，可使氣體在第六方向D4上流動(如圖8(A)所示)。或者是使氣體進出裝置150e、150g、150h、150j不作動，氣體進出裝置150i供氣，氣體進出裝置150f抽氣，可使氣體在第五方向D3上流動(如圖8(B)所示)。此外，氣體進出開關裝置168也可以藉由使氣體進出裝置150f、150g、150i、150j不作動，氣體進出裝置150h供氣，氣體進出裝置150e抽氣，可使氣體在第三方向D2a上流動(如圖8(C)所示)。此外，氣體進出開關裝置168還可藉由調整氣體進出裝置150e、150f、150g、150h、150i、150j的閥門開閉或氣體進出裝置150e、150f、150g、150h、150i、150j的風扇的轉動方向，以使作動中的氣體進出裝置交替進行抽氣以及供氣，進而使調整前後的氣體的流動方向相差特定角度。
圖9(A)~圖9(B)為依照本揭露的第五實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。請同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖9(A)~圖9(B)，在本揭露的第五實施例中，積層製造系統100更包括連接於氣體進出裝置150的第一轉動機構170。第一轉動機構170電性連接氣流控 制裝置160，並使氣體進出裝置150圍繞著載台110旋轉。具體而言，第五實施例的氣體進出裝置是由相對向的1對氣體進出裝置150k、150l所構成，且藉由使與第一轉動機構170連接的氣體進出裝置150k、150l圍繞著載台110的表面旋轉，而可任意地調整氣體的流動方向，從而改變氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角。在一實施例中，請參照圖9(A)，氣體進出裝置150l供氣，氣體進出裝置150k抽氣，藉由第一轉動機構170逆時針旋轉，可將氣流方向改變為向左上流動。在另一實施例中，請參照圖9(B)，氣體進出裝置150l供氣，氣體進出裝置150k抽氣，藉由第一轉動機構170順時針旋轉，可將氣流方向改變為向右上流動。藉由使氣體進出裝置150k、150l圍繞著載台110的表面旋轉，即使只設置一對氣體進出裝置，亦可無限制地調整氣體的流動方向，從而可有效地使裝置的設計難度降低。
圖10(A)~圖10(B)為依照本揭露的第六實施例所繪示的氣體流動方向的控制方法的示意圖。請同時參照圖1、圖3(A)~圖3(B)、圖4(A)~圖4(E)以及圖10(A)~圖10(B)，在本揭露的第六實施例中，積層製造系統100更包括第二轉動機構172。第二轉動機構172電性連接氣流控制裝置160，並使載台110圍繞著載台110的表面的法線旋轉。具體而言，第六實施例的氣體進出裝置是由相對向的1對氣體進出裝置150k、150l所構成，且第二轉動機構172藉由使載台110圍繞著載台110的表面的法線旋轉，而可任意地調整氣體的流動方向與能量束140的掃描進 給方向之間的夾角。在一實施例中，請參照圖10(A)，氣體進出裝置150l供氣，氣體進出裝置150k抽氣，藉由第一轉動機構172使載台110圍繞著載台110的表面的法線逆時針旋轉，可將氣流方向改變為向上流動。在另一實施例中，請參照圖10(B)，氣體進出裝置150k供氣，氣體進出裝置150l抽氣，藉由第一轉動機構172使載台110圍繞著載台110的表面的法線順時針旋轉，可將氣流方向改變為向下流動。藉由使載台110圍繞著載台110的表面的法線旋轉，即使只設置一對固定的氣體進出裝置，亦可無限制地調整氣體的流動方向與能量束140的掃描進給方向之間的夾角，從而可有效地使裝置的設計難度降低。
以下將對本揭露的積層製造方法進行說明。
圖11為表示本揭露的實施例的積層製造方法流程500的圖。圖12為依照本揭露的實施例所繪示的積層製造方法的示意圖。
請參照圖1、圖11以及圖12，本揭露的積層製造方法包括步驟510~步驟550。步驟510，提供粉末，以形成為粉末層130。粉末可經由上述的粉末供給裝置120提供至載台110的表面上。可使用的粉末的種類已於上文中描述，於此不再贅述。
步驟520，規劃能量束140的掃描路徑。能量束140可經由能量束產生裝置122產生。能量束140在載台110的表面上進行掃描的路徑可以依據實際的需要來設定。能量束140的掃描路徑可以是條狀或鋸齒狀等。
步驟530，依據步驟520規劃的掃描路徑，導引能量束 140在粉末(粉末層130)上進行掃描，以形成固化層。能量束140的能量密度、掃瞄速度以及寬度的範圍已於上文中描述，於此不再贅述。
在進行步驟530的同時、之後或之前，可提供氣體至載台110的表面。在一實施例中，向載台110的表面提供氣體的步驟是藉由如下的方式進行：自位於載台110的表面的周圍的至少一對氣體進出裝置150向載台110的表面提供氣體。所提供的氣體包括氬氣、氮氣、氦氣或其組合，但並不以此為限。
步驟540，氣體可經由氣氛流場控制模組142來調整其流動方向。調整氣體的流動方向的動作可藉由以下的(1)~(4)的任一者或其組合而達成。(1)控制部分氣體進出裝置150的開啟與關閉。(2)使氣體進出裝置150圍繞著載台110旋轉。(3)控制氣體的流向、流速或其組合。(4)使載台110圍繞著載台110的表面的法線旋轉。前述(1)~(4)的具體實施態樣已於上文中描述，於此不再贅述。
請參照圖1與圖12，箭頭400的指向為能量束140的掃描方向；而箭頭200的指向則為能量束140的掃描進給方向。箭頭300的指向為氣體的流動方向。氣體的流動方向(箭頭300)與能量束140的掃描進給方向(箭頭200)不同。換言之，氣體的流動方向(箭頭300)與能量束140的掃描進給方向(箭頭200)之間的夾角θ不為零。在本揭露的實施例中，氣體的流動方向(箭頭300)控制為與能量束140的掃描進給方向(箭頭200)之間的 夾角θ為大於135度，且小於225度。在一實施例中，氣體的流動方向(箭頭300)與能量束140的掃描進給方向(箭頭200)相反。也就是θ為180度。因為氣體流動的方向(箭頭300)與能量束140的掃描進給方向(箭頭200)不同，氣流將焊渣與氧化物往已經熔融成型的加工區吹送，因此，並不會落到未熔融成形的加工區。
步驟550，對粉末(粉末層130)進行成形。在一實施例中，對粉末(粉末層130)進行成形(步驟550)的動作是以如下方式進行：對粉末(粉末層130)進行選擇性熔融成形。選擇性熔融成形包含選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)、直接金屬雷射燒結(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)或其組合。
反覆執行上述之步驟510、520、530、540、550，直至所形成的多層固化層累積為三維成品。
本揭露實施例，藉由將夾角θ設為上述範圍，可有效地減少焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區的情形，進而改善積層製造的成品之品質。
綜上所述，根據本揭露的積層製造系統以及積層製造方法，可依需求在積層製造的過程中，藉由氣氛流場控制模組，而將掃描進給方向與氣體的流動方向之間的夾角調整至所需的範圍，進而能夠避免焊渣與氧化物落回未熔融成形的加工區，從而 提升積層製造成形品質與穩定度。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧積層製造系統
110‧‧‧載台
120‧‧‧粉末供給裝置
122‧‧‧能量束產生裝置
130‧‧‧粉末層
140‧‧‧能量束
142‧‧‧氣氛流場控制模組
150‧‧‧氣體進出裝置
160‧‧‧氣流控制裝置
172‧‧‧第二轉動機構

Claims (22)

  1. 一種積層製造系統，包括：一載台；一粉末供給裝置，提供一粉末至該載台的表面上；一能量束產生裝置，產生一能量束，並使該能量束在該載台上進行掃描；以及一氣氛流場控制模組，包括：至少一對氣體進出裝置，設於該載台的周圍；以及一氣流控制裝置，電性連接該氣體進出裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該氣流控制裝置控制該氣體的流動方向與該能量束的一掃描進給方向成一夾角。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該氣流控制裝置包括：一氣體進出開關裝置，控制該些氣體進出裝置的開啟或關閉。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該氣流控制裝置包括：一氣體流向調整裝置，控制該氣體的流向。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該氣流控制裝置包括：一氣體流速調整裝置，控制該氣體的流速。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，更包括： 一第一轉動機構，電性連接該氣流控制裝置，並使該些氣體進出裝置圍繞著該載台旋轉。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，更包括：一第二轉動機構，電性連接該氣流控制裝置，使該載台圍繞著該載台的表面的法線旋轉。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該些氣體進出裝置以彼此間隔或鄰接的方式排列為圓形、方形或多角形。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該些氣體進出裝置為蜂巢狀、格子狀、孔隙狀、葉片狀、風扇狀或其組合。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的積層製造系統，其中該能量束產生裝置對該粉末進行一選擇性熔融成形，該選擇性熔融成形包含選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)、直接金屬雷射燒結(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)或其組合。
  11. 一種積層製造方法，包括：在一載台的表面上提供一粉末，該粉末形成為一粉末層；對該粉末照射一能量束，使該能量束在該粉末上進行掃描，以形成一固化層；向該載台的表面提供一氣體；控制該氣體的流動方向與該能量束的一掃描進給方向之間的 一夾角，該夾角不為零；以及反覆執行上述之步驟，直至所形成的多層該固化層累積為一三維成品。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中向該載台的表面提供該氣體的步驟包括：自位於該載台的周圍的至少一對氣體進出裝置向該載台的表面提供該氣體。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的積層製造方法，其中控制該氣體的流動方向與該能量束的該掃描進給方向之間的該夾角的步驟包括：控制部分該些氣體進出裝置的開啟與關閉。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的積層製造方法，其中控制該氣體的流動方向與該能量束的該掃描進給方向之間的該夾角的步驟包括：使該些氣體進出裝置圍繞著該載台旋轉。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中控制該氣體的流動方向與該能量束的該掃描進給方向之間的該夾角的步驟包括：控制該氣體的流向、流速或其組合。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中控制該氣體的流動方向與該能量束的該掃描進給方向之間的該夾角的步驟包括：使該載台圍繞著該載台的表面的法線旋轉。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中該氣體的流動方向與該掃描進給方向之間的該夾角大於135度，且小於225度。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中對該粉末照射該能量束，使該能量束在該粉末上進行掃描的步驟包括：對該粉末進行一選擇性熔融成形，該選擇性熔融成形包含選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering，SLS)、選擇性雷射熔融(Selective Laser Melting，SLM)、直接金屬雷射燒結(Direct Metal Laser Sintering，DMLS)、電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)或其組合。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中該能量束的能量密度為0.1J/mm2~100J/mm2。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中該能量束的掃描速度為50mm/sec~2,000mm/sec。
  21. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中該氣體包括氬氣、氮氣、氦氣或其組合。
  22. 如申請專利範圍第11項所述的積層製造方法，其中該能量束的聚焦光斑為1μm~10,000μm。
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