本發明涉及增材制造設備和方法，其中材料層以逐層方式固化從而形成物件。本發明可特定地但不排它地應用于選擇性激光固化設備，例如選擇性激光熔融(slm)和選擇性激光燒結(sls)設備。

背景技術：

選擇性激光熔融(slm)和選擇性激光燒結(sls)設備使用高能量束(例如，激光束)經由材料(例如，金屬粉末材料)的逐層固化來產生物件。通過沉積鄰近于粉末床的粉末堆和用刮片跨越粉末床(從粉末床的一側到另一側)散布粉末堆以形成層而在構建腔室中跨越粉末床形成粉末層。隨后跨越粉末層的對應于所構造物件的橫截面的部分掃描激光束。激光束熔融或燒結粉末以形成固化層。在選擇性固化某一層之后，粉末床減少掉新固化層的厚度，并且另一粉末層在表面上散布且視需要固化。此類裝置的實例公開于us6042774中。

該過程在惰性氣體氣體中實行，因為金屬粉末與氣體(例如氧氣)很大程度上發生反應。如第2010/007394號國際專利申請案中描述，已知首先在構建腔室中形成真空，且接著用惰性氣體再填充腔室以便確保所得氣體中的低氧含量。舉例來說，使用此技術，腔室中的氣體的氧含量可減小低至1000ppm。在構建過程期間，氧含量可能歸因于腔室中剩余的氧隨著部件中的氧化物形成被消耗而進一步下降。所吸收的氧的量將取決于正使用的材料。舉例來說，與鋼或鋁相比，鈦吸收氧的能力強得多。需要具有貫穿構建過程的氣體中的恒定氧含量以便實現貫穿部件的恒定的構建性質。

據信空氣和粉末中的濕氣導致氫被吸收到部件的材料中，這導致部件中的氫氣孔隙度。

構建期間惰性氣體中氮的存在也可能是不合需要的。

技術實現要素：

根據本發明的第一方面，提供一種增材制造設備，該增材制造設備包括：腔室；構建平臺，其在該腔室中可移動以使得能跨越該構建平臺連續形成可流動材料層；單元，其用于產生用于固化該可流動材料的能量束；掃描單元，其用于將該能量束導引到每一層的選中區域上以固化該選中區域中的該材料；以及吸氣劑，其用于從該腔室中的氣體吸收氧、氮和/或氫。

該設備可包括氣體再循環回路，其具有連接到腔室的入口和出口，以用于將氣體再循環穿過腔室，其中氣體再循環回路中具有吸氣劑，以用于從再循環氣體吸收氧、氮和/或氫。

吸氣劑可以允許氧、氮和/或氫的水平減小到更低的水平(相比于經由對構建腔室除氣并用惰性氣體回填的常規方法所獲得的水平)。此外，吸氣劑可確保氧、氮和/或氫的水平貫穿構建過程而保持大體上穩定。

吸氣劑可為氧吸氣劑，例如基于銅的吸氣劑。在固化期間，該材料常常吸收氧，尤其在金屬的情況下。提供氧吸氣劑可減小固化期間由該材料吸收的氧的量。在替代實施例中，吸氣劑可為基于鈦的吸氣劑。

氣體再循環回路可包括可將吸氣劑與腔室中的氣體隔離的閥。吸氣劑可能由于暴露于過多水平的特定氣體而永久地損壞。提供隔離閥允許吸氣劑與腔室中的氣體隔離，直至此些氣體減小到對于吸氣劑安全的水平。

腔室可包括門，使用增材制造設備構建的部件可經由門從腔室移除，且閥可被布置成當到腔室的門打開時將吸氣劑與腔室隔離。

增材制造設備可包括用于從腔室移除由吸氣劑吸收的不想要氣體的構件，閥被布置成當由吸氣劑吸收的氣體保持高于預定水平時將吸氣劑與腔室隔離。

增材制造設備可包括用于在使用之后再生吸氣劑的構件。可能想要在設備內還原吸氣劑，從而不需要有定期地從設備移除吸氣劑。用于再生吸氣劑的構件可包括用于加熱流經吸氣劑的氣體的加熱元件。用于再生氧吸氣劑的構件可包括氫氣源。

該設備可包括用于從設備移除由于吸氣劑的再生而產生的濕氣的構件。吸氣劑的再生可產生汽/水作為副產品，其可能需要移除，因為構建期間此濕氣存在于腔室的氣體中可能是不合需要的。

增材制造設備可包括用于檢測指示吸氣劑的再生的進程的特性的傳感器。傳感器可為用于監視吸氣劑的材料的溫度的溫度傳感器、用于檢測離開吸氣劑的氣體中濕氣的量的濕氣檢測器和/或用于檢測離開吸氣劑的氣體中氫的濃度的氫傳感器。

附圖說明

圖1為根據本發明的實施例的選擇性激光固化設備的示意圖；以及

圖2為選擇性激光固化設備從另一側的示意圖。

具體實施方式

參看圖1到圖5，根據本發明的實施例的激光固化設備包括主腔室101，其中具有隔板115、116，隔板115、116界定構建腔室117和粉末可沉積到上面的表面。提供構建平臺102用于支撐通過選擇性激光熔融粉末104構建的物件103。該平臺102隨著物件103的連續層形成可在構建腔室117內降低。可用的構建體積由構建平臺102可降低到構建腔室117中的程度界定。

主腔室101包括門170以允許接近腔室101，以用于可移除使用設備構建的部件。

通過分配設備108和細長刮片109而隨著物件103構建而形成粉末層104。舉例來說，分配設備108可為如wo2010/007396中描述的設備。

激光模塊105產生用于熔融粉末104的激光，該激光視需要由光學掃描儀106在計算機130的控制下導引。激光經由窗口107進入腔室101。

光學掃描儀106包括用于將激光束導引到粉末床104上的所要位置的轉向光學器件(在此實施例中為兩個可移動鏡面106a、106b)，和用于調整激光束的焦距的聚焦光學器件(在此實施例中為一對可移動透鏡106c、106d)。馬達(未圖示)驅動鏡面106a和透鏡106b、106c的移動，馬達由處理器131控制。

計算機130包括處理器單元131、存儲器132、顯示器133、例如鍵盤、觸摸屏等用戶輸入裝置134、到例如光學模塊106和激光模塊105等激光熔融單元的模塊的數據連接，以及外部數據連接135。存儲器132上所存儲的是指示處理單元實行現在描述的方法的計算機程序。

處理器經由外部連接135接收描述固化每一粉末層中的粉末區域的過程中所采取的掃描路徑的幾何數據。為了構建部件，處理器控制掃描儀106根據幾何數據中所界定的掃描路徑來導引激光束。在此實施例中，為了沿掃描路徑執行掃描，激光105和掃描儀106被同步以沿掃描路徑將一系列離散點曝露于激光束。對于每一掃描路徑，界定點距離、點曝露時間和光斑尺寸。在替代實施例中，可沿著掃描路徑連續掃描光斑。在此類實施例中，可針對每一掃描路徑指定激光光斑的速度，而非界定點距離和曝露時間。

該設備進一步包括氣體再循環回路150和用于用例如氮氣或氬氣等惰性氣體回填腔室101的入口160。

氣體再循環回路150包括與主腔室101連接的入口151和出口152以及泵153，以用于將氣體再循環穿過氣體再循環回路150和主腔室101，以跨越粉末床104產生氣刀k，該氣刀k用于移除熔融過程期間產生的冷凝物。泵153還可連接到除氣閥161以允許泵153將腔室101除氣到粗真空。氣體再循環回路150進一步包括過濾器154，用于從再循環氣體和氧吸氣劑155移除顆粒。

在此實施例中，氧吸氣劑155包括基于銅的氧吸氣劑，例如由researchcatalysts公司供應的催化劑gettermax133或233。經再循環的氣體隨著其再循環而被抽吸經過氧吸氣劑155的材料。基于銅的氧吸氣劑經由形成氧化銅而來吸收氧。

再循環回路150包括用于加熱再循環回路150中傳送的氣體的加熱元件162和可連接到氫氣源164的閥163，該閥163可控制以控制允許進入再循環回路150的氫氣的量。一個或多個溫度監視器(例如熱電偶165)監視氧吸氣劑155的溫度，濕氣含量傳感器166監視離開氧吸氣劑155的氣體的濕氣含量，且氫氣傳感器167監視離開氧吸氣劑155的氣體中氫的量。可提供構件168用于冷凝和移除來自氧吸氣劑155的水。

在使用中，在構建之前，腔室101被除氣到真空，且接著經由入口160用惰性氣體(例如氬或氮)回填。在惰性氣體下實行構建，其中氣體在構建期間經由再循環回路150再循環從而形成氣刀k。氣體中剩余的氧由氧吸氣劑155吸收。為此目的，惰性氣體可在構建開始之前再循環設定的時間段，使得在構建開始之前氣體中的氧由于氧被吸氣劑155吸收而減少到所要低水平。

為了再生氧吸氣劑(例如在每一構建結束時)，氧吸氣劑155必須通過還原而激活。在一個實施例中，吸氣劑的還原可在設備外部通過從設備移除氧吸氣劑而實行。然而，在此實施例中，氧吸氣劑的激活在氣體再循環回路150中實行。

氧吸氣劑155的再生可包括用加熱元件162加熱流動穿過吸氣劑155的惰性無氫氣體(例如氮氣或氬氣)，使得氧吸氣劑155的材料床處于例如175到180℃之間的所要溫度。氧吸氣劑155的溫度可由熱電偶165監視。

一旦催化劑已加熱預定時間長度(例如2小時)，經由閥163將氫引入到再循環回路中的氣體中的同時將流動到吸氣劑155上的氣體的溫度維持在所要溫度。氧吸氣劑155的溫度將隨著氣體中的氫與氧反應而增加。氧吸氣劑155中的溫度升高可使用熱電偶165來監視。如果氧吸氣劑155的溫度超出預定值(例如225℃)，那么流動穿過氧吸氣劑155的氣體轉變回到無氫氣體。

可從熱電偶165、濕氣傳感器166和氫氣傳感器167中的任一者或多者來確定激活過程的完成。激活過程的完成可從以下各者確定：

a)氧吸氣劑的材料床的穩定溫度；

b)水的形成的停止；和/或

c)離開氧吸氣劑155的氣體中氫的濃度等于進入氧吸氣劑155的氣體中氫的濃度。

作為激活過程的結果產生的水可由構件168移除。

激活之后，再循環回路150可用無氫惰性氣體(例如氬氣或氮氣)沖洗，以確保再循環回路150不含氫。

再循環回路150進一步包括閥156和157，用于當門170打開時將氣體再循環回路150與構建腔室101隔離。可提供傳感器(未圖示)用于檢測門是否打開，以使得當檢測到門打開時閥156、157可由處理器自動激活。在氧吸氣劑處于激活狀態的情況下，暴露于空氣可致使氧吸氣劑足夠加熱而永久地損壞氧吸氣劑155。

在另一實施例中，除氧吸氣劑之外或代替于氧吸氣劑，該設備包括氫或氮吸氣劑。