用于激光燒結系統的改進的粉末分配的制作方法
【技術領域】
[0002] 本發明設及激光燒結系統，更特別地設及用于提高部件質量并減少丟棄已使用過 但未燒結的粉末的激光燒結系統設備和方法。
【背景技術】
[0003] 激光燒結是根據數字數據制造 Ξ維物體的加法制造的一種形式。如本領域中已知 的，激光燒結用激光加熱粉末層，典型地為聚合物或金屬粉末，W使粉末顆粒W預定圖案彼 此烙合從而限定正被制造的物體的橫截面層。運種技術在美國專利第4,863,538、5，155， 321、5,252,264、5,352,405、6,815,636、7,569，174^及 7,807,947中公開，其掲露內容通 過引用全部并入本文中。
[0004] 伴隨激光燒結的一個問題是在構建過程中激光衰減，由此在圖像平面(可燒結粉 末暴露于激光束的表面)處的激光功率發生變化(典型地為減小）。運種激光功率變化可歸 因于很多問題，并可導致部件從底部到頂部(沿著Z軸)為不同顏色、或者沿著Z軸具有不同 機械性能。
[000引伴隨激光燒結、特別是被加熱到接近烙點溫度的聚合物的激光燒結所伴隨的另一 問題是，未烙融的可燒結粉末在粉末產生具有非期望質量(例如表面上的"枯皮現象"）、著 色或降低的機械性能的部件之前，僅可被再利用一定次數。結果就是，激光燒結機器的操作 者必須丟棄一定數量的已使用過的激光燒結粉末W保持部件質量。
【發明內容】
[0006]本發明的多種實施方式解決上述需求，并實現提高部件質量并減少丟棄可燒結粉 末的需要的其它優點。本發明的一個實施方式包括用于施加粉末層的方法，W減小可導致 降低部件強度或精度并提高層內粉末密度的表面結構的可能性。特定實施方式使用"兩次 通過（two pass)"途徑（也稱作"雙APL"(APL = A卵ly Powder Layer,譯為APL =施加粉末 層）)"，從而通過與傳統(現有技術)施加粉末層相似地在第一次通過時分配粉末層來鋪設 單個粉末層(借助于反向旋轉的漉子或其它粉末分配裝置），但然后與現有技術不同，將漉 子W分配余留粉末來填充間隙并使粉末層表面弄平的第二次通過移動回來。為了分配來自 第一次通過的余留粉末，將返回粉末裝置(例如活塞)設置在部件床(part bed)(對粉末進 行激光燒結的區域）的與進料斗沉積粉末之處相對置的側部上。返回粉末裝置降低W容許 余留粉末通過漉子下方，并在漉子通過后抬升，使得漉子可分配余留粉末。將在第二次通過 之后剩余的任何余留粉末沉積進位于部件床側部上的粉末返回槽。通過使用雙次通過技 術，粉末層改善了均勻性并具有更好致密性W用于更精確激光燒結。
[0007] 本發明的其它實施方式包括激光功率測量裝置，所述激光功率測量裝置能夠測量 構建室內的激光功率。典型的激光燒結系統不包括激光功率測量裝置(測量只是由維護人 員在維護期間完成），或者在激光束進入構建室之前測量激光功率。激光燒結系統的構建室 典型地非常熱，并且包括可負面影響表面的煙塵。本發明提供位于構建室內的激光功率測 量裝置W確定輸送到粉末層的激光功率，W調整或控制掃描速度和/或其它參數，從而確保 輸送到可燒結粉末的功率一致，W避免部件質量或精度降低或發生其它變化。在一些實施 方式中，激光功率測量裝置定位在激光窗下方(典型地位于構建室的激光進入構建室所穿 過的頂板上），但位于加熱可燒結粉末(主要通過福射)的加熱器上方，使得該裝置不阻擋輸 送到粉末的熱和/或變得過熱。通過盡可能地使激光功率測量裝置移離激光束集中的圖像 平面，激光不怎么集中，因而感測裝置能較好地經受得住激光而不會受到激光負面影響。在 一些實施方式中，激光功率測量裝置包括可移動鏡件，所述可移動鏡件從激光掃描區域之 外的位置延伸進可將激光引導至鏡件從而將激光引導至感測裝置的位置。一旦測量完，鏡 件可縮回離開激光路徑。在一些實施方式中，在施加新粉末層期間進行激光功率測量，使得 用于部件的構建時間不增加。在其它實施方式中，激光功率測量裝置是位于可移動(例如可 轉動的）臂上的傳感器，所述傳感器可選擇性地定位W使激光直接投射到所述傳感器上。
[0008] 本發明的另外的其它實施方式包括滑道裝置，W在產生少量或不產生粉塵的情況 下使粉末沉積到漉子和部件床之間。特定實施方式的滑道裝置是位于進料斗下方的剛性狹 槽，所述剛性狹槽延伸至粉末沉積的表面附近，W最小化粉末必須降落的距離，因此使產生 的粉塵量最小化。滑道裝置是可旋轉的，使得它不干設漉子的運動。滑道也定位為使得它不 阻擋激光束離開部件床。在一些實施方式中，滑道包括對待沉積的粉末預加熱的加熱器元 件。
[0009] 本發明的其它實施方式包括定位于靜止漉子位置(在激光掃描操作期間漉子停放 之處)下方或接近處的漉子加熱器，使得漉子表面可被加熱到期望溫度。漉子加熱器可替代 地包括滑道加熱器，所述滑道加熱器預加熱滑道內的粉末，并且也加熱漉子表面。漉子可旋 轉，使得漉子加熱器均勻地加熱漉子表面W防止漉子表面上出現溫度梯度，漉子表面上的 溫度梯度可導致粉末不期望地粘附到漉子的一些但非全部的表面上，運就導致粉末懸掛在 漉子后面，而運進一步造成非均勻粉末表面，上述非均勻粉末表面最終導致最終部件的粗 糖表面或其它缺陷。
[0010] 本發明的又另外的實施方式包括空氣洗涂器，所述空氣洗涂器清潔構建室內部的 空氣（主要包括氮氣）。通過洗涂器冷卻空氣，W有助于過濾器移除氣載污染物。再循環回構 建室內的洗涂器排出空氣排放進保持加熱器(其通過福射和對流加熱粉末)的加熱器支架， W(i)再加熱相對冷的再循環空氣，W及（ii)冷卻加熱器支架和加熱器，使得加熱器不過 熱。加熱器支架沿著面朝外的表面設有排放孔，使得空氣W不產生可負面影響激光燒結工 藝的顯著滿流或其它不期望氣流的方式，循環回所述室內。因此，本發明的多種實施方式對 激光燒結系統和工藝提供顯著改進，運使得部件質量提高且浪費材料減少。
【附圖說明】
[0011] 因此在概括描述了本發明后，現在將參照附圖，運些附圖不一定按比例繪出，而是 表示為例示性和非限制性的，其中： 圖1是根據本發明一個實施方式的激光燒結系統的立體圖； 圖2是圖1的激光燒結系統的側面截面圖； 圖3A是圖1的激光燒結系統的漉子、進料斗、滑道、漉子加熱器W及其它部分的放大側 面截面圖，其中滑道位于下部位置； 圖3B是圖1的激光燒結系統的漉子、進料斗、滑道、漉子加熱器W及其它部分的放大側 面截面圖，其中滑道位于上部位置； 圖4A是圖1的實施方式的進料斗和滑道的放大立體圖，其中滑道位于下部位置； 圖4B是圖1的實施方式的進料斗和滑道的放大立體圖，其中滑道位于上部位置； 圖5A是圖1的激光燒結系統的上部部分的側面截面圖，示出位于縮回位置的激光功率 測量裝置； 圖5B是圖1的激光燒結系統的上部部分的側面截面圖，示出位于延伸位置的激光功率 測量裝置； 圖6A-6C是本發明另一實施方式的激光功率測量裝置(位于延伸位置)的放大立體圖， 其中激光功率測量裝置的鏡件包括穿過激光窗（未示出）下方的密封開口突伸進構建室內 的伸縮管； 圖7A是圖1的激光燒結系統的洗涂器的放大立體圖，示出洗涂器的內部通道和過濾器、 W及位于頂部上的止回閥和位于側面上的鼓風機馬達；