完全或部分地由三維網格構成的部件的增材制造方法與流程

1.本發明涉及完全或部分地由三維網格構成的部件的增材制造。
2.更具體地，本發明涉及通過完全或部分地由三維網格構成的部件的粉末床沉積而進行的增材制造，并且本發明的目標為減少制造這種部件的三維網格的時間。


背景技術：

3.專利申請fr 3059577涉及一種制造模制元件的方法，所述模制元件包括結合在其中的冷卻系統和基底表面。所述方法包括沉積粉末以通過激光熔融將粉末粘附到基底表面來形成至少一個層的步驟，所述沉積以隨機蜂窩狀結構進行，并且所述至少一個層具有隨機布置的通道，所述通道形成冷卻系統的一部分。
4.換言之，申請fr 3059577涉及完全或部分地由至少一種具有隨機排列的三維網格構成的部件的增材制造方法。
5.根據申請fr 3059577，與先前裝配這種模制元件的冷卻通道相比，具有隨機排列的三維網格促進了模制元件的冷卻。
6.然而，申請fr 3059577中描述的具有隨機排列的三維網格不能提供最佳的制造成本。
7.具體地，如從所述申請fr 3059577的圖3可以推斷，在對應于用于制造模制元件的不同粉末層的不同水平平面中，三維網格的水平截面(即粉末例如通過激光束熔融而固結的區域)由多個具有一定間距并彼此隔離的隨機形狀構成。
8.因此，對于每一個粉末層，為了產生三維網格，激光束必須沿著大量的小制造矢徑從待固結的一種隨機形式至另一種隨機形式以多次跳躍行進。
9.乘以增材制造模制元件所需的大量的粉末層數(約1250層，50毫米高)以給出規模概念，大量的小制造矢徑和大量的跳躍顯著增加了時間，因此顯著增加了與制造模制元件相關的成本。
10.應注意，在具有非隨機排列的三維網格(例如八面體類型)的增材制造的過程中發現了相同的缺點。


技術實現要素：

11.本發明的目的為減少使用涉及粉末床沉積的增材制造方法制造包括三維網格的部件的時間，并因此降低其成本。
12.為此，本發明的主題為一種制造完全或部分地由至少一種三維網格構成的部件的方法，通過連續沉積不同的增材制造粉末層并沿著包括不同制造矢徑的路徑選擇性地固結所述粉末層而進行的增材制造來產生該三維網格，所述三維網格包括至少兩個具有平行線股的層，所述平行線股彼此間隔開，一個層的線股在與另一個層的線股延伸的縱向方向不同的縱向方向上延伸。
13.根據本發明，將每個線股僅通過在所述線股延伸的縱向方向上延伸的多個制造矢
徑進行固結。
14.通過呈具有水平并平行的線股的層的堆疊形式的三維網格與以僅沿這些線股的長度延伸的制造矢徑對所述線股進行的增材制造的組合，根據本發明的方法能夠使得制造矢徑的長度最大化并減少制造矢徑之間的跳躍次數，從而能夠減少制造部件的時間和成本。
15.有利地但不是必須地，根據本發明的方法還可以如下設置：
[0016]-將每個線股通過在同一粉末層中延伸的多個制造矢徑并通過在多個疊置的粉末層中延伸的多個制造矢徑進行固結，
[0017]-粉末層中線股的制造矢徑相對于前一粉末層和/或后一粉末層中同一線股的制造矢徑在與粉末分層方向垂直并與線股的縱向制造方向垂直的橫向方向上偏移，
[0018]-粉末層中線股的制造矢徑相對于前一粉末層和/或后一粉末層中同一線股的制造矢徑以交錯的方式布置在由粉末分層方向和橫向方向限定的橫向平面中，
[0019]-第一層的線股在粉末分層方向上與在該第一層之前或之后的第二層的線股相交，
[0020]-每個線股具有圓形平均輪廓的截面，
[0021]-三維網格包括連續的兩組層，所述連續的兩組層在粉末分層方向上間隔開，并通過在粉末分層方向上延伸的分支連接，
[0022]-在三維網格包括至少兩個連續的具有彼此間隔開的平行線股的層的情況下，第一層的線股在相對于第二層的線股延伸的縱向方向以10
°
至170
°
傾斜的縱向方向上延伸，
[0023]-在三維網格包括至少兩個連續的具有彼此間隔開的平行線股的層的情況下，第一層的線股在與第二層的線股延伸的縱向方向垂直的縱向方向上延伸，
[0024]-三維網格包括至少三個連續的具有平行線股的層，所述平行線股彼此間隔開，每個層的線股在與其它層的線股延伸的縱向方向不同的縱向方向上延伸。
附圖說明
[0025]
通過以下描述，本發明的其它特征和優點將變得顯而易見。通過以非限制性實施例的方式給出的該描述參考附圖，其中：
[0026]-圖1示意性地顯示了可以使用根據本發明的方法制造的三維網格的線股的第一種布置，
[0027]-圖2示意性地示出了使用根據本發明的方法制造的三維網格的線股的制造矢徑，
[0028]-圖3示出了可以使用根據本發明的方法制造的三維網格的第一變體形式，
[0029]-圖4示出了可以使用根據本發明的方法制造的三維網格的第二變體形式，以及
[0030]-圖5示出了可以使用根據本發明的方法制造的三維網格的線股的第二種布置。
具體實施方式
[0031]
本發明涉及完全或部分地由三維網格構成的部件的增材制造。例如，三維網格用于使得部件更輕，或者向部件添加具有目標壓降的過濾結構。
[0032]
更具體地，本發明涉及通過粉末床沉積來對這種部件進行增材制造。
[0033]
通過粉末床沉積進行的增材制造是這樣的增材制造方法，其中通過選擇性地固結
彼此疊置的不同增材制造粉末層來制造一個或多個部件。將第一粉末層沉積在載體(例如板材)上，然后通過例如以下方式對其進行選擇性固結：使用至少一個固結源沿著待制造的部件的第一水平截面進行完全或部分的熔融。然后，將第二粉末層沉積在剛經固結的第一粉末層上，進而對該第二粉末層進行選擇性固結，以此類推，直至到達用于制造待制部件的最后一個水平截面的最后一個粉末層。
[0034]
固結源可以為激光束、電子束、多個這些束的組合、或者粘合劑注射頭。
[0035]
在根據本發明的增材制造方法的情況中，通過連續沉積不同的增材制造粉末層并沿著包括不同制造矢徑的至少一個路徑選擇性地固結所述粉末層而進行的增材制造來產生三維網格。
[0036]
當使用激光束或電子束通過熔融進行選擇性固結時，粉末層的固結路徑為激光束或電子束的束斑在粉末層上所沿的路徑。
[0037]
制造矢徑為粉末層固結路徑的直線段。
[0038]
更具體地，如圖1所示，根據本發明的三維網格10包括至少兩個層s1、s2或者彼此間隔開的平行線股12。一個層s1的線股12在與另一個層s2的線股延伸的縱向方向dl2不同的縱向方向dl1上延伸。
[0039]
例如，在三維網格包括至少兩個連續的具有彼此間隔開的平行線股12的層s1、s2的情況下，第一層s1的線股在相對于第二層s2的線股延伸的縱向方向dl2以10
°
至170
°
傾斜的縱向方向dl1上延伸。
[0040]
例如，在三維網格包括至少兩個連續的具有彼此間隔開的平行線股12的層s1、s2的情況下，第一層s1的線股在與第二層s2的線股延伸的縱向方向dl2垂直的縱向方向dl1上延伸。
[0041]
如圖2示意性地所示，根據本發明的制造方法如下設置：將每個線股12僅通過在所述線股延伸的縱向方向dl1、dl2上延伸的多個制造矢徑v進行固結。
[0042]
在圖2中，制造矢徑v由通過激光束、電子束、多個這些束的組合、或者粘合劑注射頭進行固結的粉末線16表示。示意性地，這些線16采取平行六面體的形式，其在粉末分層方向dmc上具有高度h16，在與粉末分層方向dmc垂直并與線股的縱向制造方向dl1、dl2垂直的橫向方向dt上具有寬度w16。
[0043]
粉末分層方向dmc和與粉末分層方向dmc垂直并與線股的縱向制造方向dl1、dl2垂直的橫向方向dt限定了橫向平面pt。
[0044]
如圖2所示的線股12在橫向平面pt中的端部所示，由在粉末分層方向dmc上疊置的多個粉末層c1、c2、c3、c4、c5制得線股12。
[0045]
更具體地，將每個線股12通過在同一粉末層c1中延伸的多個制造矢徑v
11
、v
12
、v
13
、v
14
、v
15
并通過在多個疊置的粉末層c1、c2、c3、c4、c5中延伸的多個制造矢徑v
11
、v
21
、v
31
、v
41
、v
51
進行固結。例如，每個線股12具有這樣的截面，其具有圓形平均輪廓cm。
[0046]
為了提高線股12的機械完整性，粉末層c1中線股的制造矢徑v
11
、v
12
、v
13
、v
14
、v
15
優選地相對于前一粉末層c2和/或后一粉末層中同一線股的制造矢徑v
21
、v
22
、v
23
、v
24
、v
25
、v
26
、v
27
、v
28
在橫向方向dt上偏移。
[0047]
如圖2所示，粉末層c1中線股的制造矢徑v
11
、v
12
、v
13
、v
14
、v
15
可以相對于前一粉末層c2和/或后一粉末層中同一線股的制造矢徑v
21
、v
22
、v
23
、v
24
、v
25
、v
26
、v
27
、v
28
沿著制造矢徑
v的半寬度(即對應于制造矢徑的粉末線的寬度w16的一半)在橫向方向dt上偏移。
[0048]
因此，在橫向平面pt中，粉末層中線股的制造矢徑v
11
、v
12
、v
13
、v
14
、v
15
可以相對于前一粉末層和/或后一粉末層中同一線股的制造矢徑v
21
、v
22
、v
23
、v
24
、v
25
、v
26
、v
27
、v
28
以交錯的方式布置在橫向平面pt中，只要其不是用于制造該線股的最后一個粉末層。
[0049]
為了減少制造三維網格的時間，同一粉末層中線股的相鄰制造矢徑v
11
、v
12
在所述線股的縱向制造方向上沿著相反的方向o1、o2行進。換言之，在用于制造線股12的每個粉末層中，使用往返策略制造線股12，而不產生邊線。
[0050]
根據剛剛描述的制造規則，根據本發明的方法與其它現有技術制造方法相比能夠以節約25％的時間來制造三維網格。
[0051]
為了加強三維網格，如圖3示意性地所示，第一層s2的線股12可以在粉末分層方向dmc上與在該第一層之前或之后的第二層s1、s3的線股相交。
[0052]
對于三維網格的某些用途，將兩個連續層的線股間隔開可能是有用的。為此，如圖4所示，三維網格10可以包括兩組連續層s1、s2、s3和s4、s5，這兩組在粉末分層方向dmc上并因此在三維網格10的高度中具有一定間距，并且它們通過在粉末分層方向dmc上延伸的分支b1、b2連接。更具體地，分支b1、b2在方向db1、db2上延伸，所述方向db1、db2垂直于兩組間隔層的線股的縱向制造方向dl1、dl2或者相對于兩組間隔層的線股的縱向制造方向dl1、dl2傾斜。
[0053]
供替選地或者與包括垂直線股的層的三維網格組合，三維網格10還可以包括至少三個連續的具有平行線股的層s1、s2、s3，所述平行線股彼此間隔開，每個層的線股在與其它層的線股延伸的縱向方向dl1、dl2、dl3不同的縱向方向dl1、dl2、dl3上延伸。在圖5所述的實施例中，三個線股層s1、s2、s3疊置，并且一個層的線股的縱向制造方向相對于兩個其它層的線股的縱向制造方向以120
°
傾斜。