用于提高添加制造的三维物品的分辨率的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于在通过连续熔合粉末床的部分来形成三维物品时提高分辨率的方法，所述方法包括以下步骤：提供真空室；提供电子枪；在所述真空室内侧的工作台上提供第一粉末层；将来自所述电子枪的电子束引导至所述工作台之上，从而使粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第一横截面；在所述工作台上提供第二粉末层；将电子束引导至所述工作台之上，从而使所述第二粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第二横截面；在提供所述第一粉末层和所述第二粉末层之间使真空室中的压力从第一压力水平降低至第二压力水平。
【专利说明】用于提高添加制造的三维物品的分辨率的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序的用于提高添加制造的三维物品的分辨率的方法。
【背景技术】
[0002]无模制造或添加制造是用于通过连续熔合施加于工作台的粉末层的选定部分来形成三维物品的方法。
[0003]这种装置可以包括:所述三维物品将在其上形成的工作台；粉末分配器，该粉末分配器被布置成将薄层粉末铺设在工作台上以用于形成粉末床；能量束，该能量束用于将能量传送至粉末，由此发生粉末熔合；用于控制由能量束对所述粉末床发出的能量以用于通过熔合所述能量床的部分形成所述三维物品的横截面的元件；以及控制计算机，在该控制计算机中存储关于三维物品的连续的横截面的信息。三维物品通过将由粉末分配器连续铺设的粉末层的连续形成的横截面连续熔合而形成。
[0004]当呈电子束形式的能量束击中粉末时，围绕电子目标区域产生电荷分布。期望地，该电荷将穿过待制造的物品的已制成部件和/或粉末床朝向地面被引导。如果电荷分布密度超过临界限值，则围绕束辐射的位置将产生具有超过预定水平的场强度的电场。具有超过预定水平的电场强度的电场将被称为Emax。电场将使粉末粒子互相排斥，使得粒子离开粒子的最上部表面层并且产生漂浮在表面之上的粒子分布。漂浮粒子类似于定位在表面之上的云。当电场具有大于Emax的场强度时，电场(即粒子云或粉末烟雾)将以消极方式影响装置的分辨率。这部分地是由于粒子云中的粒子将使电子束发散的事实。当电场具有小于Emax的场强度时，电场(即粒子云)将不以显著方式影响装置的分辨率。因此，期望小于Emax的场强度。
[0005]由于粒子带电，因此粒子将寻找地触头并且由此一些粒子可能离开云并且随后将污染定位在真空室内侧的装置的不同部件。这种临界电场的结果是粉末表面的结构将被毁坏。
[0006]WO 2008/147306中公开了一种避免粉末带电的解决问题的方案。在所述文件中，紧密靠近电子束辐射粉末材料的位置处所存在的离子的量受到控制。这是根据通过将补充气体引入真空室中来执行的一个示例性实施例，该补充气体能够在被电子束照射时产生离子。
[0007]所述解决方案的问题在于补充气体使电子束点尺寸增大并且由此以消极方式影响添加制造过程的分辨率。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供用于在添加制造过程中提高分辨率同时保持粉末材料中的电场分布使得防止自由漂浮粒子的方法和装置。
[0009]上述目的通过根据权利要求1的方法中的特征得以实现。[0010]在本发明的第一方面中，提供一种用于在通过连续熔合粉末床的部分来形成三维物品时提高分辨率的方法，所述部分与该三维物品的连续横截面相对应。所述方法包括以下步骤:提供真空室；提供电子枪；在所述真空室内侧的工作台上提供第一粉末层；将来自所述电子枪的电子束引导至所述工作台之上，从而使所述第一粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第一横截面；在所述工作台上提供第二粉末层；将电子束引导至所述工作台之上，从而使所述第二粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第二横截面，其中所述第二层粘结至所述第一层；在提供所述第一粉末层和所述第二粉末层的过程之间使真空室中的压力从第一压力水平降低至第二压力水平。
[0011]本发明的优点在于真空室中的压力水平和/或离子的量能够适于处理步骤，gp，通过在最可能发生粉末烟雾时的预加热步骤期间提供相对较高的第一压力水平并且之后使压力减小至相对较低的第二压力水平。通过这样做，预加热步骤在所存在的离子的数量足够高以便防止粉末烟雾情况下的第一压力水平下执行。由于预加热能够通过任何种类的能量束质量执行，因此能量束由于电子束与气体原子的相互作用而产生的散布将不影响最终的三维物品的质量。所述粉末的实际熔化在第二压力水平下执行，该第二压力水平明显小于所述第一压力水平，使得电子束分辨率能够尽可能高。熔合步骤期间真空室中气体原子的数量比预加热步骤期间小得多。由于粉末已烧结，因此粒子烟雾不造成问题。熔合步骤期间降低的压力水平将影响电子束的质量，即，压力水平越低，束质量越好。这随后将提高将待制造的最终三维物品的分辨率。
[0012]本发明的另一个优点在于电子束源灯丝的使用寿命能够延长，原因是添加制造过程期间的平均压力相比现有技术的状态可以减小。在示例性实施例中，相对较高的第一压力水平可以仅存在于小于每一层的总处理时间的20%期间。每一层的剩余处理时间中存在明显低于第一压力水平的第二压力水平。在示例性实施例中，所述第二压力水平可以存在于每一层的处理时间的80%以上期间。相对较高的第一压力水平可以仅存在于预加热步骤的第一部分中。明显低于所述第一压力水平的第二压力水平可以存在于完整的熔合步骤和预加热步骤的第二部分以及每一层的任何其它处理步骤期间。
[0013]在本发明的一个示例性实施例中，所述方法还包括将第一补充气体提供到真空室中的步骤，该第一补充气体能够在所述预加热期间被电子束照射时提供离子。
[0014]所述实施例的优点在于能够提供不超过抑制粉末烟雾所需的气体量。
[0015]在本发明的又一个示例性实施例中，所述第一补充气体是至少一种惰性气体，其中所述惰性气体是以下组中的一种或多种:氦、氩、二氧化碳、氮、氖、氪、氙、氡。
[0016]本发明的优点在于真空室中可以使用其它气体。通常使用具有轻原子的气体(例如氦)，原因是具有较重原子的气体使电子束过多地分散，从而造成不良分辨率。从预加热步骤到熔合步骤的压力减小使得能够使用具有较重原子的气体同时保持电子束的分辨率。相比氦具有较重原子的氩是用于防止粉末烟雾的更好的气体。由于预加热期间束的质量并不重要，因此氩或者二氧化碳、氮、氖、氪、氙、氡中的任何一种或组合都可以用于在预加热期间防止粉末烟雾。如果熔合期间的压力充分减小，则电子束质量将不会像如果压力在预加热和熔合期间相同的情况下那样降级。
[0017]在本发明的再一个示例性实施例中，所述方法还包括将第二补充气体提供到真空室中的步骤，该第二补充气体至少在已暴露于电子束时能够与工作台上的粉末层发生化学和/或物理反应。
[0018]由于真空室中的压力已在熔合步骤期间减小至大约10_5mbar或更低，因此第二补充气体可以在熔合步骤期间被提供到室中。所述第二补充气体可以影响最终物品的特性，例如增大其强度、延展性或者任何其它的机械性能。
[0019]在本发明的再一个示例性实施例中，所述第二补充气体是选自以下组中的一种或多种:氢、重氢、烃、气态有机化合物、氨、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和/或一氧
化二氮。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下文将参照附图以非限制性方式对本发明进行进一步的描述。采用相同的附图标记遍及附图中的若干图表示相应的相似部件:
[0021]图1示出了可以如何实施根据本发明的方法的第一示例性实施例；
[0022]图2以示意图示出了用于制造三维产品的装置的示例性实施例，在该装置中，能够应用本发明的第一实施例和第二实施例；
[0023]图3示出了根据本发明的第一示例性实施例的压力对时间的曲线图；
[0024]图4以示意图示出了具有带电粒子云的粉状材料的表面的例子；
[0025]图5示出了可以如何实施根据本发明的方法的第二示例性实施例；以及
[0026]图6示出了根据本发明的第二示例性实施例的压力对时间的曲线图。
【具体实施方式】
[0027]为了有利于理解本发明，下文定义了多个术语。本文中所定义的术语具有与本发明相关领域内的普通技术人员通常所理解的意义。不期望例如“一”、“一个”和“该”的术语仅表示单数个体，而是包括其特定例子可以用于说明的大体类别。本文中的术语用于描述本发明的特定实施例，但是除了权利要求中概述的以外，其用途不对本发明构成限制。
[0028]如本文中所使用的术语“三维结构”等大体表示旨在用于特定目的的期望或实际制造的三维构造(例如结构材料或多种结构材料的构造)。例如，可以在三维CAD系统的辅助下设计这种结构等。
[0029]如本文中在各个实施例中所使用的术语“电子束”表示任何带电粒子束。带电粒子束的源能够包括电子枪、直线加速器等。
[0030]图2示出了无模制造或添加制造装置21的实施例，其中可以实施根据本发明的创造性方法。
[0031]所述装置21包括电子束枪6 ;偏转线圈7 ;两个粉末加料斗4、14 ;建造平台2 ;建造箱10 ;粉末分配器28 ;粉末床5 ；以及真空室20。
[0032]真空室20能够通过真空系统来保持真空环境，该系统可以包括涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵以及一个或多个阀，它们是本领域技术人员众所周知的并且因此不必在本文中进一步解释。该真空系统由控制单元8控制。
[0033]电子束枪6产生电子束，该电子束用于将被提供到建造平台2上的粉末材料熔化或熔合在一起。电子束枪6的至少一部分可以设置在真空室20中。控制单元8可以用于控制和管理从电子束枪6发出的电子束。至少一个聚焦线圈(未示出)、至少一个偏转线圈7、可选的用于像散校正的线圈(未示出)以及电子束电源(未示出)可以电气连接至所述控制单元8。在本发明的示例性实施例中，所述电子束枪6产生具有大约15-60kV的加速电压并且具有处于3-lOKw范围内的束功率的可聚焦电子束。当通过由能量束层层地熔合粉末来建造三维物品时，真空室中的压力可以为10_3mbar或更低。
[0034]粉末加料斗4、14包括将被提供到建造箱10中的建造平台2上的粉末材料。粉末材料例如可以是纯金属或者金属合金，例如钛、钛合金、招、招合金、不锈钢、Co-Cr合金、镍
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[0035]粉末分配器28被布置成将薄层粉末材料铺设在建造平台2上。在工作周期期间，建造平台2将相对于真空室中的固定点连续下降。为了使该移动成为可能，建造平台2在本发明的一个实施例中被布置成能够沿竖直方向(即，沿由箭头P表示的方向)移动。这意味着建造平台2起始于初始位置，在该起始位置处，具有所需厚度的第一粉末材料层已被铺设。用于降低建造平台2的方法例如可以是通过装配有齿轮、调节螺杆等的伺服引擎。
[0036]电子束可以被引导至所述建造平台2之上，从而使所述第一粉末层在选定位置处熔合，以形成所述三维物品的第一横截面。束根据由控制单元8给出的指令被引导至所述建造平台2之上。在控制单元8中，存储有用于如何控制三维物品的每一层的电子束的指令。
[0037]在第一层完成(即用于制造三维物品的第一层的粉末材料熔合)之后，第二粉末层被提供到所述建造平台2上。第二粉末层优选地根据与在先层相同的方式分配。然而，相同的添加制造机中可能具有用于将粉末分配到工作台上的可替代方法。例如，可以通过第一粉末分配器28来提供第一层，可以通过另一个粉末分配器来提供第二层。粉末分配器的设计根据来自控制单元8的指令自动改变。粉末分配器28呈单个耙系统(即，一个耙捕捉从左粉末加料斗4和右粉末加料斗14 二者落下的粉末)的形式，这样的耙的设计能够改变。
[0038]在已将第二粉末层分配在建造平台上之后，能量束被引导至所述工作台之上，从而使所述第二粉末层在选定位置处熔合，以形成所述三维物品的第二横截面。第二层中的熔合部分可以粘结至所述第一层的熔合部分。第一层和第二层中的熔合部分可以通过不仅熔化最上层中的粉末还重新熔化位于所述最上层正下方的层的一部分厚度来熔化在一起。
[0039]在使用电子束的情况下，需要考虑随着电子击中粉末床5在粉末中产生的电荷分布。本发明至少部分地基于电荷分布密度根据以下参数而实现:束流、电子速度(由加速电压给出)、束扫描速度、粉末材料和粉末的电导率(即主要是粉末颗粒之间的电导率)。该粉末的电导率随后是若干参数的函数，例如温度、烧结程度和粉末颗粒尺寸/尺寸分布。
[0040]因此，对于给定粉末(即，具有某种颗粒尺寸分布的某种材料的粉末)以及给定的加速电压而言，通过改变束流(并且因此改变束功率)和束扫描速度，能够影响电荷分布。
[0041]通过以受控方式改变这些参数，粉末的电导率能够通过升高粉末的温度而逐渐增大。具有高温的粉末获得明显更高的电导率，从而造成较低的电荷分布密度，原因是电荷能够快速扩散到大区域之上。如果粉末被允许在预加热过程期间略微烧结，则能够增强该作用。当电导率已变得足够高时，粉末能够通过预定值的束流和束扫描速度熔合在一起，即熔化或完全烧结。
[0042]用于描述在任意扫描过程中产生于粉末中的电荷密度的通用函数将是相当复杂的时间和束位置的函数，原因是沿一个扫描路径产生的电荷密度将受到沿另一个扫描路径产生的电荷密度的影响(如果这些路径在空间和时间上没有非常好地分开的话)。因此，必须考虑到不同路径之间的电荷求和作用。
[0043]图4示出了具有带电粒子云41的粉状材料的粉末床5的上层5’。该云聚集在电子束42辐射粉状材料的位置周围。通过较高的电场，围绕辐射点将出现较大的云。因此，被引入真空室中或者在真空室中产生的离子的数量应当高于预定水平，以便中和粉末表面中足够的电荷。该预定水平应当被选择成使得其将电场强度保持在Emax以下。在这样做的过程中，足够的粉状材料被中和并且防止粉末上升。
[0044]图1示出了可以如何实施根据本发明的方法的第一示例性实施例。图1示出了呈气瓶25形式的气压源。气瓶25能够通过管27和阀23连接至添加制造装置21。在该实施例中，阀由控制单元8控制。当阀打开时，来自气体源25的气体将通过进口 22被提供到添加制造装置21中。阀可以被设定在完全打开与完全关闭之间的任何位置处，即，可以通过阀23来调节气流。在备选实施例中，压力和流动调节器可以被直接设置在气体源25上，从而使阀23的唯一功能是用于气体进入添加制造装置21中的打开和关闭装置。
[0045]图3示出了根据本发明的图1的第一示例性实施例的压力对时间的曲线图。在图3中，分别由31、32、33和34表示的四个不同的处理步骤被标记在压力图之上。粉末分配在图3中是由31表示的第一处理步骤。在粉末分配31 (即，在建造平台2 (清洁的建造平台或者设置有一个或若干个熔合材料的横截面的建造平台)上提供粉末)期间，添加制造装置21内侧的压力可以从粉末分配起始时的初始压力水平Pl上升至粉末分配结束时的第一压力水平P2。
[0046]下一个处理步骤是预加热步骤32。在预加热期间，被提供到建造平台2上的粉末将在熔合步骤33之前具有合适的温度。通过以适当方式在粉末床之上扫描电子束来执行该预加热步骤，以用于加热粉末床而不产生粉末烟雾。这是通过在两个顺序扫描线之间留下足够的空间来执行的，因此第一扫描线中电荷的求和并不影响在第二扫描线中提供的电荷。在预加热期间，添加制造装置21中的压力处于第一压力水平P2，该第一压力水平P2足够高，以用于抑制或消除粉末烟雾。第一压力水平P2可以为大约10_3mbar。压力水平在整个预加热过程中可以处于恒定的高水平。备选地，压力水平在所述预加热期间改变但是总是足够高以便抑制粉末烟雾。在图3中，压力在预加热的第一部分中处于高水平——第一压力水平P2。在预加热的第二部分中，压力以恒定速率减小至第二压力水平P3，其中第二压力水平P3比第一压力水平P2和初始压力水平Pl低。粉末烟雾最可能出现在完全没有粉末烧结的预加热开始时。粉末烧结越多，产生粉末烟雾的可能性越小。因此，在预加热步骤期间能够在图3中所示的一些时间之后开始使压力减小。
[0047]在熔合步骤33期间，添加制造装置21中的压力可以保持尽可能低，并且在图3中，压力保持在第二压力水平P3下，该第二压力水平P3可以为大约IO-5Hibar或更低。
[0048]在该创造性方法中，在提供所述第一粉末层和所述第二粉末层的步骤之间，提供所述添加制造装置的真空室中的压力从第一压力水平(此处由所述第一压力水平P2表示)下降至第二压力水平(此处由P3表示)。
[0049]可以至少部分地通过所述第一压力水平P2来执行粉末床的预加热，所述第一压力水平P2高于所述第二压力水平P3。所述粉末床可以至少部分地通过所述第二压力水平P3在所述选定位置处熔合。
[0050]当熔合步骤完成时，粉末和熔合粉末可能需要一些加热，以便处于预定的温度间隔内。该加热步骤在图3中由34表示。预加热温度与材料相关，这意味着不同的材料需要不同的预加热温度间隔。选定的用于所述预加热的温度可能影响最终的三维物品的内部应力和疲劳性能。当加热完成或者当不需要加热时，该过程通过提供下一个粉末层而重新开始。添加制造装置中的压力可以在加热步骤期间已开始增大，以便能够在预加热步骤32期间达到所需压力。
[0051]图5示出了可以如何实施根据本发明的方法的第二示例性实施例。图5示出了呈气瓶52形式的气压源、第二阀54和贮存器56。该贮存器56能够通过管27和阀23连接至添加制造装置21。在该实施例中，阀23和第二阀54由控制单元8控制。阀23和54可以是开关阀。
[0052]当第二阀54打开时，所述阀23关闭。通过第二阀54打开并且阀23关闭，来自气体源52的气体将被提供到贮存器56中。假设贮存器56的体积恒定，则压力和所述第二阀打开的时间将确定被提供给贮存器的气体量。在示例性实施例中，所述阀54打开的所述时间可以为I秒。
[0053]当第二阀54关闭时，所述阀23可以打开，以便使气体从贮存器进入添加制造装置21中。在示例性实施例中，所述阀23打开的所述时间可以为I秒。
[0054]图3中的实施例通过打开和关闭所述阀23以及第二阀54来操作。阀23、54 二者可以同时关闭。当一个阀23、54打开时，另一个阀23、54关闭。阀23、54 二者不可以同时打开，在该情况下，阀中的至少一个阀需要以阀在图1中所受的控制方式而受到控制，这意味着第二阀54和贮存器56将是不必要的。
[0055]图6示出了根据本发明的第二示例性实施例的压力对时间的曲线图。在图6中，分别由61、62、63和64表示的四个不同的处理步骤被标记在压力图之上。粉末分配在图3中是由61表示的第一处理步骤。在粉末分配61 (即在建造平台2 (清洁的建造平台或者设置有一个或若干个熔合材料的横截面的建造平台)上提供粉末)期间，添加制造装置21内侧的压力可以处于第二压力水平Pl下。
[0056]下一个处理步骤是预加热步骤62。在预加热期间，被提供到建造平台2上的粉末将在熔合步骤63之前具有合适的温度。通过以适当方式在粉末床之上扫描电子束来执行该预加热步骤，以用于如结合图3所描述的加热粉末床而不产生粉末烟雾。在预加热期间，添加制造装置21中的压力最初处于第一压力水平P2，该第一压力水平P2足够高，以用于抑制粉末烟雾。第一压力水平P2可以为大约10_2-10_3mbar。被提供到贮存器中的气体进入真空室并且真空室中的压力由所述压力对时间的曲线图中的竖直线表示地相对较快地增大至第一压力水平P2。随着真空泵从真空室连续抽出容纳物，压力将以取决于所述泵的效率的速率下降，该速率由从所述第一压力水平P2至所述第二压力水平Pl的斜线表示。
[0057]由于粉末烟雾最可能出现在完全没有粉末烧结时的预加热开始时，因此气压的所述下降将不影响对粉末烟雾的抑制。
[0058]在熔合步骤63期间，添加制造装置21中的压力可以保持尽可能低，并且在图3中，该压力保持在第二压力水平Pl下，该第二压力水平Pl可以为大约IO-5Hibar或更低。
[0059]在备选实施例中，第一压力水平P2可以为大约KT2Hibar并且第二压力水平Pl可以为10_3mbar或更低。在另一个示例性实施例中，第一压力水平P2可以为2X10_3mbar，并且第二压力水平Pl可以为10_4mbar。在又一个示例性实施例中，所述第一压力水平P2可以为2X 10_2mbar并且所述第二压力水平Pl可以为2X 10_5mbar。第一压力水平P2可以保持在相对较高的压力下，以便保证对在假定电子束功率相同的情况下与材料非常相关的粉末烟雾的安全抑制。第二压力水平Pl可以保持在相对较低的压力下，以便保持电子束质量尽可能好，即，由于在从电子束灯丝到粉末床的路径期间原子的相互作用而造成尽可能少的模糊。
[0060]在该创造性方法中，在提供所述第一粉末层与所述第二粉末层的步骤之间提供所述添加制造装置的真空室中的压力从第一压力水平(此处在图6中由所述第一压力水平P2表示)降低至第二压力水平(此处由Pl表示)。
[0061]如在图6中，粉末床的预加热可以至少部分地通过将压力水平从高压(第一压力水平P2)降低至低压水平(可以是第二压力水平Pl)来执行。所述粉末床可以至少部分地通过所述第二压力水平Pl在所述选定位置处熔合。
[0062]当熔合步骤63完成时，粉末和熔合粉末可能需要一些加热，以便处于预定温度间隔内。该加热步骤在图6中由64表示。在图6中所示的实施例中，所述加热步骤可以至少部分地在所述第二压力水平Pl下执行。在所述可选的加热步骤之后，它可以重新开始，即，下一层粉末被施加于在先粉末层的顶部上，并且之后预加热、熔合和加热。这意味着真空室中的压力在提供将熔合的第一层粉末材料和第二层粉末材料之间从第一值减小至第二值。真空室中的压力根据处理步骤增大和减小。预加热在比熔合步骤中更高的压力下执行。在熔合完成之后，真空室中的压力再次增大，以便在预加热下一层期间抑制粒子烟雾。
[0063]被提供到真空室中的第一补充气体能够在所述预加热期间被电子束照射时提供离子。所述第一补充气体可以是至少一种惰性气体。所述惰性气体是以下组中的一种或多种:氦、気、二氧化碳、氮、氖、氪、氣、氡。
[0064]所述第一压力水平P2可以为大约10_3mbar。第一压力水平可以根据选定的第一补充气体的类型而改变，在上文给出的补充气体中选定的较轻的原子可能需要比较重的原子略微高的压力。
[0065]第二补充气体可以被提供到所述添加制造装置21的真空室中。所述第二补充气体能够至少在已暴露于电子束时与工作台上的粉末层发生化学和/或物理反应。
[0066]第一补充气体和第二补充气体可以同时存在于真空室中。
[0067]第二补充气体可以在熔合步骤期间被提供给所述添加制造装置21的真空室。第二补充气体可以在预加热步骤的结尾处进入真空室中，以便保证第二补充气体的量在整个熔合步骤期间恒定并且充足。这将保证所有的粉末层都将通过相同量的第二补充气体熔化，从而随后将保证待制造的三维物品完全相同的材料性能。
[0068]第二补充气体可以是选自以下组中的一种或多种气体:氢、重氢、烃、气态有机化合物、氨、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和/或一氧化二氮。
[0069]第二压力水平P1、P3可以为大约10_5mbar。较重的气体原子可能需要比较轻的原子略微低的压力。由于以下的事实而这必须做出，即:较重的原子可能比轻气体原子更多地使电子束分散并且因此与较轻的气体原子相比，需要较少的较重的原子以便实现电子束的相同分辨率。[0070]被提供到工作台上的粉末可以由金属制成。
[0071]预加热期间的平均压力水平可能比选定位置处的熔合期间的平均压力水平高。所述至少第一补充气体具有较高压力水平的原因是降低或消除粉末烟雾的可能性。真空室中需要特定数量的离子，以便中和或减少在击中所述粉末时由离子束产生的粉末中的电荷量。为此原因，必须通过如上文所公开的通入所述第一补充气体或者通过向所述真空室提供离子发生器来使真空室中具有特定气压，所述离子在所述预加热步骤期间通入真空室。
[0072]对于一个或多个粉末层而言，粉末层N的预加热可以在第一压力水平下执行并且粉末层N的熔合可以在第二压力水平下执行，其中所述第一压力水平可以高于所述第二压力水平，其中N可以为≥I的任何整数。
[0073]在熔合期间，期望将真空室中气体的压力水平保持在最小值，原因是气体原子可能或多或少地影响电子束的分辨率。根据真空室中存在的离子类型，由于如上文所解释的原因，用于保持相同的电子束分辨率所允许的压力可能存在一些差异。
[0074]在本发明的另一个方面中，提供一种用于通过连续熔合粉末床的部分而形成三维物品的装置，所述部分与该三维物品的连续横截面相对应。所述装置包括:真空室；电子枪；粉末分配器，该粉末分配器用于在所述真空室内侧的工作台上提供第一粉末层；控制单元，该控制单元用于控制所述工作台之上的电子束路径，从而使所述第一粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第一横截面，其中所述控制单元被构造成使真空室中的压力从第一压力水平(在预加热粉末层的至少一部分期间使用)降低至第二压力水平(在熔合粉末层的至少一部分期间使用)。
[0075]可以通过被布置在电子束枪中的一个或多个偏转线圈来控制电子束路径是本领域技术人员众所周知的。控制单元可以根据将在所述粉末层上被熔合的图案(选定位置)来控制偏转线圈(多个偏转线圈)。
[0076]预加热可以用于将粉末层加热至预定温度并且预加热期间真空室中的压力可能比发生粉末熔合时高。控制单元可以控制真空泵(多个真空泵)以及一个或多个供气阀。补充气体可以在预加热期间进入真空室。所述补充气体例如可以是能够在所述预加热期间被电子束照射时提供离子的气体。所述补充气体可以是氦、氩、二氧化碳、氮、氖、氪、氙、氡。
[0077]控制单元可以使真空室中的压力从预加热期间的所述第一压力水平变为熔合期间的第二压力水平。第二压力水平具有比第一压力水平低的压力。熔合可以在电子束被真空室中存在的分子尽可能小地干扰的情况下发生。对于一个或多个粉末层而言，预加热粉末层N可以在第一压力水平下执行并且熔合粉末层N可以在第二压力水平下执行，其中所述第一压力水平可以高于所述第二压力水平，其中N可以为≥ I的任何整数。
[0078]本发明不限于上文所描述的实施例并且多种改型在所附权利要求的范围内是可能的。例如，这种改型可能涉及使用与所例举的电子束不同的能量束的源，例如激光束。可以使用与金属粉末不同的其它材料，例如聚合物粉末或陶瓷粉末。
【权利要求】
1.一种用于在通过连续熔合粉末床的部分来形成三维物品时提高分辨率的方法，所述部分与所述三维物品的连续横截面相对应，所述方法包括以下步骤: a.提供真空室， b.提供电子枪， c.在所述真空室内侧的工作台上提供第一粉末层， d.将来自所述电子枪的电子束引导至所述工作台之上，从而使所述第一粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第一横截面， e.在所述工作台上提供第二粉末层， f.将电子束引导至所述工作台之上，从而使所述第二粉末层在选定位置处熔合以形成所述三维物品的第二横截面，其中第二层粘结至第一层，其特征在于，所述方法还包括以下步骤: g.在提供所述第一粉末层和所述第二粉末层之间使所述真空室中的压力从第一压力水平降低至第二压力水平。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括至少部分地在所述第一压力水平下预加热所述粉末床的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粉末床至少部分地在所述第二压力水平下在所述选定位置处熔合 。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法还包括将第一补充气体提供到所述真空室中的步骤，所述第一补充气体能够在所述预加热期间被电子束照射时提供离子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一补充气体是至少一种惰性气体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述惰性气体是以下组中的一种或多种:氦、氩、二氧化碳、氮、氖、氪、氙、氡。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述第一压力水平为大约IO-3Hibar。
8.根据权利要求1至7所述的方法，所述方法还包括将第二补充气体提供到所述真空室中的步骤，所述第二补充气体至少在已暴露于电子束时能够与所述工作台上的粉末层发生化学和/或物理反应。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二补充气体是选自以下组中的一种或多种:氢、重氢、烃、气态有机化合物、氨、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物和/或以一氧化二氮。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述第二压力水平为大约IO-5Hibar或更低。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中被提供到所述工作台上的粉末由金属制成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中预加热期间的平均压力水平高于所述选定位置的熔合期间的平均压力水平。
13.根据球8至12中任一项所述的方法，其中在所述选定位置的熔合期间提供所述第二补充气体。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中所述第二补充气体在所述真空室中的压力水平低于预定水平时被插入。
15.一种根据权 利要求1至14中任一项制造的三维物品。
【文档编号】B22F3/105GK103998209SQ201280062620
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】U·阿科理德 申请人:阿尔卡姆公司