用于大部件的增材制造设备和方法
技术领域
本发明大体上涉及一种增材制造设备，并且更具体地涉及一种用于大部件的设备。
背景技术
“增材制造”是本文所使用的描述涉及逐层构造或增材制造的过程(与常规机械加工过程的材料去除相反)的术语。这种过程也可以被称为“快速制造过程”。增材制造过程包括但不限于：直接金属激光熔化(DMLM)、激光净成形制造(LNSM)、电子束烧结、选择性激光烧结(SLS)、3D打印(例如通过喷墨和激光喷射)、立体光刻(SLA)、电子束熔化(EBM)、激光工程化净成形(LENS)和直接金属沉积(DMD)。
目前，粉末床技术已经证明了现有技术的金属增材制造技术的最佳分辨率能力。然而，由于构建需要在粉末床中进行，因此常规机器使用大量粉末，例如粉末负荷可以超过130kg(300lbs)。当考虑使用许多机器的工厂环境时，这是昂贵的。不是直接被熔化到零件中而是存储在相邻粉末床中的粉末存在问题，因为它增加了升降系统的重量，使密封和腔室压力问题复杂化，对零件构建结束时的零件取回是有害的，并且在当前被考虑用于大部件的大型床系统中变得难以管理。分配的注入的粉末也可能被机器和过程的副产物污染，从而无法直接重复使用。
此外，粉末床技术中使用的常规机器的其它问题包括但不限于：对重涂覆机和激光系统的串联操作的要求，需要一个关闭而另一个操作，降低生产率和使用必须用于覆盖整个大型粉末床的大型气体覆盖物，导致与气体动力学相关的设计问题。
因此，仍然需要一种能够以提高的生产率生产大零件的增材制造设备和方法。
发明内容
本公开的各种实施例包括用于大部件的增材制造设备和方法。根据一个示例性实施例，公开了一种增材制造设备。该设备包括：第一和第二间隔开的侧壁，该第一和第二间隔开的侧壁在其间限定构建室；构建平台，该构建平台被限定在第一和第二间隔开的侧壁内；以及一个或多个构建单元，该一个或多个构建单元安装成沿着预限定路径运动。该第一和第二间隔开的侧壁构造成绕z轴沿着预限定路径旋转角度θ。该构建平台被限定在第一和第二间隔开的侧壁内并且构造成绕z轴旋转角度θ并且能够沿着z轴竖直地运动。
根据另一示例性实施例，公开了一种增材制造设备，其包括外部粉末容纳壁，该外部粉末容纳壁在其中限定构建室；构建平台，该构建平台被限定在构建室内；以及一个或多个构建单元，该一个或多个构建单元安装成沿着预限定路径运动。外部粉末容纳壁构造成绕z轴沿着预限定路径旋转角度θ。构建平台构造成绕z轴旋转角度θ并且能够沿着z轴竖直地运动。一个或多个构建单元共同包括：粉末分配器，该粉末分配器位于构建室上方；施加器，该施加器构造成整平分配到构建室中的粉末；以及定向能量源，该定向能量源构造成熔融被整平的粉末。粉末分配器、施加器和定向能量源构造成用于连续操作。
根据又一示例性实施例，公开了一种增材制造方法，包括将一个或多个构建单元定位在由第一和第二间隔开的侧壁限定的构建室上方。该第一和第二间隔开的侧壁构造成绕z轴沿着预限定路径旋转角度θ。该方法进一步包括使一个或多个构建单元相对于构建室沿着预限定路径运动；使用一个或多个构建单元将粉末连续地沉积到包含在构建室中的构建平台上并且在其上形成粉末的层增量；使用一个或多个构建单元来引导来自定向能量源的射束以连续地熔融粉末；使构建平台、第一和第二间隔开的壁以及一个或多个构建单元中的至少一个以层增量以连续地方式竖直地运动；以及循环连续地重复沉积、引导和运动的步骤，以逐层的方式构建零件，直到该零件完成。构建平台构造成绕z轴旋转角度θ并且能够沿着z轴竖直地运动。
通过参考附图阅读以下详细描述和所附权利要求书，本公开的其它目的和优点将变得显而易见。在结合几个附图和所附权利要求书阅读以下详细描述后，本申请的这些和其它特征和改进对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
通过以下结合描述本公开的各种实施例的附图对本公开的各个方面的详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
图1是根据本文所示或所述的一个或多个实施例构造的增材制造设备的横截面视图；
图2是根据本文所示或所述的一个或多个实施例构造的替代的增材制造设备的横截面视图；
图3是根据本文所示或所述的一个或多个实施例构造的替代的增材制造设备的横截面视图；
图4是根据本文所示或所述的一个或多个实施例构造的替代的增材制造设备的横截面视图；以及
图5是示出根据本文所示或所述的一个或多个实施例的增材制造方法中的步骤的流程图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为可应用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统中。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文所公开的实施例所需的所有常规特征。
注意，本文呈现的附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描述所公开的实施例的典型方面，因此不应被视为限制本公开的范围。在附图中，相同的标号表示附图之间的相同元件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，其一个以上示例图示在附图中。每个示例是为了解释本发明而提供，而不是为了限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来而言，显然，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
本文中使用的术语仅用于描述特定的实施方式而不意限制本公开。如本文中所使用的，单数形式的“一”、“一种”和“该”可以意在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还应将理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时是指明了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
通篇说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用于修改任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，术语或各术语(例如“大约”，“近似”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。至少在一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里及通篇说明书和权利要求中，范围限制可以被组合和/或互换。除非上下文或语言另有指示，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。
参考附图，其中在各个视图中相同的附图标记表示相同的元件，图1示出了根据本文所述的技术构造的示例性增材制造设备10。如图所示，在该特定实施例中的设备10绕z轴12环形地形成。基本部件是转台14、围绕构建平台18的构建室16、壳体20、设置在壳体20中的可移动平台30以及支撑结构22。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
转台14是刚性结构，其构造成竖直地运动(即平行于z轴12)，并且绕z轴12连续旋转。如图所示，转台14被固定到由旋转部分26和非旋转部分28组成的旋转台24。旋转部分26通过任意旋转数来支持转台14的无约束旋转，以使得能够在不改变旋转方向的情况下构建零件的多个层。在该特定实施例中，转台14被固定到旋转台24的旋转部分26。旋转台24结合有直接驱动马达，其用作旋转致动器，并且能够操作以选择性地使旋转台24的旋转部分26旋转，这转化成转台14的连续旋转。旋转台24，更具体地，非旋转部分28，被固定到可移动平台30。可移动平台30是构造成沿着z轴12(即平行于z轴12)竖直地运动的刚性结构。在该特定实施例中，可移动平台30不旋转。旋转台24包含致动器，该致动器使旋转部分26绕非旋转或固定部分28旋转360度，这转化成转台14的360度旋转。马达32能够操作以经由线性致动器34选择性地使可移动平台30竖直向上或向下运动。线性致动器34以提供可移动平台30的竖直运动的方式被固定到固定支撑结构22，并且因此提供旋转台24和转台14的竖直运动。在图1中示意性地示出了线性致动器34和旋转致动器24。每当在本文中使用术语“致动器”时，将会理解，诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性致动器等的设备可以用于该目的。在图1中示意性地示出了马达32和旋转台24，应当理解，任何将分别产生受控的线性和旋转运动的设备都可以用于该目的。
构建室16由多个间隔开的侧壁限定，更具体地，由内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定。旋转柱36从转台14垂直向上延伸。应当理解，旋转柱36可以以不同于90度的角度从转台14向上延伸。旋转柱36将旋转台24的旋转部分26的旋转力经由线性轴承54传递到内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50。线性轴承54设置在构建室16的外表面，更具体地说是外部粉末容纳壁50的外表面51，和旋转柱36的内表面17之间。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定了绕z轴12的环形环形式的路径。
构建平台18是能够在构建室16中竖直地滑动的板状结构。构建平台18通过连接杆或连接杆组42被固定到底板40和转台14。用滑动密封件41防止金属粉末在底板40与内部容纳壁48和外部容纳壁50之间掉落。
如图1所示，设置在壳体20内的是外部粉末收集器44和内部粉末收集器46。内部粉末收集器46沿着z轴12竖直地延伸以搁置在壳体20的下部分上。如前所述，内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50能够绕构建平台18旋转地设置。粉末容纳壁48,50限定开口52，连接杆42通过该开口52竖直地运动。内部容纳壁48和外部容纳壁50通过连接杆42之间的径向梁(未示出)连接，例如车轮中的辐条。此外，径向轴承56设置在外部粉末收集器44和外部粉末容纳壁50的外表面51之间。径向轴承56在构建过程中提供外部粉末容纳壁50相对于外部粉末收集器44和壳体20的对准。
在操作过程中，由致动器34致动的沿着平台30的z轴的竖直运动转化成设置在平台30上的部件的竖直运动，特别是旋转台24、转台14、连接杆42、底板20以及构建平台18的竖直运动。该竖直运动与通过旋转台24的旋转部分26的角度“θ”的旋转运动同时进行，该旋转运动转化成转台14、底板40、构建平台18和构建室16的旋转运动。尽管竖直转化和旋转都是在操作期间单调增加的，但它们的速率不必是恒定的。在该特定实施例中，该构造在平台30的竖直运动的顶部提供构建部件的旋转运动，并且在这里被称为“在z顶部上的θ”。
图2示出了通常类似于图1的设备10的增材制造设备60的另一种构造。再次注意，贯穿各个实施例，相同的元件具有相同的附图标记。与图1的设备10类似，设备60包括可旋转转台14和围绕构建平台18的构建室16、壳体20、设置在壳体20中的可移动平台30以及支撑结构22。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
与图1的实施例类似，转台14是刚性结构，其构造成竖直地运动(即平行于z轴12)，并且绕z轴12旋转360度。如图所示，转台14被固定到由旋转部分26和非旋转部分28组成的旋转台24。旋转部分26通过任意旋转数来支持转台14的无约束旋转，以使得能够在不改变旋转方向的情况下构建零件的多个层。更具体地，转台14被固定到旋转台24的旋转部分26。旋转台24被固定于壳体20。可移动平台30被固定到安装到转台14的支撑结构22。可移动平台30是构造成竖直地运动(即平行于z轴12)的刚性结构。旋转台24结合有直接驱动马达，其用作旋转致动器，并且能够操作以选择性地使旋转台24的旋转部分26绕固定部分28旋转，这转化成转台14的360度旋转。转台14的旋转转化成支撑结构22和可移动平台30的旋转。马达32能够操作以经由线性致动器34选择性地使可移动平台30竖直向上或向下运动。线性致动器34以提供可移动平台30的竖直运动的方式被固定到支撑结构22。在图2中示意性地示出了线性致动器34。在图2中示意性地示出了马达32和旋转台24，应当理解，任何将分别产生受控的线性和旋转运动的设备都可以用于该目的。
构建室16由多个侧壁限定，更具体地，由内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定。构建平台18是能够在构建室16中竖直地滑动的板状结构。构建平台18通过连接杆42被固定到底板40和可移动平台30。可旋转盘62设置在可移动平台30的最上部分上并且能够随其旋转。
如图2所示，设置在壳体20内的是外部粉末收集器44和内部粉末收集器46。内部粉末收集器46沿着z轴12竖直地延伸以搁置在壳体20的下部分上。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50绕构建平台18设置。内部容纳壁48和外部容纳壁50通过连接杆42之间的径向梁(未示出)连接，例如车轮中的辐条。粉末容纳壁48,50限定开口52，由于平台30的转化的竖直运动，连接杆42通过开口52竖直地运动。在该特定实施例中，内部粉末容纳壁50的一部分延伸以安装到转台14，从而导致内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50随其旋转。更具体地，内部粉末容纳壁48提供旋转台24的旋转部分26的旋转力到内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50的转化。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定了绕z轴12的环形环形式的路径。
径向轴承56设置在外部粉末收集器44和外部粉末容纳壁50的外表面51之间。径向轴承56在构建过程中提供外部粉末容纳壁50相对于外部粉末收集器44和壳体20的对准。用滑动密封件41防止金属粉末在底板40与内部容纳壁48和外部容纳壁50之间掉落。
在操作过程中，由致动器34致动的沿着平台30的z轴的竖直运动转化成设置在平台30上的部件的竖直运动，特别是可旋转盘62、连接杆42、底板40以及构建平台18的竖直运动。该竖直运动与通过旋转台24的旋转部分26绕z轴12的角度“θ”的旋转运动同时进行，该旋转运动转化成转台14、支撑结构22和可移动平台30、可旋转盘62、连接杆42、内部粉末容纳壁48、外部粉末容纳壁50、底板40以及构建平台18的旋转运动。尽管竖直转化和旋转都是在操作期间单调增加的，但它们的速率不必是恒定的。在该特定实施例中，该构造在平台30的竖直运动下方提供旋转运动，并且在这里被称为“在θ顶部上的Z”。
图3示出了通常分别类似于图1和图2的设备10和60的增材制造设备70的又一种构造。再次注意，贯穿各个实施例，相同的元件具有相同的附图标记。类似于图1和图2的设备10和60，设备70包括可旋转转台14和围绕构建平台18的构建室16、壳体20、设置在壳体20中的可移动平台30以及支撑结构22。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
与图1的实施例类似，转台14是刚性结构，其构造成竖直地运动(即平行于z轴12)，并且绕z轴12连续旋转。在该特定实施例中，转台14绕扭矩缸72设置。如图所示，扭矩缸72的端部分74被固定到由旋转部分26和非旋转部分28组成的旋转台24。旋转部分26通过任意旋转数来支持转台14的无约束旋转，以使得能够在不改变旋转方向的情况下构建零件的多个层。更具体地，扭矩缸72的端部分74被固定到旋转台24的旋转部分26。旋转台24被固定到壳体20。可移动平台30被固定到安装到壳体20的固定支撑结构22。可移动平台30是构造成竖直地运动(即平行于z轴12)的刚性结构。旋转台24结合有直接驱动马达，其用作旋转致动器，并且能够操作以选择性地使旋转台24的旋转部分26绕固定部分28旋转，这转化成扭矩缸72的360度旋转。扭矩缸72的旋转经由线性轴承54(现在描述)转化成转台14的旋转。此外，马达32能够操作以经由线性致动器34选择性地使可移动平台30竖直向上或向下运动。线性致动器34以提供可移动平台30的竖直运动的方式被固定到固定支撑结构22。在图3中示意性地示出了线性致动器34。在图3中示意性地示出了马达32和旋转台24，应当理解，任何将产生受控的线性和旋转运动的设备都可以用于该目的。
构建室16由多个侧壁限定，更具体地，由内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定。旋转柱36从转台14垂直向上延伸。应当理解，旋转柱36可以以不同于90度的角度从转台14向上延伸。旋转柱36通过线性轴承54将扭矩从旋转台24的旋转部分26经由扭矩缸72和内部粉末容纳壁48以及外部粉末容纳壁50传递到转台14。线性轴承54设置在构建室16的外表面，更具体地说是外部粉末容纳壁50的外表面51，和旋转柱36的内表面17之间。内部容纳壁48和外部容纳壁50通过连接杆42之间的径向梁(未示出)连接，例如车轮中的辐条。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定了绕z轴12的环形环形式的路径。
构建平台18通过连接杆42被固定到底板40和转台14。推力轴承76设置在可移动平台30的最上部分上，以提供从可移动平台30到旋转转台14的竖直运动的转化。
如图3所示，设置在壳体20内的是外部粉末收集器44和内部粉末收集器46。内部粉末收集器46沿着z轴12竖直地延伸以搁置在壳体20的下部分上。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50绕构建平台18设置。粉末容纳壁48,50限定开口52，由于平台30的转化的竖直运动，连接杆42通过开口52竖直地运动。线性轴承54还在构建过程中提供构建室16的z轴对准，并且提供旋转台的旋转部分26和扭矩缸72的旋转力到转台14的转化。此外，径向轴承56设置在外部粉末收集器44和外部粉末容纳壁50的外表面51之间。径向轴承56在构建过程中提供外部粉末容纳壁50相对于外部粉末收集器44和壳体20的对准。在该特定实施例中，密封件77设置在外部粉末容纳壁50和外部粉末收集器44之间。密封件77可以由能够在外部粉末容纳壁50和外部粉末收集器44之间进行密封的任何材料形成，例如但不限于毛毡、金属或橡胶。密封件77提供转台14的自由运动，并且转化连接杆42、底板40和构建平台18的竖直运动。密封件77进一步防止金属粉末在旋转的外部构建室壁50与固定的粉末收集器44和径向轴承56之间掉落/渗漏。如果提供其它的粉末容纳方式，例如悬伸或迷宫式结构，则可以省略这种密封件。用滑动密封件41防止金属粉末在底板40与内部容纳壁48和外部容纳壁50之间掉落。
在操作过程中，由致动器34致动的沿着平台30的z轴12的竖直运动转化成设置在平台30上的部件的竖直运动，特别是转台14、连接杆42、底板40和构建平台18的竖直运动。该竖直运动与通过旋转台24的旋转部分26的角度“θ”的旋转运动同时进行，该旋转运动转化成扭矩缸72、构建室16、转台14、连接杆42、底板40和构建平台18的旋转运动。尽管竖直转化和旋转都意味着在操作期间单调增加，但它们的速率不必是恒定的。在该特定实施例中，该构造提供通过扭矩缸72的旋转运动，并且在这里被称为“通过扭矩缸的θ”。
图4示出了通常分别类似于图1-3的设备10、60和70的增材制造设备80的又一构造。再次注意，贯穿各个实施例，相同的元件具有相同的附图标记。类似于图1-3的设备10、60和70，设备80包括可旋转转台14和围绕构建平台18的构建室16、壳体20、可移动平台30和支撑结构22。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
与图1的实施例类似，转台14是刚性结构，其构造成竖直地运动(即平行于z轴12)，并且绕z轴12旋转360度。如图所示，转台14被固定到由旋转部分26和非旋转部分28组成的旋转台24。旋转部分26通过任意旋转数来支持转台14的无约束旋转，以使得能够在不改变旋转方向的情况下构建零件的多个层。转台14被固定到旋转台24的旋转部分26。旋转台24被固定到壳体20。可移动平台30被固定到安装到壳体20上的固定支撑结构22。可移动平台30是构造成竖直地运动(即平行于z轴12)的刚性结构。旋转台24结合有直接驱动马达，其用作旋转致动器，并且能够操作以选择性地使旋转台24的旋转部分26旋转，这转化成转台14的连续旋转。转台14的旋转经由转化壁36和线性轴承54转化成限定构建室16的内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50的旋转。马达32能够操作以经由线性致动器34选择性地使可移动平台30竖直向上或向下运动。线性致动器34以提供可移动平台30的竖直运动的方式被固定到固定支撑结构22。在该特定实施例中，可移动平台30构造为包括至少一个构建单元的光学模块(目前描述的)的一部分。在图3中示意性地示出了线性致动器34。在图3中示意性地示出了马达32和旋转台24，应当理解，任何将产生受控的旋转运动的设备都可以用于该目的。
构建室16由多个侧壁限定，更具体地，由内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定。旋转柱36从转台14垂直向上延伸。应当理解，旋转柱36可以以不同于90度的角度从转台14向上延伸。旋转柱36经由线性轴承54将扭矩从旋转台24的旋转部分26传递到内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50。线性轴承54设置在构建室16的外表面，更具体地说是内部粉末容纳壁48的外表面53，和旋转柱36的内表面17之间。内部容纳壁48和外部容纳壁50通过连接杆42之间的径向梁(未示出)连接，例如车轮中的辐条。用滑动密封件41防止金属粉末在底板40与内部容纳壁48和外部容纳壁50之间掉落。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50限定了绕z轴12的环形环形式的路径。
构建平台18是能够在构建室16中竖直地滑动的板状结构。构建平台18通过连接杆42被固定到底板40和转台14。推力轴承76设置在外部粉末收集器44上，以提供从可移动平台30到构建室16的竖直运动的转化。
如图4所示，设置在壳体20内的是外部粉末收集器44和内部粉末收集器46。内部粉末收集器46沿着z轴12竖直地延伸以搁置在壳体20的下部分上。内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50绕构建平台18设置。粉末容纳壁48,50限定开口52，连接杆42通过该开口52被定位成允许粉末容纳壁48,50由于平台30的转化的竖直运动而竖直运动。线性轴承54还在构建过程中提供构建室16的z轴对准。如前所述，推力轴承76设置在外部粉末收集器44和外部粉末容纳壁50的外表面51之间。除了将平台30的竖直运动转化到粉末容纳壁48,50并且由此转化到构建室16之外，推力轴承76在构建过程中提供外部粉末容纳壁50相对于外部粉末收集器44和壳体20的对准。
在操作过程中，由致动器34致动的沿着平台30的z轴12的竖直运动，在线性轴承82的辅助下，转化成分别限定构建室16的内部和外部容纳壁48,50的竖直运动。该竖直运动与通过旋转台24的旋转部分26的角度“θ”的旋转运动同时进行，该旋转运动转化成转台14、分别限定构建室16的内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50、连接杆42、底板40和构建平台18的旋转运动。
在所公开的实施例的每一个中，一个或多个构建单元相对于图1-4所描述的部件被安装，并且构造成沿着由所述部件限定的预限定路径运动。所述一个或多个构建单元构造成用于连续操作，并且共同包括位于构建室上方的粉末分配器，构造成整平分配到构建室中的粉末的施加器，以及构造成熔融被整平的粉末的定向能量源。应该理解的是，贯穿各个实施例，术语“连续操作”并非旨在表示恒定的速度，而是在整个构建中绕z轴和θ的速度变化的操作。作为示例，在该特定实施例中进一步示出了作为光学模块85的一部分的熔融组件84。熔融组件84包括粉末容器86、粉末施加器88、定向能量源90和径向致动器92。熔融组件84是“构建单元”的一个示例，其通常是指位于构建室16上方并且构造成执行增材构建过程的一个或多个步骤的任何组件。其它类型的构建单元也是可以预期的。在一些实施例中，可以配置多个熔融组件84。在其它实施例中，多个粉末容器86和粉末施加器88可以配置有单个定向能量源90。
粉末施加器88是刚性的、横向伸长的结构，当使用时，在构建平台18上方以固定距离刮擦，以在内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50之间在构建平台18上提供粉末94的层增量。
粉末容器86可以是具有用于将粉末94供应到粉末施加器88的喷口的料斗的形式。计量阀(未示出)可用于基于多种因素来控制粉末94的沉积速率，所述多种因素例如构建平台18的尺寸、期望的层增加厚度以及构建平台18与熔融单元84之间的相对速度。
定向能量源90可以包括任何已知的装置，该装置能够操作以产生具有适当功率和其它操作特性的射束93，从而在构建过程中熔化和熔融粉末94。例如，定向能量源90可以是激光器或激光器的阵列。诸如电子束枪的其它定向能量源是激光器的合适的替代物。径向致动器92提供定向能量源90的径向运动，以便将定向能量源90定位到与构建平台18一致的X-Y平面中的期望位置。
在一个实施例中，诸如一个或多个反射镜、棱镜和/或透镜的射束转向设备(未示出)可以被结合并且设置有合适的致动器，并且被布置成使得来自定向能量源90的射束93可以被聚焦到期望的斑尺寸，并且被转向到与构建平台18一致的X-Y平面中的期望位置。
控制器(未示出)控制熔融组件84的定向能量源90、粉末容器86和粉末施加器88。控制器可以使用来自成像部件等的数据来控制粉末流速和/或在检测到缺陷时停止构建过程。
为清楚起见，将使用增材制造设备80来描述主要构建过程，但该过程可应用于所公开的实施例中的每一者。使用上述增材制造设备80的零件的构建过程如下。通过用粉末94填充粉末容器86来准备熔融组件84。在该特定实施例中，熔融组件84与可移动平台30一体地形成。在可选实施例中，例如与图1-3中的设备10,60或70一起使用，熔融组件84被定位成使得在熔融组件84和壳体20之间形成密封。应当理解，通过使用致动器92或致动器34来降低或升高熔融组件84，可以实现对熔融组件84的定位。
熔融组件84被定位成使得构建平台18是初始开始位置。构建平台18的初始位置位于内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50的上表面94和96的下方，并且其通过选定的层增量限定到构建室16的开口。层增量影响增材制造过程的速度和零件的分辨率。作为示例，层增量可以是约10至50微米(0.0004至0.002英寸)。转台14通过马达32以预定的旋转速度旋转，该预定的旋转速度被选择成允许熔融组件84熔化或熔融落到构建平台18上的粉末94以形成零件。应当理解，可以使用多于一个的熔融组件84来加速和提供更有效的构建过程。
随着转台14旋转，粉末94随后被沉积在构建平台18上。构建平台18在粉末施加器88下方旋转，粉末施加器88用于将凸起的粉末94铺展在构建平台18上。当转台18旋转时，任何过量的粉末94沿着构建平台18被推开，以提供连续的粉末沉积和铺展。尽管竖直转化和旋转都是在操作期间单调增加的，但它们的速率不必是恒定的。
当粉末被沉积并且被铺展到旋转的构建平台18上时，定向能量源90用于熔化正在构建零件的二维横截面或层。定向能量源90以适当的图案发射聚焦在暴露的粉末表面上的射束93。粉末94的暴露层被射束93加热到允许其熔化、流动和固结的温度。该步骤可以被称为熔融粉末94。
一旦粉末94的第一层增量被熔融，构建平台18以层增量竖直向下运动，如本文所述，并且以类似的厚度施加另一层粉末94。定向能量源90继续以适当的图案在暴露的粉末表面上发射射束93。粉末94的暴露层被射束93加热到允许其在顶层内以及与下部的先前固化的层熔融、流动和固结的温度。应该理解的是，沉积粉末94以及使用定向能量源90熔融粉末的过程可以随着零件被形成而连续进行，只有当零件完成时或当检测到缺陷或故障时才停止该过程。还应当理解，当采用多个熔融单元84时，每个单元可以用于形成单个增量层或形成多个增量层。
重复该使构建平台18运动、施加粉末94、然后引导能量熔化粉末94的循环，直到整个零件完成。还要注意的是，构建平台18或内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50的竖直运动在构建过程中是连续的，使得该零件以螺旋构造连续地构建，其中粉末沉积和熔融沿着构建板的周边在不同方位角位置上同时发生。
在该零件完成之后，内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50然后可以下降，并且熔融组件84升高以使熔融组件84脱离并且将该零件暴露在内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50之上。在增材制造设备10,60和70的情况下，构建平台18被升高并且熔融组件84被升高以使熔融组件84脱离并且将该零件暴露或暴露在内部粉末容纳壁48和外部粉末容纳壁50上方。
图5是根据本文所公开的实施例的增材制造方法100的流程图。如图5所示，在步骤102中，增材制造方法100包括将一个或多个构建单元定位在由第一和第二间隔开的侧壁限定的构建室上方。如前所述，第一和第二间隔开的侧壁构造成绕z轴沿着预限定路径旋转角度θ。接着，在步骤104中，一个或多个构建单元相对于构建室沿着预限定路径定位。接着，在步骤106中，使用一个或多个构建单元将粉末接下来连续地沉积到包含在构建室中的构建平台上。粉末的沉积在构建平台上形成粉末的层增量。如前所述，构建平台构造成绕z轴旋转角度θ，并且能够沿着z轴竖直地运动。在步骤108中，来自定向能量源的射束由构建单元引导以连续地熔融粉末。接着，在步骤110中，构建平台、第一和第二间隔开的壁以及一个或多个构建单元中的至少一个以层增量竖直地运动。在步骤112中，重复沉积、引导和运动的步骤，以逐层的方式构建零件，直到该零件完成。
前面已经描述了用于大零件的增材制造的设备和方法。所公开的增材制造系统提供一种用于使用定向能量源(例如激光器或激光器的阵列)由金属粉末构建标称轴对称金属零件的集成机器。此外，所公开的增材制造系统提供一种用于构建任何类型的零件的集成机器，所述零件包括非轴对称零件，所述非轴对称零件可以使用定向能量源(例如激光器或激光器的阵列)由金属粉末构建在旋转平台上。该系统包括构建零件的连续旋转，以及一个或多个重涂覆机和激光站的连续操作。该系统可进一步包括用于惰性气体和飞溅物收集的局部气体覆盖物。增材制造系统的连续旋转提供连续的粉末重涂覆，提高了在需要激光器和重涂覆机的连续操作的系统上的生产率。所公开的设备和方法在提供连续的粉末重涂覆和熔融的同时使过量的粉末最小化。设备的连续操作在需要激光器和重涂覆机的连续操作的系统上提供提高的生产率。如前所述，贯穿本公开使用的术语“连续操作”并非旨在表示恒定的速度，而是在整个构建中绕z轴和θ的速度变化的操作。该设备可以针对特定的几何形状进行定制，从而避免了当一个机器必须制造一系列的零件几何形状时所需的折衷。
本说明书(包括任何所附的权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以组合成任何组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。
本说明书(包括任何所附的权利要求书、摘要和附图)中公开的每个特征可以被用于相同、等同或类似目的的替换特征所代替，除非另有明确说明。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一般系列的等同或类似特征的示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明将本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
尽管已经根据一个或多个特定实施例描述了本发明，但是显然本领域技术人员可以采用其它形式。应当理解，在本文示出和描述的方法中，可以在未示出的情况下执行其他过程，并且可以根据各种实施例重新安排过程的顺序。另外，中间过程可以在一个或多个所描述的过程之间执行。本文示出和描述的过程的流程不应被解释为对各种实施例的限制。
本书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使得本领域技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
