原料粉末處理方法、原料粉末處理裝置和物體產生方法制造方法及圖紙

公開了原料粉末處理方法、原料粉末處理裝置和物體產生方法。用于處理原料粉末的方法包括形成原料粉末的層，以及去除形成在原料粉末的表面上的氧化膜，所述層由所述原料粉末形成。

Raw material powder treatment method, raw material powder processing device and object producing method

Raw material powder processing method, raw material powder processing device, and object producing method are disclosed. A method for treating a raw powder comprises the formation of a layer of raw powder and the removal of an oxide film formed on the surface of the raw powder which is formed from the raw material powder.

【技術實現步驟摘要】
原料粉末處理方法、原料粉末處理裝置和物體產生方法
本公開涉及用于處理原料粉末的方法和裝置，其中原料粉末是用等離子體處理的。
技術介紹
近年來，使用粉末床熔融技術的制造設備(被稱為3D打印機)已經在開發中。在粉末床熔融中，形成原料粉末的薄片，每個形成的薄片的要被固化的區域(下文中被稱為固化區域)用激光束或電子束(下文中被稱為能量束)來照射以加熱固化區域，并且這種薄片被堆疊以形成三維物體(日本專利特許公開No.8-39275和10-88201)。一般認為利用粉末床熔融制造的三維物體(下文中被稱為粉末床熔融產品)可以通過如下方式來增強：通過減少結構的空隙體積來增加填充密度(infill)。即使在球形原料粉末被最緊密堆積的薄片中，每單位體積的顆粒間空隙體積也超過20％。這意味著在被稱為燒結的狀態下(其中顆粒僅在接觸點處被熔融)，在顆粒之間存在無數的空隙。日本專利特許公開No.8-39275提出了一種粉末床熔融技術，其中三維物體是通過在抽空的外殼中在供給惰性氣體的氣氛中形成薄片并利用激光束加熱薄片的固化區域來制造的。日本專利特許公開No.10-88201指出，在不使用粘合劑的情況下由原料粉末形成成形制品并在激光束粉末床熔融之前壓縮原料粉末可以增加三維物體的填充密度。發現根據這些出版物的用于制造三維物體的方法無法將粉末床熔融產品的填充密度增加到足夠高的水平，因為這些方法在完成的三維物體的結構中留下非常小的空隙。本公開意在解決這些缺點。
技術實現思路
根據本公開的一方面的用于處理原料粉末的方法包括：形成原料粉末的層；以及去除形成在構成所述層的原料粉末的表面上的氧化膜。根據本公開的一方面的用于產生物體的方法包括：形成原料粉末的層；去除形成在原料粉末的表面上的氧化膜，所述層由所述原料粉末形成；以及利用射束來成形，包括通過利用能量束的照射來固化已去除氧化膜的原料粉末。根據本公開的一方面的用于處理原料粉末的裝置包括：可抽空的外殼；氣氛生成器，被配置為在外殼中生成包含氫和/或惰性元素的氣氛；粉末容器，位于外殼中并與外殼電絕緣；形成單元，被配置為在粉末容器中形成原料粉末的層；以及通電單元，被配置為向由形成單元形成的層施加電壓。根據本公開內容的某些方面，原料粉末的表面上的氧化物和異物的量是通過對原料粉末的等離子體處理來減少的。這減小了原料粉末的表面上的氧化物和異物留在完成的三維物體的結構中的空隙的體積。因此，本公開的某些方面將粉末床熔融產品的填充密度增加到足夠高的水平。此外，本公開的某些方面通過使用利用等離子體處理的原料粉末來使粉末床熔融產品更堅固。參照附圖，從下面對示例性實施例的描述，本公開內容的進一步的特征將變得清楚。附圖說明圖1是根據本公開的一個或多個實施例的物體產生系統的配置的說明圖。圖2是根據本公開的一個或多個實施例的建造容器的配置的說明圖。圖3是根據本公開的一個或多個實施例的用于產生物體的處理的流程圖。圖4A至圖4F是根據本公開的一個或多個實施例的利用物體產生系統執行的堆疊階段的說明圖。圖5是根據本公開的一個或多個實施例的物體產生系統的配置的說明圖。具體實施方式下面參照附圖詳細描述本公開的一些實施例。已知粉末床熔融技術的問題由在熔爐中產生的金屬錠加工出來的物體通常具有99.9％或更高的填充密度。另一方面，使用已知的粉末床熔融技術制造的金屬物體具有至多99.7％的填充密度，并因此不能像由金屬錠加工的物體那樣致密。當預期用途是諸如成型模具之類的要求高表面質量的用途時，利用已知的粉末床熔融技術創建的物體由于其粗糙的表面而難以被直接用于該用途。此外，利用已知的粉末床熔融技術制造的金屬物體在其表面上或在其內部結構中具有許多孔或空隙。當這種已知物體被用于要求高抗拉強度和彎曲強度的建造目的時，出現關于源自物體的表面上和內部結構中的孔的裂紋生長或疲勞斷裂的問題。當被用作需要具有高表面質量的成型模具或者用于要求高強度的建造用途時，粉末床熔融產品通常要具有99.9％或更高的填充密度。利用已知的粉末床熔融技術制造的物體的低填充密度(小于99.7％)與其表面上和其內部結構中存在許多孔或空隙相結合是這種物體被廣泛使用的限制因素之一。在實施例1中，原料粉末的薄片在氬氣和氫氣的氣氛中用等離子體進行處理，然后薄片的固化區域(要被固化的區域)立即用激光束在氬氣和氫氣的氣氛中加熱，并且這種薄片被堆疊。與已知技術相比，這以高頻率和高再現性提供了具有大于99.9％的填充密度的三維物體。這表明利用已知的粉末床熔融技術觀察到的低填充密度可歸因于在原料粉末的表面上存在的鈍化膜或污垢，并且等離子體處理利用其物理或化學效應去除它們。此外，等離子體處理通過增加表面能量來提高原料粉末的表面潤濕性，并且這也有助于防止在熔融期間夾帶氣泡。實施例1物體產生系統圖1是根據實施例1的物體產生系統的配置的說明圖。圖2是建造容器的配置的說明圖。如圖1中所示，物體產生系統100是使用粉末床熔融技術的系統，因此被稱為3D打印機。外殼101由不銹鋼制成并且能夠防止外部空氣進入其內部空間。存在連接到外殼101的真空計208(檢測器的示例)。真空計208檢測外殼101中的壓強。排氣機構103(抽空器的示例)能夠減小外殼101中的壓強。排氣機構103將空氣移出外殼101，主要是為了減少外殼101中的氣氛中的氧氣量。排氣機構103是干式泵和渦輪分子泵的串聯連接并且能夠將外殼101抽空至例如1×10-4Pa的真空度。排氣機構103還在與外殼101的連接處具有孔口調節閥，利用該孔口調節閥可以調節孔口尺寸。控制單元200通過操作下文所述的氣體饋送機構102以將氣體輸送到外殼101中并根據真空計208的輸出來調節這個孔口調節閥來控制外殼101中的氣氛和真空度。氣體饋送機構102(饋送器的示例)將氬氣(惰性氣體的示例)和氫氣輸送到外殼101中。氣體饋送機構102能夠將任何混合比例的氬氣和氫氣的混合物輸送進入外殼101。可以有兩個單獨的氣體饋送機構來分開輸送氬氣和氫氣。如圖2中所示，建造容器107(粉末容器的示例)具有在建造室109內可垂直移動的堆疊平臺112。降低機構111能夠以逐步的方式使堆疊平臺112向下移動對應于層104的厚度的任何節距長度。在建造室109中，作為每一層104的等離子體處理的結果，經處理的層104'被堆疊。在建造室109的壁中存在能夠加熱層104的嵌入式電阻加熱器137(加熱器的示例)。在堆疊平臺112的頂表面上存在溫度傳感器209。控制單元200根據溫度傳感器209的輸出來打開和關斷電流流入電阻加熱器137中，以維持層104的恒定溫度。層形成機構105(形成單元的示例)在位于外殼101中的建造容器107的建造室109中形成原料粉末的層104。由層形成機構105形成的原料粉末的層非常薄，具有5μm以上且200μm以下的厚度。因此，原料粉末的層104在本文被稱為薄片。薄片形成機構105具有移動單元133，在被引導件132引導時，移動單元133沿著建造容器107的頂表面在箭頭R105的方向移動。原料粉末135存儲在原料儲存器130中并且通過底板134的提升而被升高到高于建造容器107的頂表面的水平。薄片形成機構105在相對于建造容器107的頂表面在相反方向旋轉其金屬輥131的同時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于處理原料粉末的方法，其特征在于，所述方法包括：形成原料粉末的第一層；以及去除形成在原料粉末的表面上的氧化膜，所述第一層由所述原料粉末制成。

【技術特征摘要】
2015.12.10 JP 2015-2410051.一種用于處理原料粉末的方法，其特征在于，所述方法包括：形成原料粉末的第一層；以及去除形成在原料粉末的表面上的氧化膜，所述第一層由所述原料粉末制成。2.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中氧化膜的去除是通過在含氫氣氛中的化學還原來執行的。3.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中氧化膜的去除是通過如下操作來執行的：通過向所述第一層施加電壓而在含氫氣氛中生成等離子體。4.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中氧化膜的去除是通過如下操作來執行的：通過向所述第一層施加電壓而在含惰性元素的氣氛中生成等離子體。5.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中：在所述第一層的形成中，第一層在可抽空的外殼中形成；以及氧化膜的去除是在外殼被抽空到低于大氣壓的壓強的情況下執行的。6.如權利要求5所述的用于處理原料粉末的方法，其中低于大氣壓的壓強為10Pa以上且小于10kPa的壓強。7.如權利要求5所述的用于處理原料粉末的方法，所述方法還包括通過以下操作來創建氣氛：將外殼抽空至第一壓強并且然后將惰性元素輸送到外殼中以創建比第一壓強高且比大氣壓低的第二壓強的氣氛。8.如權利要求5所述的用于處理原料粉末的方法，其中在位于外殼中并與外殼電絕緣的粉末容器中形成所述第一層。9.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中，在去除氧化膜之后，在所述第一層上形成第二層。10.如權利要求3所述的用于處理原料粉末的方法，其中等離子體的生成是在利用加熱器或能量束加熱所述第一層的情況下來執行的。11.如權利要求1所述的用于處理原料粉末的方法，其中原料粉末是通過水霧化形成的金屬顆粒。12.一種用于產生物體的方法，其特征在于，所述方法包括：形成原料粉末的層；去除形成在原料粉末的表面上的氧化膜，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蒲池康，木谷耕治，
申請(專利權)人：佳能株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP