BR112017003142B1

BR112017003142B1 - Método e sistema para produzir um objeto por fabricação aditiva

Info

Publication number: BR112017003142B1
Application number: BR112017003142-6A
Authority: BR
Inventors: Javier Díaz; Jesús Domínguez; Paula SANCHO
Original assignee: Etxe-Tar, S.A.
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2022-03-29
Also published as: MX2017002240A; KR20170042599A; CN106660123B; RU2697470C2; RU2017104438A3; KR102359288B1; US20170239724A1; CN106660123A; BR112017003142A2; CA2958107A1; RU2017104438A; US11097349B2; WO2016026706A1; EP3183108B1; EP3183108A1; US10688561B2; ES2856399T3; CA2958107C; US20200269319A1

Abstract

O método compreende as etapas de: a) suprir material de construção; e b) fundir o material de construção com o uso de um feixe de luz (2); em que as etapas a) e b) são executadas com a finalidade de produzir progressivamente o objeto a partir do material de construção fundido. Na etapa b), o feixe (2) é projetado sobre o material de construção com a finalidade de produzir um ponto principal no material de construção, em que o feixe é repetitivamente varrido em duas dimensões de acordo com um primeiro padrão de varredura com a finalidade de estabelecer um ponto eficaz (21) no material de construção, em que o dito ponto eficaz tem uma distribuição de energia bidimensional. O ponto eficaz (21) é deslocado em relação ao objeto que é produzido para produzir progressivamente o objeto através da fusão do material de construção.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção se refere à produção de objetos tridimensionais por fabricação aditiva.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Os objetos tridimensionais podem ser produzidos de muitas maneiras, como por moldagem em um molde ou pela remoção de material de uma peça de trabalho, por exemplo, com o uso de máquinas de rebarbação. Entretanto, durante as últimas décadas, a denominada fabricação aditiva (AM) tem se tornado crescentemente popular. Na fabricação aditiva, o material é adicionado a um objeto que é produzido, com a finalidade de construir o objeto tridimensional. Ou seja, a fabricação aditiva é baseada na adição de material em vez de na remoção de material.

[003] Algumas tecnologias de AM envolvem o uso de um feixe de energia que é aplicado a um material de construção com a finalidade de fundir o material de construção. Ao adicionar progressivamente camadas de material de construção fundido, o objeto tridimensional é produzido. Os materiais de construção incluem polímeros, metais, cerâmicas e compósitos, e são muitas vezes supridos em forma de pó. Aqui, precisa ser feita uma distinção entre sistemas que usam um feixe de elétron e sistemas que usam um feixe de luz, em geral, um feixe de laser.

[004] Um exemplo de uma tecnologia de AM é o denominado processo de fusão em leito de pó (PBF). Os processos de PBF incluem uma ou mais fontes térmicas para induzir a fusão entre partículas em pó em uma certa região de uma camada de pó que corresponde a uma seção transversal do produto que é formado, e meios para adicionar e alisar as camadas de pó. Um exemplo bem conhecido desse tipo de processo é o denominado processo de Sinterização de Laser Seletivo (SLS), onde um feixe de laser se funde com uma camada fina de pó (por exemplo, uma camada de pó que tem uma espessura na ordem de cerca de 0,1 mm) em uma região que corresponde à seção transversal do objeto a ser formado.

[005] O pó é espalhado através de uma área de construção com o uso de um rolete de alavanca de rotação contrária, e é pré-aquecido para uma temperatura próxima ao ponto de fusão e/ou temperatura de transição vítrea do material de construção. O propósito do pré-aquecimento é reduzir os requisitos de potência no feixe de laser. Uma vez que o material foi distribuído e pré-aquecido, um feixe de laser focalizado é projetado sobre a camada de material de construção, e o ponto de laser é deslocado sobre uma região da dita camada com a finalidade de fundir progressivamente o material nessa região. Essa região corresponde a uma seção transversal do produto a ser formado, através do que a fusão do material de construção nessa região cria um pedaço do produto. A seguir, a área de construção é abaixada e uma nova camada de material de construção é aplicada, sustentada pelo material de construção fundido e pelo pó que a circunda. Ao repetir essas etapas, o produto é construído pedaço por pedaço, até que seja finalizado. Existem pelo menos quatro mecanismos de fusão diferentes que são usados em processos de PBF, a saber: sinterização em estado sólido, sinterização quimicamente induzida, sinterização de fase líquida e fusão completa. Em processos comercialmente usados, a sinterização de fase líquida e a fusão tendem a ser predominantes. Os exemplos de processos e sistemas de SLS são revelados nos documentos US-2014/0079916-A1 e US-6215093-B1.

[006] Uma outra tecnologia de AM que envolve o uso de feixes de energia eletromagnética (tipicamente feixes de laser) é o denominado processo de deposição de feixe (BD). Nesse tipo de processo, o material de construção é aquecido enquanto está sendo depositado, pela aplicação de um feixe de energia ao material de construção. Enquanto que no processo de PBF descrito acima, o material de construção é primeiro depositado em uma camada e, então, seletivamente aquecido pelo feixe de energia, em processos de BD, o material está sendo aquecido e fundido conforme está sendo depositado. Os processos de BD incluem processos de deposição de metal baseada em laser (LBMD), que envolvem tipicamente uma cabeça de deposição que integra um ou mais bocais de pó e elementos óticos de laser. O processo envolve o movimento relativo controlado entre a cabeça de deposição e um substrato, pelo movimento da cabeça de deposição, do substrato ou de ambos. Um exemplo de um sistema de deposição de feixe é revelado no documento US- 2012/0138258-A1. Os exemplos de bocais de deposição de pó são revelados nos documentos US-2014/0015172-A1 e WO-2008/003942- A2.

[007] O documento US-2013-0168902-A1 revela um sistema de fusão em leito de pó no qual a área de fusão é detectada por um dispositivo de sensor, para o propósito de controle de qualidade.

[008] O documento US-2012/0266814-A1 descreve como, a fim de depositar um revestimento relativamente largo, isso precisa ser feito pela sobreposição de uma série de recobrimentos lado a lado. Explica-se acima que se apenas o diâmetro do feixe de laser for aumentado, então, a temperatura no centro do agrupamento fundido é tal que níveis altos de vaporização de material aditivo possam ocorrer, ou o substrato pode fundir para uma profundidade excessiva. Adicionalmente, o material de substrato circundante pode ser rompido por uma profundidade excessiva, etc. O documento descreve um sistema no qual o feixe de laser é conformado em um aparelho de conformação de feixe que envolve um espelho plano e um elemento ótico de difração, com a finalidade de fornecer distribuição de energia de feixe diferente da gaussiana tradicional, para aprimorar o processo. Por exemplo, a intensidade pode ser disposta para ser relativamente alta na borda anterior do ponto de laser ou nas bordas do ponto de laser.

[009] O documento US-2013/0300035-A1 revela um sistema de fusão em leito de pó e enfatiza a necessidade de controlar a temperatura do material de construção irradiado a fim de evitar deformações geométricas e rachaduras e assegurar uma fusão completa. Isso também menciona a necessidade de reduzir o tempo de produção e a necessidade de varrer o feixe da forma mais eficiente possível sobre a área selecionada. Isso menciona como um padrão de varredura pode ser usado tendo linhas paralelas e como há uma necessidade de considerar o calor de linhas anteriormente varridas, o que pode ser feito pela variação de potência ou velocidade de feixe. O documento propõe um método que envolve cálculos relacionados a uma trajetória de feixe estabelecida e um feixe imaginário. A invenção revelada neste documento se refere a um método em que a deposição de energia do feixe a ser usado pode ser pré- ajustada com base em cálculos.

[0010] O documento US-2011/0305590-A1 revela uma disposição de deposição de feixe onde, em uma modalidade, a radiação de laser é processada com a finalidade de gerar uma região de intensidade relativamente alta usada para consolidar o pó, e uma região de intensidade relativamente baixa usada para aquecer um substrato para mitigar a distorção do substrato durante a fabricação.

[0011] Em geral, a fusão da região ou porção selecionada de uma camada é obtida pela varredura do feixe de laser sobre a região que segue uma trajetória de feixe, de modo que o ponto de laser projetado sobre a camada seja deslocado sobre a superfície da camada para aquecer subsequentemente diferentes porções da região, tipicamente uma pluralidade de faixas paralelas, até que toda a região tenha sido aquecida e fundida ao ponto desejado. O documento US- 2004/0099996-A1 ensina um exemplo de como a energia de radiação é aplicada em faixas. O documento US-2006/0215246-A1 revela como existem dois tipos de varredura a laser comumente realizados em sistemas de prototipação rápida: varredura por rastreamento e varredura vetorial. O documento US- 2004/0200816-A1 também ensina que a varredura por rastreamento e/ou a varredura vetorial foram usadas para preencher a área a ser fundida, por exemplo, através da fusão do pó ao longo de um esboço da seção transversal de maneira vetorial antes ou após uma varredura por rastreamento que preenche a área. Esse documento sugere o uso de uma retroalimentação com imagem térmica para controlar temperatura, por exemplo, pelo controle de potência de feixe e/ou velocidade de varredura.

[0012] O documento US-2003/0127436-A1 ensina uma maneira de reduzir o tempo de construção de um artigo pela redução do número de linhas de varredura por rastreamento requeridas para cada seção transversal do artigo.

[0013] O documento US-2003/0028278-A1 ensina varredura por rastreamento com uma distância selecionada de linha à linha entre as varreduras, com a localização das linhas de varredura substancialmente centralizadas entre as localizações das linhas de varredura nas camadas anteriores. Por meio disso, o número de varreduras requerido para a formação de um artigo pode ser reduzido, sem degradar a resistência estrutural.

[0014] O documento DE-10112591-A1 ensina alguns padrões de varredura a laser alternativos no contexto de fabricação aditiva.

[0015] O documento US-5904890-A ensina a adaptação da velocidade com a qual o feixe de laser e o ponto de laser são deslocados ao longo das linhas do padrão de varredura, dependendo do comprimento das linhas, a fim de alcançar uma distribuição de densidade mais homogênea.

[0016] O documento US-2013/0216836-A1 ensina, no contexto de um processo de fusão/sinterização, o uso de uma trajetória de varredura não linear para reduzir o tempo em que o feixe da fonte de radiação eletromagnética atravessa uma área.

[0017] O documento US-2014/0154088-A1 ensina a relação entre orientação de grão secundária e padrão de varredura de um feixe de energia.

[0018] O documento DE-102009015282-A1 ensina a aplicação de diferentes quantidades de energia a diferentes porções da camada que está sendo seletivamente sinterizada ou fundida, com base em uma função ou em dados em uma tabela. Por meio disso, as características mecânicas do produto podem ser aprimoradas.

[0019] Os documentos US-2011/0168090-A1 e US- 2011/0168092-A1 ensinam aparelhos de deposição a laser que têm bocais de aspersão largos, de modo que um revestimento relativamente largo de espessura uniforme possa ser depositado. Os bocais largos são combinados com um feixe de laser largo, que pode ser obtido por meio de técnicas de manipulação de feixe como, por exemplo, varredura.

[0020] O documento US-2010/0036470-A1 revela processos para fabricação à base de laser de eletrodos e menciona o controle de processo por parâmetros que incluem energia de laser e tamanho de ponto de laser. O documento US- 2008/0296270-A1 revela a deposição de metal direta com o uso um laser e bocal de pó, com um sistema de controle para controlar os parâmetros de processo que incluem potência de laser e velocidade transversal. Ademais, a potência de feixe de laser é mencionada como um parâmetro do processo. O documento US-2006/0032840-A1 ensina a adaptação da potência de laser com base em controle de retroalimentação. O documento US-2009/0206065-A1 ensina processamento de pó a laser com ajuste de parâmetros de processo que incluem potência de laser e/ou tamanho de ponto de laser. O documento US-2002/0065573- A1 menciona os parâmetros como potência de laser, diâmetro de feixe, distribuição temporal e espacial do feixe, tempo de interação e taxa de fluxo de pó. O documento propõe o uso de um laser de diodo para resposta rápida e sintonia fina para o processo em uma taxa rápida.

[0021] O documento WO-2014/071135-A1 ensina, no contexto de fabricação aditiva, o conceito de modular apropriadamente um pulso de feixe de laser para controlar precisa e acuradamente a quantidade de calor aplicado a um material de pó, particularmente, para o propósito de alcançar controle muito mais estreito das características do objeto final produzido pelo método.

[0022] O documento US-2006/0119012-A1 ensina um método para produzir partes com o uso sinterização a laser em que um pó fundível é exposto a uma pluralidade de varreduras a laser em níveis de energia controlados e por períodos de tempo para fundir e densificar o pó.

[0023] O documento CN-1648802-A revela o uso de um feixe de energia alta para sinterizar ou fundir e depositar material sucessivamente. O documento parece ensinar a varredura rápida com o uso de um feixe de elétron. Através de uma ou várias armações de varredura, o material na área de formação tem sua temperatura sincronizadamente elevada para alcançar a temperatura de sinterização ou nova fusão para deposição sobre a área de formação antes do resfriamento sincronizado. Acredita-se que isso reduza o estresse por calor e eleve a precisão e a qualidade de formação.

[0024] O documento US-2010/0007062-A1 revela o pré-aquecimento homogêneo do material em pó pela varredura com um feixe de energia alta ao longo de trajetórias predeterminadas sobre uma área de pré-aquecimento.

[0025] O documento DE-10208150-B4 ensina que a aspereza da superfície do objeto que é produzido pode ser reduzida ao permitir que o feixe de laser que varre a porção correspondente da camada de pó oscile para frente e para trás na direção de seu movimento geral ao longo da faixa, aquecendo, por meio disso, a mesma porção várias vezes. O documento também ensina que um movimento na direção lateral pode ser adicionado a este movimento na direção longitudinal da faixa, para o propósito de definir ou variar a largura da faixa. O método que inclui o movimento do ponto de laser para frente e para trás ao longo da faixa também pode ser usado para outras partes da camada que é fundida, não apenas para a que define a superfície do objeto. A velocidade, o tamanho ou a potência do ponto de laser pode ser modificado durante esse movimento para frente e para trás. O documento indica que o laser pode criar figuras móveis de Lissajous.

[0026] O documento US-2003/0075529-A1 revela o uso de elementos óticos de focalização ajustável para controlar a geometria de feixe no contexto de um processo de deposição de feixe. Os parâmetros como largura de pista e distribuição de intensidade podem ser controlados. Um elemento vibratório ou oscilante pode ser usado de modo que a largura da pista possa ser determinada pelo ajuste da amplitude da oscilação.

[0027] O documento US-2001/0002287-A1 ensina o uso de elementos óticos de conformação de feixe para criar feixes de laser não simétricos, incluindo feixes de laser com uma porção anterior que tem uma intensidade de feixe de laser superior a uma porção posterior, impondo um gradiente térmico mediante o material depositado durante a ressolidificação.

[0028] O documento US-2012/0267345-A1 ensina como, no contexto de fabricação aditiva, o formato em seção transversal do feixe de laser é ajustado durante o processo para controlar a distribuição de energia, com o uso um meio reflexivo deformável como um espelho deformável.

[0029] Não apenas um feixe de laser, mas também um feixe de elétron pode ser usado para fabricação aditiva. Entretanto, no caso de um feixe de elétron, a seção transversal do feixe não pode ser conformada com o uso de elementos óticos da mesma maneira que com um feixe de laser, e uma abordagem diferente precisa ser adotada. O documento WO-2004/056509-A1 ensina, inter alia, o uso de um feixe de elétron para produzir um objeto tridimensional, e sugere o uso de um termo de interferência a fim de fornecer uma distribuição de calor mais favorável em uma área em torno do ponto focal ou de fornecer um traço ampliado. O uso de um movimento com um componente em uma direção perpendicular à direção de movimento principal pode ser especialmente vantajoso no contexto de um feixe de elétron, a fim de fornecer algum tipo de ponto aquecido eficaz que é mais largo que o ponto focal do feixe de elétron, ou seja, similar ao que pode ser alcançado pelo uso de elementos óticos apropriados quando o feixe de energia é um feixe de laser. A varredura de um feixe de elétron para criar figuras mais ou menos complexas é bem conhecida na técnica, consulte, por exemplo, como esse conceito foi implementado por décadas em tubo de raios catódicos. É bem conhecido na técnica o controle da direção de feixes de elétron com o uso de campos magnéticos, sem a necessidade de deslocamento físico de componentes.

[0030] Como explicado, por exemplo, no documento US-2002/0145213-A1, a sinterização a laser seletiva tem sido tradicionalmente baseada em uma abordagem de ponto a ponto ou local. O documento US-2002/0145213-A1 sugere uma técnica diferente, com base na criação de imagens de toner de pó transferível de um pó de aglutinação e pelo menos um pó modificador de acordo com o projeto de CAD correspondente. A construção do objeto ocorre área por área, em vez de ponto por ponto.

[0031] O documento US-2008/0038396-A1 ensina a produção de objetos tridimensionais pela solidificação de um material de construção com o uso de radiação eletromagnética. A entrada de energia é através de uma unidade de imageamento que compreende um número predeterminado de pixels.

[0032] O documento US-2003/0052105-A1 sugere uma abordagem de pixel para sinterização a laser, incluindo, por exemplo, o uso de um dispositivo de microespelho digital.

[0033] O documento US-2002/0051853-A1 revela a produção de um objeto camada por camada, com o uso um único feixe de laser para esboçar os recursos do objeto que é formado e, então, uma série de feixes de laser igualmente espaçados para preencher rapidamente nas regiões sem recursos, acelerando, por meio disso, o processo.

[0034] O documento WO-2014/016402-A1 revela um dispositivo que compreende uma cabeça galvonométrica com capacidade de conduzir um feixe de laser em direção a cada ponto de uma zona de sinterização máxima de um campo de sinterização quando a dita cabeça galvonométrica é posicionada em uma posição predeterminada. O dispositivo compreende adicionalmente limitar os meios com capacidade de limitar a condução do feixe de laser para uma zona de sinterização eficaz situada dentro da dita zona de sinterização máxima, e meios de movimento para mover a dita cabeça galvonométrica em um plano paralelo ao plano do dito campo de sinterização, permitindo que a dita cabeça galvonométrica seja posicionada em pelo menos duas posições diferentes, em que uma zona de sinterização eficaz é associada à cada posição da dita cabeça galvonométrica.

[0035] O documento CN-103567441-A revela um método para sinterização a laser em que o tamanho do ponto de laser é modificado durante o processo para acelerar o processo.

[0036] O documento CN-203227820-U revela um método em que o tamanho do ponto de laser é modificado durante o processo para adaptar o tamanho à largura do componente que é fabricado.

[0037] O documento US-5753171-A ensina o uso de um dispositivo de focalização variável através do que o foco do feixe de luz pode ser variado durante a solidificação de uma camada, de modo que diferentes partes da camada sejam submetidas ao tratamento por calor com diferentes diâmetros de feixe.

[0038] O documento WO-2014/006094-A1 revela um método que compreende uma etapa de adquirir o esboço geométrico de uma seção bidimensional a ser fundida; uma etapa de determinação de uma trajetória de referência a partir do dito esboço geométrico da seção, em que a dita trajetória de referência tem um formato que é correlacionado ao formato do dito contorno geométrico; uma etapa de determinação de um conjunto de trajetórias com base na dito trajetória de referência; e uma etapa de controle do feixe de laser de modo que se mova ao longo do conjunto de trajetórias predeterminadas de acordo com uma estratégia de movimento que define uma ordem das trajetórias ao longo das quais se mover, e, para cada trajetória, um ponto a partir qual começa a se mover. Esse método tem como objetivo melhorar a produtividade.

[0039] O documento US-2013/0270750-A1 reconhece que a velocidade do processo não pode ser aumentada simplesmente pelo aumento de potência e/ou velocidade de varredura: a potência aumentada pode acabar produzindo vaporização, enquanto que a velocidade de varredura aumentada reduz o tempo de permanência que pode, por fim, ser muito curto. Esse documento sugere uma abordagem com base no uso9 simultâneo de dois feixes de laser.

[0040] O documento US-2005/0186538-A1 ensina que o tempo de produção pode ser reduzido quando a energia de um feixe de alta energia é acoplada no material em uma pluralidade de etapas. Na primeira etapa, a energia é acoplada em uma certa posição na camada de material até que a respectiva porção da camada na dita posição tenha sido aquecida para uma temperatura logo abaixo de seu ponto de fusão. Na etapa final de acoplamento em energia, o feixe, então, aquece a dita porção acima do ponto de fusão, fundindo, por meio disso, o material na camada abaixo do mesmo. Dessa maneira, o produto a ser produzido é formado.

[0041] O documento WO-2013/079581-A1 revela como a entrada de energia por unidade de tempo pode ser variada como uma função do respectivo sítio de irradiação na camada de pó, considerando a capacidade de remoção de calor de uma região circundante definida diretamente. A entrada de energia é apropriadamente modulada de modo automático pela configuração dos parâmetros de irradiação como densidade energética da radiação no sítio de irradiação e/ou duração da irradiação do sítio de irradiação.

[0042] O documento DE-10320085-A1 se refere a processos de sinterização a laser ou fusão a laser e discute a adaptação do aquecimento a laser pela adaptação de recursos como densidade de potência, velocidade de varredura, largura da faixa, distância entre as faixas, diâmetro de feixe de laser e potência de feixe, durante a produção de um objeto.

[0043] O documento US-2004/0094728-A1 revela um sistema no qual o escâner é móvel acima de uma plataforma sobre a qual o objeto está sendo formado, com a finalidade de permitir a produção de objetos grandes com boa qualidade.

[0044] O documento WO-2014/037281-A2 revela um método e um sistema para endurecimento a laser das superfícies de peças de trabalho, com um foco especial em virabrequins. O endurecimento a laser de aço é um conceito bem conhecido, mas algumas peças de trabalho são problemáticas devido à presença de regiões mais sensíveis ao calor que podem sofrer danos quando aquecidas pelo feixe de laser. Por exemplo, no caso de virabrequins, um problema reside na presença de porções mais sensíveis ao calor como as áreas adjacentes aos orifícios de lubrificação de óleo. O documento WO-2014/037281-A2 ensina como esse problema e problemas similares podem ser superados pelo uso de um ponto de laser eficaz com uma distribuição de energia bidimensional que pode ser dinamicamente adaptada para evitar o superaquecimento das subáreas mais sensíveis ao calor.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0045] Um primeiro aspecto da invenção se refere a um método para produzir um objeto, em que o método compreende as etapas de: a) suprir material de construção; e b) fundir o material de construção com o uso de um feixe de luz; em que as etapas a) e b) são executadas com a finalidade de produzir progressivamente o objeto a partir do material de construção fundido; em que na etapa b), o feixe é projetado sobre o material de construção com a finalidade de produzir um ponto principal no material de construção, em que o feixe é repetitivamente varrido em duas dimensões de acordo com um primeiro padrão de varredura com a finalidade de estabelecer um ponto eficaz no material de construção, em que o dito ponto eficaz tem uma distribuição de energia bidimensional, e em que o dito ponto eficaz é deslocado em relação ao objeto que é produzido para produzir progressivamente o objeto através da fusão do material de construção.

[0046] O material de construção pode ser qualquer material de construção adequado para fabricação aditiva pela fusão por calor aplicado com um feixe de luz, como um feixe de laser. Em muitas modalidades da invenção, o material de construção é suprido em forma de pó. Em muitas modalidades da invenção, o material de construção é selecionado do grupo que compreende metais, polímeros, cerâmicas e compósitos, e misturas ou combinações dos mesmos.

[0047] O termo fusão (fundir, etc.) não deve ser interpretado de maneira limitada e abrange qualquer alteração do material de construção suprido adequado para fabricação de um objeto a partir disso. No presente documento, o conceito "fusão" abrange mecanismos de fusão como sinterização em estado sólido, ligação quimicamente induzida, sinterização de fase líquida e fusão completa.

[0048] O feixe de luz é um feixe de radiação eletromagnética, por exemplo, um feixe de laser. O ponto de laser eficaz pode ser criado e adaptado com o uso, por exemplo, de qualquer uma das técnicas descritas no documento WO- 2014/037281-A2, que é incorporado no presente documento a título de referência. Enquanto que o documento WO-2014/037281- A2 tem como foco o endurecimento a laser de peças de trabalho anteriormente produzidas, como virabrequins, que apresentam subáreas sensíveis ao calor como as áreas adjacentes aos orifícios de lubrificação de óleo, foi concluído que os princípios revelados no presente documento relacionados à varredura do feixe de laser podem ser aplicados também à área de fabricação aditiva, onde podem ser usados para melhorar a maneira na qual o material de construção é fundido, em termos de velocidade e/ou qualidade.

[0049] Em algumas modalidades da presente invenção, o método é implementado como um método de fusão em leito de pó, por exemplo, como um método de SLS (Sinterização a Laser Seletiva). Em outras modalidades da invenção, o método é implementado como um método de deposição de feixe, por exemplo, como um método de deposição de feixe de laser.

[0050] O deslocamento do ponto eficaz em relação ao objeto que é produzido pode ser executado de acordo com um segundo padrão de varredura. Ou seja, o ponto real/principal, ou seja, o ponto que é produzido pelo feixe em qualquer momento determinado, é varrido de acordo com um primeiro padrão de varredura para criar o ponto eficaz, e esse ponto eficaz pode ser deslocado de acordo com o segundo padrão de varredura. Dessa forma, dois tipos de movimento são combinados ou sobrepostos: o movimento do ponto principal de acordo com o primeiro padrão de varredura e o movimento do ponto eficaz de acordo com o segundo padrão de varredura.

[0051] O termo "distribuição de energia bidimensional" se refere à maneira na qual a energia aplicada pelo feixe de energia é distribuída pelo ponto eficaz, por exemplo, durante uma varredura do feixe ao longo do primeiro padrão de varredura.

[0052] A presente invenção permite uma fusão relativamente rápida de uma área substancial, devido ao fato de que o ponto eficaz pode ter um tamanho substancial, como, por exemplo, mais que 4, 10, 15, 20 ou 25 vezes o tamanho (área) do ponto principal. Dessa forma, o aquecimento de uma certa região ou área do material de construção para alcançar a fusão pode ser realizado mais rapidamente do que se o aquecimento for executado pelo simples deslocamento do ponto principal sobre toda a área, por exemplo, seguindo um padrão de varredura constituído por uma pluralidade de linhas paralelas, dispostas umas próximas das outras. O uso de um ponto eficaz que tem uma área relativamente grande permite alta produtividade enquanto ainda permite que cada porção do material de construção seja aquecida por uma quantidade de tempo relativamente substancial, permitindo assim aquecimento menos agressivo sem comprometer a produtividade. O ponto principal pode ter uma área substancialmente menor que o de um ponto eficaz. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, o ponto principal tem um tamanho de menos que 4 mm2, como menos que 3 mm2, pelo menos durante parte do processo. O tamanho do ponto principal pode ser modificado durante o processo, com a finalidade de otimizar a maneira na qual cada porção específica do objeto está sendo formada, em termos de qualidade e produtividade.

[0053] Por outro lado, o uso de um ponto eficaz criado por varredura do ponto principal repetitivamente em duas dimensões de acordo com um primeiro padrão de varredura torna possível estabelecer um ponto eficaz que tem uma distribuição de energia bidimensional selecionada, que é substancialmente independente dos elementos óticos específicos (lentes, espelhos, etc.) que são usados, e que pode ser personalizada e adaptada para fornecer uma fusão melhorada ou otimizada do material de construção e produção do objeto, a partir de diferentes pontos de vista, incluindo a velocidade com a qual a produção ocorre em termos de kg ou unidades por hora, e qualidade. Por exemplo, o calor pode ser distribuído de modo que uma porção anterior do ponto eficaz tenha uma densidade de energia superior a uma porção posterior, aumentando assim a velocidade com a qual a fusão é iniciada, enquanto que a porção posterior pode servir para manter a fusão por um tempo suficiente para alcançar uma profundidade e/ou qualidade desejada, otimizando assim a velocidade com a qual o ponto eficaz pode ser deslocado em relação ao objeto que é produzido, sem renunciar a qualidade da fusão. Também, a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada em relação aos lados do ponto eficaz, dependendo das características do material de construção ou do objeto nesses lados, por exemplo, com a finalidade de aplicar menos calor em áreas onde o material de construção já apresenta uma temperatura relativamente alta, por exemplo, devido ao aquecimento que ocorreu recentemente, por exemplo, durante uma varredura precedente do ponto eficaz em correspondência com uma área adjacente a um que está sendo atualmente aquecido. Também, o ponto eficaz pode ser adaptado de acordo com o formato do objeto que é formado, por exemplo, o ponto eficaz pode ser feito mais fino (ou seja, menos largo) ou mais largo em uma direção como a direção lateral (ou seja, a direção perpendicular à direção na qual o ponto eficaz está sendo deslocado ao longo do segundo padrão de varredura) quando isso é necessário para a fusão do material de construção em uma certa área do objeto que é produzido, por exemplo, para corresponder à largura da porção do objeto que é produzido naquela área. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, a largura do ponto eficaz pode ser dinamicamente adaptada para corresponder à respectiva dimensão (como largura) da respectiva porção do objeto que é produzido nas diferentes posições ao longo de uma faixa ao longo da qual o ponto eficaz é varrido, enquanto o ponto eficaz é varrido ao longo da faixa. De fato, não apenas a largura geral ou média do ponto eficaz, mas também o formato do ponto eficaz, como a maneira na qual a largura do ponto eficaz varia ao longo do comprimento do ponto eficaz, pode ser dinamicamente adaptada, por exemplo, para corresponder ao formato da respectiva porção do objeto que é formado em cada momento. Por exemplo, a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada de modo que a projeção do ponto eficaz sobre o material de construção apresente um formato adaptado ao formato do objeto que é formado, por exemplo, para adotar um formato de cunha ou similar em correspondência com uma porção estreitada do objeto que é formado, etc.

[0054] O formato do ponto eficaz e/ou a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptado quando for necessário, adaptando por meio disso o processo ao objeto específico que está sendo produzido, e à parte específica do objeto que está sendo produzido em qualquer momento determinado. Em algumas modalidades da invenção, a distribuição de energia bidimensional pode ser variada como uma função do respectivo sítio de irradiação na camada de pó, considerando a capacidade de remoção de calor de uma região circundante. Em algumas modalidades da invenção, a distribuição de energia bidimensional pode ser variada considerando características desejadas do produto em diferentes regiões do produto, como diferentes requisitos sobre porosidade e/ou dureza, por exemplo, dependendo da distância para uma superfície do produto. Isso pode ser útil para acelerar a sinterização de áreas que requerem menos dureza, melhorando, por meio disso, a produtividade.

[0055] Adicionalmente, o uso do ponto eficaz, criado pela varredura do ponto principal em duas dimensões, aumenta a flexibilidade em termos de, por exemplo, adaptação de um sistema a diferentes objetos a serem produzidos. Por exemplo, a necessidade de substituir ou adaptar os elementos óticos envolvidos pode ser reduzida ou eliminada. A adaptação pode ser mais frequentemente executada, pelo menos em parte, através da mera adaptação do software que controla a distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz.

[0056] A expressão "primeiro padrão de varredura" não implica que o ponto principal precisa sempre seguir um e o mesmo padrão de varredura quando se cria o ponto eficaz, mas é meramente destinada a distinguir o padrão de varredura do ponto principal que é usado para criar o ponto eficaz, a partir do padrão com o qual o ponto eficaz é deslocado ou varrido em relação ao objeto que é produzido; o padrão de varredura seguido pelo ponto eficaz é algumas vezes chamado de segundo padrão de varredura.

[0057] Em muitas modalidades da invenção, a velocidade ou a velocidade média com a qual o ponto principal é deslocado de acordo com o primeiro padrão de varredura é substancialmente superior à velocidade com a qual o ponto eficaz é deslocado em relação ao objeto. Uma velocidade alta do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura reduz as oscilações de temperatura dentro do ponto eficaz durante cada varredura do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura.

[0058] Em sistemas da técnica anterior, o agrupamento fundido ou agrupamento, ou seja, a área ou a região onde a fusão está ocorrendo, corresponde substancialmente ao ponto principal projetado pelo feixe no material de construção. Ou seja, em sistemas da técnica anterior, o denominado agrupamento fundido onde o material de construção está sendo fundido tem, em geral, um tamanho que corresponde substancialmente a um do ponto principal, e o agrupamento é deslocado de acordo com o deslocamento do ponto principal, por exemplo, ao longo da circunferência de uma região a ser fundida, ao longo de linhas de varredura por rastreamento que preenchem uma área onde o material de construção deve ser fundido, ou ao longo de uma linha onde material de construção está sendo depositado em um processo de deposição de feixe. Ao contrário, de acordo com a presente invenção, o agrupamento corresponde, de preferência, ao ponto eficaz, ou a uma porção substancial do mesmo. Por exemplo, em muitas modalidades da invenção, o agrupamento tem uma largura que corresponde substancialmente à largura do ponto eficaz (em uma direção perpendicular à direção na qual o ponto eficaz está sendo deslocado), e o agrupamento é, em geral, deslocado de acordo com o deslocamento do ponto eficaz. Ou seja, em vez de ser deslocado de acordo com o deslocamento do ponto principal que segue o primeiro padrão de varredura, o agrupamento é deslocado de acordo com o deslocamento do ponto eficaz, como seguindo o segundo padrão de varredura.

[0059] Obviamente, a presente invenção não exclui a possibilidade de executar parte do processo de fusão que opera com o ponto principal de uma maneira convencional. Por exemplo, o ponto principal pode ser deslocado para executar a fusão em correspondência com o esboço ou contorno de uma região a ser fundida, ou para executar fusão em correspondência com certos detalhes do objeto que é produzido, enquanto que o ponto eficaz descrito acima pode ser usado para executar a fusão de outras partes ou regiões, como o interior ou a porção principal de uma região a ser fundida. O elemento versado na técnica escolherá a extensão na qual o ponto eficaz em vez do ponto principal será usado para criar o agrupamento, dependendo de questões como produtividade e a necessidade de personalizar cuidadosamente o esboço de uma região a ser fundida ou uma certa porção de um objeto que é produzido. Por exemplo, é possível usar o ponto principal para esboçar uma região a ser fundida e para fundir o limite entre essa região e as regiões onde o material de construção não deve ser fundido, enquanto o ponto eficaz é usado para fundir o material de construção dentro da região esboçada. Em algumas modalidades da invenção, durante o processo, o primeiro padrão de varredura pode ser modificado para reduzir o tamanho do ponto eficaz até termine correspondendo ao ponto principal, e vice-versa.

[0060] Ou seja, não é necessário usar o ponto eficaz para executar toda a fusão que precisa ocorrer quando se produz o objeto. Entretanto, pelo menos parte da fusão de material de construção é executada com o uso do ponto eficaz descrito acima. Por exemplo, pode ser preferencial que, quando se produz um objeto, durante pelo menos 50%, 70%, 80% ou 90% do tempo durante o qual o feixe é aplicado ao material de construção, o mesmo seja aplicado com a finalidade de estabelecer o ponto eficaz da invenção.

[0061] Em algumas modalidades da invenção, a distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz é dinamicamente adaptada durante o deslocamento do ponto eficaz em relação ao objeto que é produzido. Por meio disso, a adaptação do ponto eficaz à área ou região do objeto que está sendo atualmente produzido pode ser realizada. A expressão "adaptação dinâmica" pretende denotar o fato de que a adaptação pode ocorrer dinamicamente durante o deslocamento do ponto eficaz, ou seja, "em processo", sem interromper o processo para, por exemplo, comutar entre diferentes elementos óticos, e sem comutação entre diferentes feixes de luz. Diferentes meios podem ser usados para alcançar esse tipo de adaptação dinâmica, alguns dos quais são mencionados abaixo. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, o sistema de varredura pode ser operado para alcançar a adaptação dinâmica (por exemplo, pela adaptação da operação de espelhos galvânicos ou outros meios de varredura, com a finalidade de modificar o primeiro padrão de varredura e/ou a velocidade do ponto principal ao longo do padrão de varredura ou ao longo de um ou mais segmentos ou porções dos mesmos), e/ou a potência de feixe e/ou o tamanho do ponto principal pode ser adaptado. O controle de ciclo aberto ou ciclo fechado pode ser usado para controlar a adaptação dinâmica. A adaptação dinâmica pode afetar a maneira na qual a energia é distribuída dentro de uma determinada área do ponto de laser eficaz, e/ou o formato real do ponto de laser eficaz, e pode, muitas vezes, afetar o tamanho e/ou o formato do agrupamento. Por exemplo, o comprimento do ponto eficaz (por exemplo, ao longo da direção de movimento do ponto eficaz) e/ou a largura do ponto eficaz (por exemplo, perpendicularmente à direção de movimento do ponto eficaz) pode ser adaptado dinamicamente durante o processo, e/ou os "orifícios" (ou seja, áreas onde nenhuma energia ou apenas muito pouca energia é aplicada) podem ser estabelecidos dentro do ponto eficaz em correspondência com áreas onde nenhuma fusão do material de construção é desejada. O tamanho e o formato do agrupamento podem ser determinados pela distribuição de energia bidimensional.

[0062] Em algumas modalidades da invenção, a distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz é dinamicamente adaptada durante o deslocamento do ponto eficaz ao longo de uma faixa, por exemplo, para adaptar a largura do ponto eficaz a uma dimensão correspondente de uma porção do objeto que é produzido.

[0063] Em algumas modalidades da invenção, a adaptação dinâmica ocorre uma vez ou uma pluralidade de vezes, por exemplo, continuamente, durante uma varredura do ponto eficaz ao longo de uma faixa, como ao longo do segundo padrão de varredura ou uma porção do mesmo, por exemplo, ao longo de uma porção reta ou curva do segundo padrão de varredura. Por exemplo, a largura do ponto eficaz pode ser adaptada uma ou mais vezes, como continuamente, durante uma varredura do ponto eficaz ao longo da dita faixa, como ao longo de uma porção reta ou curva do segundo padrão de varredura.

[0064] Em algumas modalidades da invenção, a adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz é executada pela adaptação da potência do feixe, como pelo desligamento e ligamento seletivos do feixe. Isso inclui a interrupção do feixe em sua fonte, bem como em outras opções como a interrupção do feixe por interferência na trajetória do feixe, por exemplo, com um obturador, e combinações dos mesmos. Por exemplo, quando se usa um laser como um laser de fibra, o feixe de laser pode ser ligado e desligado muito rapidamente, tornando possível, dessa forma, obter uma distribuição de energia desejada através do ligamento e do desligamento do feixe de laser enquanto segue o padrão de varredura. Dessa forma, o aquecimento pode ser alcançado através do ligamento do feixe de laser durante certas linhas ou partes de linhas do padrão de varredura. Por exemplo, uma abordagem pixelizada pode ser adoptada, de acordo com a qual a distribuição de energia bidimensional é determinada pelo estado ligado/desligado do laser durante as diferentes porções ou segmentos do primeiro padrão de varredura.

[0065] Em algumas modalidades da invenção, a adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz é executada pela adaptação do primeiro padrão de varredura.

[0066] Em algumas modalidades da invenção, a adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz é executada pela adaptação da velocidade com a qual o ponto principal se move ao longo de pelo menos uma porção do primeiro padrão de varredura.

[0067] Ou seja, a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada pela adaptação, por exemplo, da potência do feixe, por exemplo, pela comutação entre diferentes estados de potência como entre ligado e desligado, e/ou pela adaptação do padrão de varredura, por exemplo, adição ou saída de segmentos, ou modificação da orientação e/ou do comprimento de segmentos, ou alteração completa de um padrão para um outro, e/ou pela adaptação da velocidade com a qual o feixe se move ao longo do padrão de varredura, como ao longo de um ou mais segmentos dos mesmos. A escolha entre diferentes meios para adaptar a distribuição de energia bidimensional pode ser feita com base em circunstâncias como a capacidade do equipamento em alterar rapidamente entre estados de potência do feixe, e na capacidade de o escâner modificar o padrão a ser seguido e/ou a velocidade com a qual o ponto principal se move ao longo do padrão de varredura.

[0068] Em algumas modalidades da invenção, o foco do feixe é dinamicamente adaptado durante o deslocamento do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura e/ou durante o deslocamento do ponto eficaz em relação ao objeto que é produzido. Por exemplo, o foco do feixe de luz ao longo do eixo geométrico ótico pode ser dinamicamente modificado durante o processo, por exemplo, com a finalidade de variar ou manter o tamanho do ponto principal enquanto o mesmo está sendo deslocado ao longo do primeiro padrão de varredura, e/ou enquanto o ponto de laser eficaz está sendo deslocado em relação ao objeto que é produzido. Por exemplo, o foco ótico pode ser adaptado para manter o tamanho do ponto principal constante enquanto o ponto principal está se movendo sobre a superfície do objeto que é produzido (por exemplo, para compensar as distâncias variantes entre o escâner e a posição do ponto de luz principal no objeto que é produzido).

[0069] Em algumas modalidades da invenção, o tamanho do ponto principal é dinamicamente adaptado durante o deslocamento do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura e/ou durante o deslocamento do ponto eficaz em relação ao objeto que é produzido, com a finalidade de modificar a distribuição de energia bidimensional e/ou o tamanho do ponto eficaz.

[0070] Em algumas modalidades da invenção, durante pelo menos um estágio do método, o ponto eficaz compreende uma porção anterior que tem uma densidade de energia superior a uma porção posterior do ponto eficaz (essa disposição pode ser preferencial quando se deseja alcançar rapidamente uma certa temperatura e, posteriormente, fornecer entrada de energia suficiente para, por exemplo, manter o material na temperatura requerida por uma certa quantidade de tempo), ou o ponto eficaz compreende uma porção anterior que tem uma densidade de energia inferior a uma porção posterior do ponto eficaz (essa disposição pode ser preferencial quando se deseja primeiro pré-aquecer o material por algum tempo, antes de fazer com que o mesmo alcance uma certa temperatura, como uma na qual a fusão do material de construção ocorre). Em algumas modalidades da invenção, o ponto eficaz compreende uma porção intermediária que tem uma densidade de energia superior a uma porção anterior e uma porção posterior do ponto eficaz. Em algumas modalidades da invenção, o ponto eficaz apresenta uma distribuição de energia substancialmente uniforme, com uma densidade de energia substancialmente constante por todo o ponto eficaz.

[0071] Conforme indicado acima, a distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada dinamicamente enquanto o método está sendo executado, por exemplo, de modo que seja diferente em relação a diferentes porções do objeto que está sendo produzido, e essa adaptação pode ser executada não apenas em um começo e/ou em um fim de uma faixa seguida pelo ponto eficaz, mas também dentro da faixa. Por exemplo, a distribuição de energia bidimensional pode ser dinamicamente adaptada de acordo com o formato da porção do objeto que é formado em cada momento, por exemplo, como uma função da largura da porção a ser formada, considerando os orifícios ou as aberturas no objeto que é formado, etc.

[0072] Em algumas modalidades da invenção, a velocidade média do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura é substancialmente superior à velocidade média com a qual o ponto eficaz é deslocado em relação ao objeto que é produzido. Por exemplo, a velocidade média do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura pode, de preferência, ser pelo menos dez vezes superior, com mais preferência, pelo menos 100 vezes superior, à velocidade média com a qual o ponto eficaz é deslocado em relação ao objeto que é produzido. Uma velocidade alta do ponto principal reduz as oscilações de temperatura dentro do ponto eficaz durante uma varredura do ponto principal ao longo do primeiro padrão de varredura.

[0073] Em algumas modalidades da invenção, o feixe é varrido de acordo com o dito primeiro padrão de varredura de modo que o dito primeiro padrão de varredura seja repetido pelo feixe com uma frequência de mais que 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 ou 300 Hz (isto é, repetições do padrão de varredura por segundo). Uma taxa de repetição alta pode ser apropriada para reduzir ou impedir oscilações de temperatura não desejadas nas áreas que são aquecidas pelo ponto eficaz, entre cada ciclo de varredura, ou seja, entre cada varredura do feixe ao longo do primeiro padrão de varredura. Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura permanece constante e, em outras modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura é modificado entre algumas ou todas as varreduras do feixe ao longo do padrão de varredura.

[0074] Em algumas modalidades da invenção, o tamanho (ou seja, a área) do ponto eficaz, como o tamanho médio do ponto eficaz durante o processo ou o tamanho do ponto eficaz durante pelo menos um momento do processo, como o tamanho máximo do ponto eficaz durante o processo, é mais que 4, 10, 15, 20 ou 25 vezes o tamanho do ponto principal. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, um ponto principal que tem um tamanho na ordem de 3 mm2 pode ser usado para criar um ponto eficaz que tem um tamanho de mais que 10 mm2, como mais que 50 ou 100 mm2. O tamanho do ponto eficaz pode ser dinamicamente modificado durante o processo, mas um tamanho médio grande pode, muitas vezes, ser preferencial para melhorar a produtividade, e um tamanho máximo grande pode ser útil para melhorar a produtividade durante pelo menos parte do processo, por exemplo, quando se produz/funde grandes áreas internas de um objeto que é produzido.

[0075] Em algumas modalidades da invenção, as etapas a) e b) são executadas repetidamente em uma pluralidade de ciclos, em que cada ciclo compreende: - executar a etapa a), suprindo o material de construção como uma camada; - executar a etapa b) com a finalidade de fundir o material de construção em uma região da dita camada, em que a dita região corresponde a uma seção transversal do objeto que é produzido.

[0076] Por meio disso, com o uso dessa abordagem, o objeto cresce pedaço por pedaço, em que cada pedaço tem uma espessura que corresponde à espessura da porção fundida da camada. Por exemplo, essa modalidade pode abranger a implementação da invenção como um processo de fusão em leito de pó, por exemplo, como um processo de SLS. O material de construção pode, por exemplo, ser colocado em uma plataforma, que é deslocada para baixo por uma distância que corresponde à espessura da região fundida, cada vez que a etapa b) foi executada. O material de construção pode estar em forma de pó e ser distribuído em uma camada que tem uma espessura predeterminada que usa, por exemplo, um rolete de alavanca de pó de rotação contrária.

[0077] Em algumas modalidades da invenção, as etapas a) e b) são executadas paralelamente, de modo que o material de construção seja fundido pelo ponto eficaz conforme está sendo suprido, fornecendo um crescimento progressivo contínuo do objeto que é produzido. Essa opção abrange os processos de deposição de feixe. Por exemplo, o material de construção pode ser suprido em forma de pó e aquecido pelo feixe com a finalidade de fundir, formando um agrupamento fundido. O objeto que é produzido ou um substrato no qual o mesmo será produzido pode ser movido em relação ao feixe de laser enquanto o material de construção continua a ser entregue, através do que um rastro do material de construção fundido é formado, resfria e se solidifica.

[0078] O método pode ser executado sob o controle de um computador, com dados de entrada que incluem aqueles que definem a estrutura do objeto a ser produzido, por exemplo, dados de CAD relacionados à estrutura do objeto a ser produzido.

[0079] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura é um padrão de varredura poligonal que compreende uma pluralidade de linhas. Por exemplo, o primeiro padrão de varredura pode ser um polígono como um triângulo, um quadrado ou um retângulo, um pentágono, um hexágono, um heptágono, um octógono, etc. O polígono não precisa ser um polígono perfeito, por exemplo, as linhas que constituem o polígono podem, em algumas modalidades, ser mais ou menos curvadas e as bordas do polígono onde as linhas se encontram podem ser redondas, etc.

[0080] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura compreende uma pluralidade de linhas, como uma pluralidade de linhas retas ou curvas, que, em algumas modalidades da invenção, são dispostas substancialmente paralelas entre si. Em algumas modalidades da invenção, existem duas, três, quatro ou mais dessas linhas.

[0081] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura compreende pelo menos três segmentos, e a dita varredura do feixe de energia é executada de modo que o dito feixe ou ponto siga pelo menos um dos ditos segmentos mais frequentemente do que segue pelo menos um outro dentre os ditos segmentos. Essa disposição é vantajosa de modo que acentua a flexibilidade e a maneira na qual o padrão de varredura pode ser usado para fornecer uma distribuição de energia adequada e, quando for desejado, simétrica ou substancialmente simétrica. Por exemplo, um dos ditos segmentos pode ser usado como uma trajetória ou ponte seguida pelo feixe quando se move entre dois outros segmentos, de modo que a transferência do ponto projetado pelo feixe entre diferentes porções (como um fim e um começo) do padrão de varredura possa ser realizada com o uso de segmentos (como segmentos intermediários) do primeiro padrão de varredura para a transferência, através do que a transferência pode, muitas vezes, ser realizada sem desligar o feixe e sem distorcer a simetria da distribuição de energia bidimensional, quando tal simetria é desejada.

[0082] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura compreende pelo menos três linhas curvas ou retas substancialmente paralelas distribuídas uma após a outra em uma primeira direção, em que as ditas linhas se estendem em geral em uma segunda direção, em que as ditas pelo menos três linhas compreendem uma primeira linha, pelo menos uma linha intermediária e uma última linha dispostas uma após a outra na dita primeira direção, em que a dita varredura do feixe é realizada de modo que o dito feixe ou ponto siga a dita linha intermediária mais frequentemente do que o dito feixe segue a dita primeira linha e/ou a dita última linha. Ou seja, por exemplo, o feixe pode, em média, seguir a dita linha intermediária duas vezes tão frequentemente quanto segue a dita primeira linha e a dita última linha, por exemplo, o feixe pode percorrer ao longo da linha intermediária cada vez que se move da primeira linha em direção à última linha e vice-versa. Ou seja, a(s) linha(s) intermediária(s) pode(m) servir como um tipo de ponte seguida pelo ponto projetado quando se move entre a primeira e a última linha.

[0083] Foi concluído que essa disposição é prática e fácil de implementar, e foi concluído que as distribuições de energia adequadas podem, muitas vezes, ser obtidas através da adaptação de velocidade de varredura e sem adaptar substancialmente a potência do feixe. Também é possível modificar a potência do feixe durante a varredura com a finalidade de personalizar a distribuição de energia, mas a comutação rápida da potência não é sempre possível ou desejável, e tendo o feixe, como um feixe de laser, em um nível de potência baixo ou desligado durante partes substanciais do ciclo de varredura pode implicar um uso abaixo do ideal da capacidade do equipamento, o que pode ser uma séria desvantagem quando o equipamento, como um equipamento de laser, é usado para fabricação aditiva. Dessa forma, é muitas vezes desejável operar com o feixe completamente no estado ligado, para usufruir de todas as vantagens da potência disponível.

[0084] Frequentemente, é desejável usar três ou mais linhas dispostas desse modo, ou seja, uma após a outra em uma direção diferente de, como perpendicular a, a direção ao longo da qual as linhas se estendem, a fim de alcançar uma extensão substancial do ponto eficaz não apenas na direção ao longo das linhas, mas também na outra direção, com a finalidade de tornar o ponto eficaz adequado para aquecimento de uma área suficientemente larga para uma temperatura suficientemente alta e para manter a temperatura no nível ou níveis desejado(s) durante tempo suficiente, enquanto se permite que o ponto eficaz percorra com uma velocidade relativamente alta, permitindo, por meio disso, uma alta produtividade. Dessa forma, uma extensão substancial do ponto eficaz em duas dimensões é, muitas vezes, uma vantagem.

[0085] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura compreende pelo menos três linhas ou segmentos substancialmente paralelos, distribuídos um após o outro em uma primeira direção, como na direção ao longo da qual o ponto eficaz percorre durante o processo, em que as ditas linhas se estendem em uma segunda direção, como em uma direção perpendicular à primeira direção. Em algumas modalidades da invenção, as ditas pelo menos três linhas compreendem uma primeira linha, pelo menos uma linha intermediária e uma última linha, dispostas uma após a outra na dita primeira direção, e a varredura do feixe é realizada de modo que o ponto projetado seja varrido ao longo das ditas linhas de acordo com uma sequência de acordo com a qual o ponto, após seguir a dita primeira linha, segue a dita linha intermediária, a dita última linha, a dita linha intermediária e a dita primeira linha, nessa ordem.

[0086] A definição acima não significa que a varredura precisa começar com a primeira linha, mas apenas indica a sequência de acordo com a qual o feixe percorre ou segue as linhas mencionadas acima do padrão de varredura. Também, isso não exclui que, entre (como antes ou depois) seguir algumas ou todas as linhas indicadas acima, o feixe possa seguir outras linhas, como linhas que interconectam a primeira, a última e a linha intermediária, e/ou linhas intermediárias adicionais.

[0087] Ou seja, nessas modalidades, após se mover ao longo da primeira linha, o feixe sempre segue a dita linha intermediária duas vezes antes de se mover ao longo da primeira linha novamente. Enquanto que uma abordagem mais imediata pode ter sido usada para realizar a varredura de modo que, após a dita última linha, o feixe e seu ponto projetado retornam diretamente para a dita primeira linha, foi concluído que a sequência seguida de acordo com essas modalidades da invenção é adequada para alcançar uma distribuição de energia simétrica em torno de um eixo geométrico de simetria que se estende na dita primeira direção.

[0088] Em algumas modalidades da invenção, o padrão de varredura compreende uma pluralidade de ditas linhas intermediárias. O número de linhas pode ser escolhido pelo operador, projetista do processo ou projetista do equipamento dependendo, por exemplo, do tamanho do ponto principal projetado pelo feixe e da extensão desejada do ponto eficaz, por exemplo, na primeira direção. Por exemplo, um número mínimo de linhas pode, em algumas modalidades, ser três linhas, mas, em muitas implementações práticas, um número maior de linhas pode ser usado, como quatro, cinco, seis, dez ou mais linhas, quando se conta a primeira, a última e a linha intermediária. Em algumas modalidades da invenção, o número de linhas é modificado para modificar a distribuição de energia, enquanto o ponto eficaz está percorrendo ao longo da área de superfície onde a fusão do material de construção deve ocorrer.

[0089] Em algumas modalidades da invenção, o ponto principal é deslocado com uma velocidade superior ao longo da dita pelo menos uma linha intermediária do que ao longo das ditas primeira linha e última linha. Isso é muitas vezes preferencial a fim de alcançar uma distribuição de energia adequada na dita primeira direção, pelo menos durante uma porção ou uma porção substancial do processo. A velocidade superior do feixe quando se move ao longo das linhas intermediárias, ou pelo menos quando se move ao longo de uma ou algumas das mesmas, compensa o fato de que o feixe se move ao longo das ditas linhas intermediárias duas vezes tão frequentemente quanto se move ao longo da primeira e da última linhas. Por exemplo, a velocidade do ponto principal ao longo das linhas intermediárias pode, em algumas modalidades da invenção, ser cerca de duas vezes a velocidade do ponto principal ao longo da primeira e/ou da última linhas. A velocidade pode ser diferente para linhas intermediárias diferentes. A velocidade para cada linha pode ser escolhida de acordo com uma distribuição de energia desejada na primeira direção. Agora, a velocidade com a qual o ponto eficaz é deslocado ao longo de diferentes linhas ou segmentos do padrão de varredura pode ser dinamicamente modificada enquanto o ponto eficaz está percorrendo ao longo da área onde a fusão do material de construção deve ocorrer, por exemplo, para adaptar a distribuição de energia para otimizar a maneira na qual o processo está ocorrendo, por exemplo, a fim de aumentar a qualidade do produto.

[0090] Em algumas modalidades da invenção, o padrão de varredura compreende adicionalmente linhas que se estendem na dita primeira direção, entre as extremidades da primeira, da última e da linha intermediária, através do que o ponto principal segue as ditas linhas que se estendem na dita primeira direção quando se move entre a dita primeira linha, as ditas linhas intermediárias e a dita última linha. Em algumas modalidades da invenção, o ponto principal é deslocado com uma velocidade superior ao longo das ditas linhas que se estendem na primeira direção, do que ao longo da dita primeira linha e da dita última linha, pelo menos durante parte do processo.

[0091] Em algumas modalidades da invenção, o feixe é deslocado ao longo do dito primeiro padrão de varredura sem ligar e desligar o feixe e/ou enquanto mantém a potência do feixe substancialmente constante. Isso torna possível executar a varredura a uma alta velocidade sem considerar a capacidade do equipamento, como um equipamento de laser, para comutar entre diferentes níveis de potência, como entre ligado e desligado, e torna possível usar o equipamento que pode não permitir comutação muito rápida entre níveis de potência. Também, isso fornece o uso eficiente da potência de saída disponível, ou seja, da capacidade dos equipamentos em termos de potência.

[0092] O use de feixes de elétron para fabricação aditiva é conhecido na técnica. A presente invenção usa um feixe de luz, como um feixe de laser, em vez de um feixe de elétron. Um feixe de luz como um feixe de laser é preferencial, devido a questões como custo, confiabilidade e disponibilidade. Os sistemas de varredura apropriados estão disponíveis, por exemplo, com base em meios eletronicamente reflexivos como espelhos. Em algumas modalidades da invenção, a potência do feixe de laser é superior a 1 kW, como superior a 3 kW, superior a 4 kW, superior a 5 kW ou superior a 6 kW, pelo menos durante parte do processo. Tradicionalmente, quando um ponto de laser principal é varrido por rastreamento para preencher a região do material de construção a ser fundido, os lasers que têm potências na ordem de 400 W foram, muitas vezes, usados. Com a presente abordagem, com base na criação de um ponto de laser eficaz maior, potências superiores podem ser usadas, através do que a produtividade pode ser melhorada.

[0093] Em algumas modalidades da invenção, o primeiro padrão de varredura pode ser implementado alinhado com os ensinamentos do documento WO-2014/037281-A2, por exemplo, alinhado com os ensinamentos em relação às Figuras 9 a 11 do mesmo.

[0094] Um outro aspecto da invenção se refere a um sistema para produzir um objeto por fabricação aditiva, em que o sistema compreende meios para suprir material de construção, e meios para produzir um feixe de luz, (como um feixe de laser), para fundir seletivamente o material de construção com a finalidade de produzir progressivamente o objeto a partir do material de construção fundido. O sistema compreende um escâner para varredura do feixe de luz em pelo menos duas dimensões. O sistema é disposto, como programado, para executar o método descrito acima.

[0095] Por exemplo, o sistema pode compreender uma mesa de trabalho sobre a qual um objeto tridimensional/produto deve ser construído, um dispensador de pó que é disposto para assentar uma camada fina de pó na mesa de trabalho para a formação de um leito de pó, um dispositivo que produz um feixe para gerar energia para o pó através do que a fusão do pó ocorre, meios para controlar o feixe através do leito de pó para a formação de uma seção transversal do produto tridimensional através da fusão de partes do dito leito de pó, e um computador no qual informações sobre sucessivas seções transversais do produto tridimensional são armazenadas, cujas seções transversais constroem o produto tridimensional. O computador controla os meios para guiar o feixe através do leito de pó para formar a seção transversal do objeto tridimensional, e o objeto é formado por fusão sucessiva de seções transversais sucessivamente formadas a partir das camadas de pó sucessivamente assentadas pelo dispensador de pó.

[0096] Em algumas modalidades da invenção, os meios para suprir material de construção compreendem uma cabeça de aspersão de pó que compreende uma armação que define uma abertura, em que o escâner é disposto em correspondência com a dita armação com a finalidade de varrer o feixe em duas dimensões através da dita abertura, em que a cabeça de aspersão de pó é disposta para distribuir o material de construção em forma de pó em correspondência com a dita abertura de modo que o material de construção possa ser seletivamente fundido pelo feixe conforme o mesmo está sendo distribuído. Essa disposição é prática e permite uma deposição e uma fusão controladas do material de construção. Meios de sucção podem ser incorporados para remover o pó que não foi fundido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0097] Para completar a descrição e a fim de fornecer uma melhor compreensão da invenção, um conjunto de desenhos é fornecido. Os ditos desenhos formam uma parte integral da descrição e ilustram modalidades da invenção, que não devem ser interpretadas como restringentes do escopo da invenção, mas apenas como exemplos de como a invenção pode ser executada. Os desenhos compreendem as seguintes figuras:

[0098] A Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um sistema de acordo com uma modalidade possível da invenção, adaptada para fusão em leito de pó.

[0099] A Figura 2 ilustra esquematicamente um exemplo da distribuição de energia bidimensional.

[00100] A Figura 3A é uma vista em perspectiva esquemática de uma parte de um sistema de acordo com uma outra modalidade possível da invenção.

[00101] A Figura 3B é uma vista superior da cabeça de aspersão de pó do sistema de acordo com a modalidade da Figura 3A.

[00102] As Figuras 4A-4C ilustram esquematicamente três diferentes cabeças de aspersão de pó de acordo com três modalidades diferentes da invenção.

[00103] As Figuras 4D e 4E ilustram como a cabeça de aspersão de pó pode ser associada ao escâner permitindo que as duas partes sejam deslocadas juntamente em relação a um objeto que é produzido.

[00104] A Figura 5 ilustra esquematicamente um ponto eficaz criado por um padrão de varredura que compreende uma pluralidade de linhas paralelas.

[00105] As figuras 6A e 6B ilustram um padrão de varredura possível que compreende uma pluralidade de linhas paralelas. As figuras 7A e 7B ilustram um padrão de varredura para criar um ponto eficaz de acordo com uma modalidade da invenção.

[00106] As figuras 8A e 8B ilustram um padrão de varredura para criar um ponto eficaz de acordo com uma outra modalidade da invenção.

[00107] As Figuras 9A-9C ilustram padrões de varredura de acordo com outras modalidades da invenção.

[00108] A Figura 10 ilustra esquematicamente um ponto eficaz de acordo com uma modalidade possível da invenção.

[00109] As Figuras 11A-11D ilustram esquematicamente diferentes distribuições de energia bidimensionais de um ponto eficaz de acordo com uma modalidade da invenção.

[00110] As Figuras 12A-12G ilustram esquematicamente como a distribuição de energia bidimensional de um ponto eficaz é dinamicamente adaptada durante uma varredura do ponto eficaz ao longo de uma faixa, de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DE MODOS DE REALIZAR A INVENÇÃO

[00111] A Figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de SLS de acordo com uma modalidade possível da invenção, para produzir um objeto a partir de um material de construção que é suprido em forma de pó, como pó de metal. O sistema compreende um equipamento de laser 1 para produzir um feixe de laser 2, e um escâner 3 que inclui dois espelhos ou similar para varredura bidimensional do feixe de laser 2 no plano horizontal (X-Y). O equipamento para produzir um feixe de laser pode, em algumas modalidades da invenção, ser um equipamento adequado para produzir feixes de laser que têm um conteúdo de potência relativamente alto, como 1 kW ou mais. Um exemplo de um dispositivo adequado é o Sistema de Laser de Itérbio Modelo YLS-6000-CT-Y13, da IPG Photonics, com uma potência nominal de 6 kW.

[00112] O sistema compreende adicionalmente uma disposição para distribuição do material de construção, que compreende uma disposição similar à mesa com uma superfície superior 101 com duas aberturas 102 através das quais o material de construção é alimentado a partir de dois cartuchos de alimentação 103. No centro da superfície superior 101, há uma abertura adicional, disposta em correspondência com uma plataforma 104 que é deslocável na direção vertical, ou seja, em paralelo com um eixo geométrico Z do sistema. O pó é suprido a partir dos cartuchos 103 e depositado no topo da plataforma 104. Um rolete de alavanca de pó de rotação contrária 105 é usado para distribuir o pó em uma camada 106 que tem uma espessura homogênea.

[00113] O feixe de laser é projetado sobre a camada 106 do material de construção no topo da plataforma 104 para fundir o material de construção em uma região ou área selecionada 11, que corresponde a uma seção transversal do objeto que está sendo produzido. Uma vez que o material de construção nessa área 11 foi fundido, a plataforma é abaixada a uma distância que corresponde à espessura de cada camada de material de construção, uma nova camada 106 de material de construção é aplicada com o uso do rolete 105, e o processo é repetido, dessa vez de acordo com a seção transversal do objeto a ser produzido em correspondência com a nova camada.

[00114] Tradicionalmente, a fusão foi executada por varredura do feixe de laser sobre a área 11 a ser fundida, por exemplo, fazendo com que o ponto de laser projetado siga uma pluralidade de linhas paralelas que se estende através da área a ser fundida, até que toda a área selecionada tenha sido fundida. De acordo com a presente modalidade da invenção, o feixe de laser (e o ponto de laser principal que o feixe projeta sobre o material de construção) é repetitivamente varrido em uma velocidade relativamente alta seguindo um primeiro padrão de varredura (ilustrado como um conjunto de linhas que se estende em paralelo com o eixo geométrico Y na Figura 1), criando assim um ponto de laser eficaz 21, ilustrado como um quadrado na Figura 1. Isso é alcançado com o uso do escâner 3. Esse ponto de laser eficaz 21 é deslocado de acordo com um segundo padrão de varredura, por exemplo, em paralelo com uma pluralidade de linhas paralelas. Na Figura 1, uma seta indica como o ponto de laser eficaz 21 pode, por exemplo, ser deslocado em paralelo com o eixo geométrico X do sistema. A Figura 1 ilustra como uma porção 11A da área 11 a ser fundida foi fundida durante uma varredura precedente do ponto de laser eficaz 21 em paralelo com o eixo geométrico X, enquanto que uma outra porção 11B ainda está esperando para ser fundida. Após ter sido fundida, a plataforma 104 será abaixada e uma nova camada de material de construção em forma de pó será aplicada.

[00115] O deslocamento do ponto de laser eficaz 21 de acordo com o segundo padrão de varredura pode, de modo semelhante, ser alcançado pelo escâner 3, e/ou devido ao deslocamento do escâner ou equipamento associado, por exemplo, ao longo de faixas (não mostrado na Figura 1), como as faixas que se estendem em paralelo com o eixo geométrico X e/ou o eixo geométrico Y.

[00116] Em muitas variantes dessa modalidade, os meios de pré-aquecimento como fontes de luz de IR ou outros dispositivos de aquecimento são fornecidos para pré- aquecimento da camada de pó, por exemplo, para uma temperatura próximo ao ponto de fusão e/ou à temperatura de transição vítrea do material de construção, reduzindo assim a potência que precisa ser aplicada pelo feixe de laser para alcançar a fusão do material de construção. Em outras variantes da modalidade ou além dos meios de pré-aquecimento, o pré- aquecimento pode ser executado por uma porção anterior do ponto de laser eficaz 21.

[00117] Em algumas modalidades da invenção, o sistema pode incluir meios 5 para adaptar dinamicamente o tamanho do ponto principal (por exemplo, com a finalidade de modificar a distribuição de energia bidimensional e/ou o tamanho do ponto de laser eficaz 21) e/ou o foco do feixe de laser ao longo do eixo geométrico ótico. Isso torna possível controlar (como variar ou manter) o tamanho do ponto de laser principal enquanto o mesmo está sendo deslocado ao longo do primeiro padrão de varredura, e/ou enquanto o ponto de laser eficaz 21 está sendo deslocado em relação ao objeto que é produzido. Por exemplo, o foco ótico pode ser adaptado para manter o tamanho do ponto principal constante enquanto o ponto principal está se movendo sobre a superfície do objeto que é produzido (por exemplo, para compensar as distâncias variantes entre o escâner e a posição do ponto de laser principal no objeto que é produzido). Por exemplo, os meios para adaptar dinamicamente o foco do feixe de laser podem, em algumas modalidades da invenção, compreender uma unidade de focalização varioSCAN®, obtenível junto à SCANLAB AG (www.scanlab.de).

[00118] A Figura 2 ilustra esquematicamente como o ponto de laser eficaz 21 apresenta uma distribuição de energia bidimensional onde mais energia é aplicada em algumas partes do ponto de laser eficaz do que em outras durante uma varredura do ponto de laser principal por todo o primeiro padrão de varredura. Aqui, a seta indica como o ponto de laser está percorrendo ao longo de uma camada de pó de metal, através do que a camada apresenta uma porção fundida 11A e uma porção 11B que ainda não foi fundida. Aqui, mais energia é aplicada em correspondência com a porção anterior do que em correspondência com a porção posterior do ponto de laser eficaz 21.

[00119] As Figuras 3A e 3B ilustram parte do sistema de acordo com uma modalidade alternativa da invenção, na qual o material de construção é alimentado em paralelo com o aquecimento do mesmo com o uso do feixe de laser e do escâner 3. Como ilustrado na Figura 3A, o sistema compreende um aparelho que inclui uma cabeça de processamento 200 que compreende uma cabeça de suprimento de pó 201 integrada com o escâner 3, em que a cabeça de suprimento de pó 201 compreende uma armação substancialmente retangular 202 na qual uma pluralidade de bocais 203 é disposta, em que os bocais recebem o material de construção, tipicamente na forma de pó, através de canais 205 mostrados na Figura 3B. Dessa forma, o material de construção em forma de pó 204 é ejetado através dos bocais 203, que formam um filme ou camada relativamente fino de pó, em correspondência com uma abertura definida pela armação 202. O escâner 3 projeta o feixe de laser 2 através dessa abertura, e varre o feixe de laser para produzir o ponto de laser eficaz 21, como explicado acima e como esquematicamente mostrado nas Figuras 3A e 3B. Em algumas modalidades da invenção, a cabeça de suprimento de pó 201 e o escâner 3 são dispostos para se moverem juntos, por exemplo, formando parte de um e do mesmo dispositivo, que pode ser deslocado em relação ao objeto que está sendo produzido, de modo que o material seja, dessa forma, seletivamente aplicado e fundido sobre esse objeto, em correspondência com as áreas nas quais o objeto está crescendo conforme está sendo produzido. Nas Figuras 3A e 3B, o padrão de varredura é ilustrado esquematicamente como um padrão no formato de um "dígito 8", ou seja, com três linhas paralelas interconectadas pelas duas linhas nas extremidades das três linhas paralelas.

[00120] As Figuras 4A, 4B e 4C ilustram algumas opções de projeto diferentes para a cabeça de suprimento de pó, que correspondem a três diferentes modalidades da invenção. A Figura 4A ilustra a cabeça de suprimento de pó de acordo com as modalidades das Figuras 3A e 3B. As Figuras 4B e 4C ilustram alguns projetos alternativos. Em todos esses casos, há uma armação 202 que define uma abertura ou canal através da qual o feixe de laser pode ser projetado sobre o pó que é ejetado através dos bocais 203. Basicamente, essa abordagem é alinhada com alguns dos denominados bocais de pó e laser coaxiais que são conhecidos na técnica, mas com a abertura central sendo grande o suficiente com a finalidade de permitir a varredura do feixe de laser 2 em duas dimensões, ao longo do primeiro padrão de varredura. Em algumas modalidades da invenção, a cabeça de processamento que inclui a cabeça de suprimento de pó 201 com armação 202 e bocais 203, bem como o escâner 3, pode ser deslocada com a finalidade de deslocar o ponto de laser eficaz em relação ao objeto que é produzido. Ou seja, nessas modalidades da invenção, o escâner pode ser usado para criar o ponto de laser eficaz com sua distribuição de energia bidimensional, enquanto que o deslocamento da cabeça de processamento 200 com a cabeça de suprimento de pó 201 e o escâner 3 fornece o deslocamento do ponto de laser eficaz e do agrupamento. Em outras modalidades da invenção, a cabeça de processamento 200 pode ser fixada e o objeto que é produzido pode ser deslocado em relação à cabeça de processamento.

[00121] A cabeça de suprimento de pós 201 das Figuras 4A, 4B e 4C incluem todas uma pluralidade de bocais, dispostos para fornecer um fluxo substancialmente bidimensional do material de construção, ou seja, um fluxo que é relativamente fino em comparação com sua extensão nas outras duas direções. Em vez de uma pluralidade de bocais, um bocal mais largo pode ser usado. Em algumas modalidades da invenção, os meios para aspergir o pó podem ser implementados com base nos ensinamentos dos documentos US-2011/0168090-A1 e US- 2011/0168092-A1.

[00122] A cabeça de suprimento de pó também pode incorporar meios de sucção 206 para recuperação de pó que não foi fundido pelo feixe de laser, como ilustrado esquematicamente na Figura 4B.

[00123] As Figuras 4D e 4E ilustram esquematicamente como a cabeça de processamento 200, de acordo com uma modalidade possível da invenção, pode incluir um escâner 3 colocado adjacente à cabeça de suprimento de pó 201, nesse caso, acima da mesma com a finalidade de projetar o feixe de laser para baixo, através da abertura na armação, sobre o objeto 4 que está sendo produzido. O material de construção está sendo seletivamente fundido pelo feixe de laser enquanto está sendo alimentado através dos bocais. A cabeça de processamento 200 é conectada a atuadores 300 através de elos 301. Nessa modalidade da invenção, o deslocamento é baseado no conceito de manipulador paralelo. Entretanto, quaisquer outros meios adequados de deslocamento da cabeça de processamento podem ser usados. Em algumas modalidades da invenção, é o objeto que é produzido que é deslocado em relação à cabeça de processamento. Também, uma combinação dessas duas abordagens pode ser usada.

[00124] Foi concluído que pode ser muitas vezes prático fornecer um padrão de varredura que compreende mais que duas linhas dispostas uma após a outra na direção de percurso do ponto de laser eficaz (ou seja, a direção do movimento relativo entre o ponto de laser eficaz e o objeto que está sendo construído), como ilustrado esquematicamente na Figura 5, onde o ponto de laser eficaz 21 é criado por uma pluralidade de linhas paralelas, que se estendem em uma direção perpendicular à direção na qual o ponto de laser eficaz está sendo deslocado em relação ao objeto que é construído (essa direção é indicada com uma seta na Figura 5). As linhas podem ter os mesmos ou diferentes comprimentos, e o espaço entre linhas subsequentes é um dos parâmetros que pode ser usado para controlar a distribuição de energia bidimensional. Tal padrão de varredura pode ser criado pela varredura repetitiva do ponto de laser principal na direção perpendicular à direção na qual o ponto de laser eficaz está percorrendo, deslocando o feixe de laser por uma distância pequena entre cada etapa de varredura, com a finalidade de traçar duas, três ou mais linhas paralelas. Uma vez que o ponto de laser principal concluiu o padrão de varredura, o mesmo irá retornar para sua posição original e executar o padrão de varredura novamente. A frequência com que isso ocorre é, de preferência alta, com a finalidade de evitar variações de temperatura indesejadas no ponto de laser eficaz 21.

[00125] O feixe de laser pode ser desligado enquanto é deslocado em direção a uma nova linha a ser seguida e/ou entre a finalização da última linha do padrão de varredura e o retorno para a primeira linha do padrão de varredura. Entretanto, ligar e desligar os feixes de laser exige tempo e pode retardar a frequência de varredura. Além disso, o tempo durante o qual o feixe de laser é desligado é um tempo perdido em termos de uso eficaz do laser para aquecimento e fusão.

[00126] As figuras 6A e 6B ilustram um padrão de varredura possível que compreende três linhas principais a-c (ilustradas como linhas contínuas) do padrão de varredura, e linhas tracejadas que ilustram a trajetória que o ponto de laser segue entre as ditas linhas. Na Figura 6B, as setas ilustram esquematicamente a maneira na qual o ponto de laser principal percorre sobre a superfície.

[00127] Agora, esse padrão de varredura envolve um problema no sentido de que a distribuição de calor não será simétrica. O mesmo se aplica se, no final do padrão, ao finalizar a última linha c (ou seja, da cabeça da seta da linha c na figura 6B), o feixe de laser retornar verticalmente para a linha a.

[00128] Uma distribuição de energia mais simétrica em relação ao eixo geométrico paralelo à direção na qual o ponto de laser eficaz está sendo deslocado pode ser obtida com um padrão de varredura como nas Figuras 7A e 7B, que compreende, de modo semelhante, três linhas paralelas a-c interconectadas pelas linhas d seguidas pelo ponto de laser principal quando se move entre as três linhas paralelas. Como ilustrado na 7B, o feixe de laser, do início da primeira linha a, se desloca da seguinte forma: a - d1 - b - d2 - c - d3 - b - d4.

[00129] Ou seja, o ponto de laser principal se desloca ao longo da linha intermediária b com o dobro da frequência que se desloca através da primeira linha e da última linha: se desloca ao longo da linha intermediária b duas vezes para cada vez que se desloca ao longo da primeira linha a e da última linha c. Assim, um padrão de varredura completamente simétrico pode ser obtido, em relação ao eixo geométrico paralelo à direção na qual o ponto de laser eficaz está percorrendo.

[00130] A distribuição de energia ao longo desse eixo geométrico pode ser definida através do ajuste, por exemplo, da distância entre as linhas a-c e da velocidade com que o feixe de laser se desloca ao longo das linhas. Por meio do ajuste da velocidade e/ou do padrão de varredura, a distribuição de energia pode ser dinamicamente adaptada sem ligar e desligar o feixe de laser ou sem modificar substancialmente a potência do feixe de laser. Por exemplo, se a energia precisar ser distribuída de modo substancialmente igual ao longo do ponto de laser eficaz, o feixe de laser pode se deslocar com uma velocidade superior ao longo da linha intermediária b do que ao longo da primeira linha a e da última linha c. Por exemplo, a velocidade do ponto de laser principal ao longo de linha b pode ser o dobro da velocidade do ponto de laser principal ao longo de linhas a e c. Em algumas modalidades da invenção, a velocidade do ponto de laser eficaz ao longo de linhas d1-d4 também pode ser substancialmente superior à velocidade do ponto de laser eficaz ao longo de linhas a e c.

[00131] Dessa forma, o ajuste da distribuição de energia pode ser alcançado por meio da adaptação da distribuição das linhas, como a primeira linha, a última linha e as linhas intermediárias a-c, e por meio da adaptação da velocidade do ponto de laser ao longo dos diferentes segmentos a-d (incluindo d1-d4) do padrão de varredura. A distribuição dos segmentos e da velocidade dos segmentos pode ser dinamicamente modificada enquanto o ponto de laser eficaz está sendo deslocado em relação ao objeto que está sendo produzido, com a finalidade de adaptar a distribuição de energia bidimensional. Além disso, o padrão de varredura pode ser adaptado através da adição ou exclusão de segmentos durante o deslocamento do ponto de laser eficaz.

[00132] O mesmo princípio pode ser aplicado a outros padrões de varredura, como o padrão de varredura das figuras 8A e 8B, que inclui uma linha intermediária adicional b. No presente documento, a trajetória seguida pelo ponto de laser principal é: a - d1- b- d2 - b - d3 - c - d4 - b - d5 - b - d6.

[00133] As Figuras 9A-9C ilustram alguns padrões de varredura alternativos. Por exemplo, o primeiro padrão de varredura pode ser um polígono como o triângulo da Figura 9A, o retângulo da Figura 9B e o octógono da Figura 9C.

[00134] A Figura 10 ilustra esquematicamente um ponto eficaz de acordo com uma modalidade possível da invenção. O ponto eficaz tem uma configuração substancialmente retangular, com uma altura e uma largura. A seta no topo da Figura ilustra a direção na qual o ponto eficaz 21 está sendo deslocado.

[00135] O ponto eficaz 21 é obtido pela varredura do ponto principal 2A projetado pelo feixe, seguindo um padrão de varredura que compreende cinco linhas paralelas, indicadas pelas fileiras de setas dentro do ponto eficaz 21. Nessa modalidade, uma porção anterior 21A do ponto eficaz fornece um certo pré-aquecimento do material de construção, e uma porção posterior 21 C é fornecida para desacelerar o processo de resfriamento. A fusão real do material ocorre na porção central 21B do ponto eficaz 21, ou seja, entre a porção anterior 21A e a porção posterior 21C. Essa porção central 21B corresponde ao agrupamento. Ou seja, como explicado acima, ao contrário do que fora, em geral, o caso em sistemas da técnica anterior, nessa modalidade, o agrupamento tem uma configuração bidimensional com um tamanho substancialmente maior do que um do ponto principal, e o agrupamento não percorre com o ponto principal 2A ao longo do primeiro padrão de varredura, mas, de preferência, com o ponto eficaz 21. O tamanho e/ou o formato do ponto eficaz 21 e/ou do agrupamento 21B podem ser dinamicamente adaptados durante o deslocamento do ponto eficaz ao longo da faixa seguida pelo ponto eficaz 21, por exemplo, considerando a configuração do objeto a ser produzido na região onde o aquecimento está ocorrendo. As Figuras 11A-11D ilustram esquematicamente diferentes distribuições de energia bidimensionais de um ponto eficaz de acordo com uma modalidade da invenção. Por exemplo, a Figura 11A ilustra um ponto eficaz que apresenta três bandas que se estendem através do ponto eficaz, na direção perpendicular à direção de percurso do ponto eficaz. Essas três bandas representam áreas com densidade de energia alta. A primeira banda pode ser destinada a fornecer pré-aquecimento do material a ser fundido, a segunda banda pode ser destinada a fornecer a fusão real e a terceira banda pode ser destinada a pós-tratamento do fundido material, por exemplo, para aliviar as tensões. Outras distribuições de energia são esquematicamente mostradas nas Figuras 11B-11D. A distribuição de energia bidimensional pode ser adaptada dinamicamente, por exemplo, adicionando ou removendo bandas com densidade de energia alta, etc. Por exemplo, a Figura 11F ilustra uma distribuição de energia bidimensional com densidade de energia melhorada em direção aos lados do ponto eficaz. Isso pode ser, muitas vezes, preferencial a fim de fornecer uma temperatura substancialmente constante ao longo da faixa, apesar do fato de que, por exemplo, a dissipação de calor da faixa pode ser superior nas bordas da faixa.

[00136] A retroalimentação, como a retroalimentação baseada em imageamento térmico, pode ser usada para disparar a adaptação dinâmica da distribuição de energia bidimensional, por exemplo, com a finalidade de alcançar e manter uma distribuição de temperatura desejada na área a ser tratada.

[00137] As Figuras 12A-12G ilustram um exemplo de como a distribuição de energia bidimensional de um ponto eficaz 21 pode ser adaptada enquanto o ponto eficaz está sendo deslocado ao longo de uma faixa (em uma direção ilustrada esquematicamente com uma seta na Figura 12A), sobre uma camada 106 de material de construção. A Figura 12A ilustra como o ponto eficaz 21 é primeiro aplicado ao material de construção 106 e começa a aquecer o material de construção, e na Figura 12B, a distribuição de energia bidimensional foi modificada de modo que o ponto eficaz tenha aumentado em comprimento ao longo da faixa (na direção da seta na Figura 12A), apresentando uma porção anterior com densidade de energia alta com a finalidade de fornecer um rápido aumento da temperatura do material de construção quando a porção anterior alcança o material de construção.

[00138] Na Figura 12C, o ponto eficaz 21 se moveu ao longo da faixa também com sua borda posterior, e uma porção fundida 11A do material de construção pode ser observada atrás do ponto eficaz 21.

[00139] Na Figura 12D, o ponto eficaz alcançou uma seção do objeto que é produzido na qual a porção do objeto começa a diminuir em largura, ou seja, uma porção onde a faixa a ser fundida se torna progressivamente mais estreita. Aqui, a distribuição de energia bidimensional é dinamicamente adaptada para se adaptar às dimensões da porção do objeto que é produzido em cada momento. Como mostrado nas Figuras 12D e 12E, a distribuição de energia bidimensional é adaptada de modo que o ponto eficaz cresça progressivamente mais estreito e, além disso, também as bordas do ponto eficaz apresentam um esboço que corresponde ao formato da porção que é fundida. Ou seja, aqui, a projeção do ponto eficaz sobre o material de construção é substancialmente em formato de cunha.

[00140] Na Figura 12E, o ponto eficaz 21 alcançou uma posição onde o objeto que é construído tem uma porção de largura constante. Aqui, a distribuição de energia bidimensional é adaptada consequentemente. Aqui, a projeção do ponto eficaz sobre o material de construção 106 se torna substancialmente retangular. Na Figura 12G, o ponto eficaz pode ser visto se movendo adicionalmente ao longo da faixa. Dessa forma, pode ser visto como o formato do material fundido 11A corresponde à maneira na qual a distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz foi dinamicamente adaptada conforme o ponto eficaz 21 foi movido ao longo da faixa. Entretanto, a presente invenção não é obviamente limitada a esse tipo de adaptações dinâmicas do ponto eficaz e sua distribuição de energia bidimensional.

[00141] Nesse texto, o termo "compreende" e suas derivações (como "que compreende", etc.) não devem ser entendidos em um sentido excludente, ou seja, esses termos não devem ser interpretados como excludentes da possibilidade de que o que fora descrito e definido possa incluir elementos, etapas, etc., adicionais.

[00142] Por outro lado, a invenção não está, obviamente, limitada à(s) modalidade(s) específica(s) descrita(s) no presente documento, mas também abrange quaisquer variações que podem ser consideradas por qualquer técnico no assunto (por exemplo, em relação à escolha de materiais, dimensões, componentes, configuração, etc.), incluídas no escopo geral da invenção como definido nas reivindicações.

Claims

1. MÉTODO PARA PRODUZIR UM OBJETO POR FABRICAÇÃO ADITIVA, caracterizado por compreender as etapas de: a) suprir material de construção; e b) fundir o material de construção com o uso de um feixe de luz (2), o qual é um feixe de laser; em que as etapas a) e b) são executadas com a finalidade de produzir progressivamente o objeto a partir do material de construção fundido; em que na etapa b), o feixe (2) é projetado sobre o material de construção com a finalidade de produzir um ponto principal (2A) no material de construção, em que o feixe é repetitivamente varrido em duas dimensões de acordo com um primeiro padrão de varredura com a finalidade de estabelecer um ponto eficaz (21) no material de construção, em que o dito ponto eficaz tem uma distribuição de energia bidimensional, em que o dito ponto eficaz (21) é deslocado em relação ao objeto que é produzido para produzir progressivamente o objeto através da fusão do material de construção, e em que a distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz (21) é dinamicamente adaptada durante o deslocamento do ponto eficaz (21) em relação ao objeto que é produzido.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz (21) ser dinamicamente adaptada durante o deslocamento do ponto eficaz (21) ao longo de uma faixa, para adaptar a largura do ponto eficaz (21) a uma dimensão correspondente de uma porção do objeto que é produzido.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz (21) ser executada pela adaptação da potência do feixe (2), como pelo desligamento e ligamento seletivos do feixe.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pela adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz (21) ser executada pela adaptação do primeiro padrão de varredura.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pela adaptação da distribuição de energia bidimensional do ponto eficaz (21) ser executada pela adaptação da velocidade com a qual o ponto principal (2A) se move ao longo de pelo menos uma porção do primeiro padrão de varredura.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo foco do feixe e/ou o tamanho do ponto principal serem dinamicamente adaptados durante o deslocamento do ponto principal (2A) ao longo do primeiro padrão de varredura e/ou durante o deslocamento do ponto eficaz (21) em relação ao objeto que é produzido.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por, durante pelo menos um estágio do método, o ponto eficaz (21) compreende uma porção anterior que tem uma densidade de energia superior a uma porção posterior do ponto eficaz, ou o ponto eficaz (21) compreende uma porção anterior que tem uma densidade de energia inferior a uma porção posterior do ponto eficaz, ou o ponto eficaz (21) compreende uma porção intermediária (21 B) que tem uma densidade de energia superior a uma porção anterior (21 A) e uma porção posterior (21 C) do ponto eficaz, ou o ponto eficaz apresenta uma densidade de energia substancialmente constante por todo o ponto eficaz.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela velocidade média do ponto principal (2A) ao longo do primeiro padrão de varredura ser substancialmente superior à velocidade média com a qual o ponto eficaz (21) é deslocado em relação ao objeto que é produzido.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo feixe ser varrido de acordo com o dito primeiro padrão de varredura de modo que o dito primeiro padrão de varredura seja repetido pelo feixe com uma frequência de mais que 10 Hz, de preferência, mais que 25 Hz, com mais preferência, mais que 100 Hz.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo tamanho do ponto eficaz (21) ser mais que 4 vezes o tamanho do ponto principal, de preferência, mais que 10 vezes o tamanho do ponto principal, com mais preferência, pelo menos 25 vezes o tamanho do ponto principal.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelas etapas a) e b) serem executadas repetidamente em uma pluralidade de ciclos, em que cada ciclo compreende: - executar a etapa a), suprindo o material de construção como uma camada (106); - executar a etapa b) com a finalidade de fundir o material de construção em uma região (11) da dita camada, em que a dita região corresponde a uma seção transversal do objeto que é produzido.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelas etapas a) e b) serem executadas em paralelo, de modo que o material de construção seja fundido pelo ponto eficaz conforme está sendo produzido, fornecendo um crescimento progressivo contínuo do objeto que é produzido.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo primeiro padrão de varredura compreender uma pluralidade de linhas.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelas ditas linhas serem linhas substancialmente paralelas.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo primeiro padrão de varredura ser um polígono.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer umas das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo dito primeiro padrão de varredura compreender pelo menos três segmentos (a, b, c), e em que a dita varredura do feixe (2) é executada de modo que o dito feixe siga pelo menos um dos ditos segmentos (b) mais frequentemente do que segue pelo menos um outro dos ditos segmentos (a, c).

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo primeiro padrão de varredura compreender pelo menos três linhas substancialmente paralelas (a, b, c) distribuídas uma após a outra em uma primeira direção, em que as ditas linhas se estendem em uma segunda direção, em que as ditas pelo menos três linhas compreendem uma primeira linha (a), pelo menos uma linha intermediária (b) e uma última linha (c) dispostas uma após a outra na dita primeira direção, em que a dita varredura do feixe (2) é executada de modo que o dito feixe siga a dita linha intermediária (b) mais frequentemente do que o dito feixe segue a dita primeira linha (a) e/ou a dita última linha (c).

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo primeiro padrão de varredura compreender pelo menos três linhas substancialmente paralelas (a, b, c) distribuídas uma após a outra em uma primeira direção, em que as ditas linhas se estendem em uma segunda direção, em que as ditas pelo menos três linhas compreendem uma primeira linha (a), pelo menos uma linha intermediária (b) e uma última linha (c) dispostas uma após a outra na dita primeira direção, e em que a varredura do feixe (2) é executada de modo que o feixe seja varrido ao longo das ditas linhas de acordo com uma sequência de acordo com a qual o feixe, após seguir a dita primeira linha (a), segue a dita linha intermediária (b), a dita última linha (c), a dita linha intermediária (b) e a dita primeira linha (a), nessa ordem.

19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 ou 18, caracterizado pelo dito primeiro padrão de varredura compreender uma pluralidade de ditas linhas intermediárias (b), e/ou o feixe (2) é deslocado com uma velocidade superior ao longo da dita pelo menos uma linha intermediária (b) que ao longo das ditas primeira linha (a) e última linha (c), e/ou em que o primeiro padrão de varredura compreende adicionalmente linhas (d1-d6) que se estendem na dita primeira direção, entre as extremidades da primeira linha, da última linha e da linha intermediária, através do que o dito feixe (2) segue as ditas linhas (d1-d6) que se estendem na dita primeira direção quando se move entre a dita primeira linha (a), as ditas linhas intermediárias (b) e a dita última linha (c), em que, opcionalmente, o feixe é deslocado com uma velocidade superior ao longo das ditas linhas (d1-d6) que se estendem na primeiro direção que ao longo da dita primeira linha (a) e da dita última linha (c).

20. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo feixe ser deslocado ao longo do dito primeiro padrão de varredura enquanto mantém a potência do feixe substancialmente constante.

21. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo feixe criar um agrupamento fundido em correspondência com o ponto eficaz (21), o agrupamento fundido é deslocado de acordo com o deslocamento do ponto eficaz (21) em relação ao objeto que é produzido.

22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela potência do feixe de laser ser superior a 1 kW, como superior a 5 kW.

23. SISTEMA PARA PRODUZIR UM OBJETO POR FABRICAÇÃO ADITIVA, caracterizado por compreender: meios para suprir material de construção, e meios para produzir um feixe de luz (2) para fundir seletivamente o material de construção com a finalidade de produzir progressivamente o objeto a partir do material de construção fundido; em que o sistema compreende um escâner (3) para varredura do feixe de energia em pelo menos duas dimensões; em que o sistema é programado para executar o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 22.

24. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelos meios para suprir material de construção compreenderem uma cabeça de aspersão de pó (201) que compreende uma armação (202) que define uma abertura, em que o escâner (3) é disposto em correspondência com a dita armação (202) com a finalidade de varrer o feixe (2) em duas dimensões através da dita abertura, em que a cabeça de aspersão de pó (201) é disposta para distribuir o material de construção em forma de pó em correspondência com a dita abertura de modo que o material de construção possa ser seletivamente fundido pelo feixe (2) conforme está sendo distribuído.