CN105339114B - 用于增材制造的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种形成三维物品的方法，包括以下步骤：采用所述三维物品的模型，在工作台上涂敷第一粉层，在所述工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致所述第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的第一横截面，在所述工作台上自第二电子束源引导第二电子束，记录所述第一电子束源的至少一种设定，记录所述第二电子束源的至少一种设定，根据所述第一电子束源的所述至少一种设定和所述第二电子束源的所述至少一种设定来校正所述第二电子束的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种增材制造三维物品的方法和装置。
发明背景
自由成型或增材制造是一种通过连续熔化通过一种装置涂敷到工作台上的粉层的选定部分来形成三维物品的方法。
这种装置可包含将在其上形成三维物品的工作台、排列成用以在工作台上铺设一薄层粉末以供形成粉床的粉末分配器(powder dispenser)、用以向粉末传递能量以供进行粉末熔化的射线源、用于在粉床上控制射线源发出的射线以通过熔化粉床的部分形成三维物品的横截面的元件，和控制用计算机，其中储存与三维物品的连续横截面相关的信息。通过连续熔化连续形成的粉层横截面、由粉末分配器连续铺设来形成三维物品。
需要能够建造越来越大的三维物品的增材制造技术。
建造体积增加可能需要多个束源，这可能导致为保持整个建造区域上等同的束斑质量和束斑定位而造成加工困难。
发明概要
本发明的各个实施方案的目标在于提供一种能够通过自由成型或增材制造产生大建造体积的三维物品而不损害将要制造的三维物品的质量的方法和装置。上文提到的目标通过本文下面所描述的方法和装置中的特征得以实现。
在本发明的各个实施方案中，提供一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的方法，所述部分对应于三维物品的连续横截面。所述方法包括以下步骤：采用三维物品的模型，在工作台上涂敷第一粉层，在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分，在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据所述模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分，记录第一电子束源的至少一种设定，记录第二电子束源的至少一种设定，根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型所需的第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
本发明的各个实施方案的优势在于增材制造中多束源系统中的束位置可被校正且由此改善三维物品的最终结果。
在另一个示例性且非限制性的实施方案中，根据第二电子束源的至少一种设定和第一电子束源的至少一种设定来校正第一电子束的位置，以便使根据模型所需的第一电子束位置与实际的第一电子束位置对准。
此示例性实施方案的优势在于可同时将多个电子束位置调整至其正确位置。
在又一个示例性且非限制性的实施方案中，可在查找表中储存第一电子束源与第二电子束源中所述至少一种设定的每种组合的位置校正值。至少此实施方案的优势在于可快速且容易地进行错误电子束位置的校正。
在另一个示例性且非限制性的实施方案中，位置校正值是通过实验产生或通过模拟产生的。这意味着在进行实际校正之前可能已知位置校正值，即在开始构建三维物品之前即可计算或模拟校正值。
在又一个示例性且非限制性的实施方案中，电子束源设定包含以下群组中的至少一项：用于使电子束偏转和/或成形的至少一个束源线圈的线圈电流，和/或束功率，和/或用于使电子束偏转和/或成形的静电透镜或板。
在又一个示例性且非限制性的实施方案中，本发明还包括以下步骤：记录第一电子束与第二电子束之间的距离；记录第一电子束与第二电子束的电子束电流；调整第一电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；调整第二电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；和/或至少重复这些步骤直到第一电子束与第二电子束的实际位置在距离第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
此实施方案以及其他实施方案的优势在于不仅补偿来自另一电子束源的电场和/或磁场，而且两个(或两个以上)电子束之间的距离亦如此。由于电子束是带电粒子束，因此其倾向于相互排斥。当束彼此接近时，束位置由于排斥力而受到影响。通过校正两个相邻电子束之间由于此排斥力引起的错位，可进一步改善三维物品的最终结果。
在又一个示例性且非限制性的实施方案，仅在第一束与第二束之间的距离比预定值更接近彼此时才对由于两个相邻电子束之间的排斥力进行调整。至少此实施方案的优势在于由于可忽略无关紧要的补偿，因此可将制造加工时间保持在最小值。
本发明的各种实施方案还涉及一种具有与方法类似的特征和优势的装置。
根据某些实施方案，所述装置包含：通过电子方式产生的三维物品模型；粉末分配器(powder distributor)，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；至少一个控制装置，其配置成用以：在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分；在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分；记录第一电子束源的至少一种设定；和记录第二电子束源的至少一种设定；和校正装置，其配置成用以根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
在至少一个示例性且非限制性的实施方案中，所述至少一个控制装置进一步配置成用以：记录第一电子束与第二电子束之间的距离；记录第一电子束与第二电子束的电子束电流；调整第一电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定；和调整第二电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。
在各种实施方案中，所述装置包含：三维物品的计算机模型；粉末分配器，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；控制装置，其配置成用以在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第一部分；控制装置，其配置成用以在工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化而形成三维物品的第一横截面的第二部分；控制装置，其配置成用以记录第一电子束源的至少一种设定；控制装置，其配置成用以记录第二电子束源的至少一种设定；和校正装置，其配置成用以根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
在某些所述实施方案中，配置成用以引导第一电子束的控制装置和配置成用以引导第二电子束的控制装置是同一装置。
在其他实施方案中，配置成用以记录第一电子束源的至少一种设定的控制装置与配置成用以引导第一电子束的控制装置是同一装置；和/或配置成用以记录第二电子束源的至少一种设定的控制装置与配置成用以引导第二电子束的控制装置是同一装置。
附图简要说明
下文将以非限制性的方式参考附图进一步描述本发明。在绘制的几幅图中，采用相同的参考符号来表示相应的类似部件：
图1描绘根据本发明的各种实施方案的增材制造装置的侧视图；
图2描绘根据本发明的各种实施方案的两个电子束源和一个工作台的第一示意性透视图；
图3描绘根据本发明的各种实施方案的两个电子束源和一个工作台的第二示意性透视图；且
图4描绘根据本发明的各种实施方案的两个部分重叠的电子束覆盖区域的顶视图。
具体实施方式
现将参考附图在下文中更全面描述本发明的各种实施方案，其中展示本发明的一些、但并非所有的实施方案。实际上，本发明的实施方案可通过多种不同形式来具体化且不应解释成限制于本文列举的实施方案。相反，提供所述实施方案以便本发明将满足可适用的法定要求。除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有如本发明所涉及领域的普通技术人员通常已知和理解的相同含义。除非另外指示，否则术语“或”在本文中以替代性和连接性的意义来使用。相同数字在全文中指相同的元件。
为便于理解本发明，下文定义大量术语。本文定义的术语具有如本发明所涉及领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如“一个/种(a/an)”和“该”的术语不意图仅指单数实体，而包括具体实例可用来说明的通用类别。本文中的术语用来描述本发明的具体实施方案，但除非在权利要求书中概述，否则其使用并非对本发明划界。
如本文中所用的术语“三维结构”及其类似术语通常指的是意图用于特定目的的预期或实际制造的三维构型(例如，结构材料)。所述结构等例如可借助于三维CAD系统来设计。
如本文各种实施方案中所用的术语“电子束”指的是任何带电粒子束。带电粒子束的来源可包括电子源、线性加速器等等。
图1描绘根据本发明的各种实施方案的一种自由成型或增材制造装置100的实施方案。装置100包含两个电子束源101、102；两个粉末料斗106、107；起动板116；建造储槽112；粉末分配器110；建造平台114；真空腔120和控制装置140。图1为简便起见仅公开两个电子束源。当然，可以与用于描述本发明的两个电子束源相类似的方式使用任意多个电子束源。在看到如本文公开的仅使用两个电子束源的发明性概念时对本领域技术人员而言显而易见并将其应用可能适合其目的的任意特定次数。
真空腔120能够借助真空系统来维持真空环境，所述系统可包含如本领域技术人员熟知的涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵和一个或多个阀，且因此在此情形下无需进一步解释。真空系统可以由控制装置140来控制。
电子束源101、102产生电子束，其用于使在起动板116上提供的粉末材料118熔融或熔化在一起。在真空腔120中可提供电子束源101、102的至少一部分。控制装置140可用来控制和管理自电子束源101、102发射的电子束。第一电子束源101可发射第一电子束151且第二电子束源102可发射第二电子束152。第一电子束151可在至少第一极限位置与至少第二极限位置之间偏转。第二电子束152可在至少第一极限位置与至少第二极限位置之间偏转。第一电子束151的第一或第二极限位置中的至少一者可与第二电子束152的至少第一或第二极限位置之一重叠且因此产生重叠区。
至少一个电子束聚焦线圈(未显示)、至少一个电子束偏转线圈(未显示)和一个电子束电源(未显示)可电连接至控制装置140。在本发明的一个示例性且非限制性的实施方案中，第一电子束源101与第二电子束源102可产生加速电压约为60kV且束功率在0至6kW范围内的可聚焦电子束。在通过用电子束源101、102逐层熔化粉层来建构三维物品时，真空腔中的压力可以在10-3至10-6毫巴的范围内。
粉末料斗106、107包含将在建造储槽112中的起动板116上提供的粉末材料。粉末材料例如可以是纯金属或金属合金，诸如钛、钛合金、铝、铝合金、不锈钢、Co-Cr-W合金、超合金等。
粉末分配器110可配置成在起动板116上铺设一薄层粉末材料。在工作循环期间，建造平台114将在每个增加的粉末材料层之后相对于电子束源连续降低。为了可能进行此移动，建造平台114在本发明的一个实施方案中配置成沿垂直方向可移动，即沿箭头P所示的方向可移动。这意指建造平台114从初始位置开始，其中已在起动板116上铺设具有必要厚度的第一粉末材料层。第一层粉末材料可能比其他涂敷层更厚。由比其他层更厚的第一层开始的原因可能在于并不希望将第一层完全熔融到起动板上。建造平台此后可结合铺设一层新的粉末材料而降低以形成三维物品的一个新的横截面。用于降低建造平台114的方式例如可通过装配有齿轮、调整螺丝等的伺服发动机。
在根据本发明的方法的第一示例性且非限制性的实施方案中，可以通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品，所述部分对应于三维物品的连续横截面。
在第一步骤中，提供三维物品的模型。模型例如可以通过计算机程序来提供，例如计算机辅助设计(computer aided design，CAD)程序。在三维物品的模型中，三维物品可切成具有预定厚度的层。
在第二步骤中，可在起动板116上涂敷第一粉层。粉末可取自粉末料斗106、107并由粉末分配器110均匀分配。层厚度可以由起动板116的顶表面或起动板116上前一层的顶表面到粉末分配器110的最低位置之间的距离来确定。粉层的厚度可对应于三维物品模型中切片的厚度。
在第三步骤中，可在第一粉层上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第一部分。第一电子束只可到达粉层的第一区域。
在第四步骤中，可在第一粉层上自第二电子束源引导第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第二部分。第二电子束只可到达粉层的第二区域，此第二区域可与粉末区域的第一区域部分重叠，第一电子束可到达此第一区域。
图4描绘到达第一区域的第一电子束与到达第二区域的第二电子束的一种示例性且非限制性的实施方案，所述第一与第二区域彼此部分重叠。第一电子束151到达具有半径r1的第一区域且第二电子束152到达具有半径r2的第二区域。半径r1与r2分别表示第一电子束与第二电子束的最大偏转，意指第一电子束151可到达第一区域内的任何位置且第二电子束可到达第二区域内的任何位置。第一与第二区域在第一电子束151与第二电子束152可到达的重叠区域180中彼此重叠。第一区域可与第二区域不同，即第一半径r1可与第二半径r2不同。
在第五步骤中，可记录第一电子束源的至少一种设定。可记录的设定可以是用于使第一电子束偏转和/或成形的至少一个束源线圈中的线圈电流。第一电子束源可使用至少一个偏转线圈用于使电子束偏转。电子束的偏转视偏转线圈中的电流而定。大电流将比小电流使电子束偏转得更多。也可以单独或与第一电子束源的一个或多个其他设定组合记录第一电子束的束功率。也可以单独或与第一电子束源的一个或多个其他设定组合记录用于使电子束偏转和/或成形的静电透镜或板的设定。
在第六步骤中，可记录第二电子束源的至少一种设定。可记录的设定可以是用于使第二电子束偏转和/或成形的至少一个束源线圈中的线圈电流。第二电子束源可使用至少一个偏转线圈用于使电子束偏转。电子束的偏转视偏转线圈中的电流而定。大电流将比小电流使电子束偏转得更多。也可以单独或与第二电子束源的一个或多个其他设定组合记录第二电子束的束功率。也可以单独或与第二电子束源的一个或多个其他设定组合记录用于使第二电子束偏转和/或成形的静电透镜或板的设定。
在第七步骤中，可根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置，以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
图2图示说明在第一电子束源101附近提供第二电子束源102时，来自第一电子束源101的第一电子束151可能发生的情形。来自第一电子束源101的实际第一电子束151在粉末表面上产生实际的束斑171。然而，由于实际的第一束151自所需的束151’位置偏转，因此实际的束斑171相对于所需的束斑位置171’错位。错位是由于第二电子束源102中的电子束源设定。在无第二电子束源102或第二电子束源102的束电流为零且束成形光学的线圈电流为零时，实际的束位置与所需的束位置将相同。当第二电子束源102开启时，第二电子束源102中的设定将影响来自第一电子束源101的第一电子束151的定位。
图3图示说明除相对于图2所公开的情形以外可能发生的情形，即第一电子束源也可以影响第二电子束，且反之亦然。当第一电子束源与第二电子束源101、102同时工作时，第一电子束源101可影响第二电子束152的偏转和/或斑尺寸和/或斑形状，且第二电子束源102可影响第一电子束151的偏转和/或斑尺寸和/或斑形状。
为了确定粉层或起动板上的实际斑位置与所需斑位置之间的偏差，存在几种可能的替代方式。
首先，可以通过实验来确定偏差。
首先，必须确定起动板上不受影响的束斑位置。这最容易地可通过每次操作一个电子束源来进行，即断开所有电子束源，除了用来确定不受影响的束位置的电子束源以外。通过测量可确定此单独工作的电子束源的多个束位置值，而且实际未测量的值，即测量位置之间的值可通过数学函数或模型使用测量的位置来获得。
接着，第一电子束可将其内部组件，诸如偏转线圈或板、散光线圈和/或聚焦线圈及束功率值设定为第一组预定值。第二电子束可设定为其偏转线圈或板、散光线圈和/或聚焦线圈以及束功率值的预定数量的不同设定，并针对不同预定设定确定第二电子束的实际位置。接着将实际位置与对于相同设定的第二电子束源而言可作为经测量不受影响的束定位的所需位置相比较。所需束定位与实际束定位之间的偏差接着可以是校正值，但其矢量符号相反。对于预定数量组的第一电子束预定值重复进行此程序。同一方法可用于确定所有电子束源的所有校正值。校正值可储存在查找表中以供容易且快速获取。
除了通过实验确定偏差以外，也可以通过使用电子束源的模拟磁场和/电场来模拟偏差。由于在用于束成形和/或束偏转的电子束源中所用的线圈或板以及束功率的规格是已知的，因此可能模拟由于周围电子束源的磁场影响引起的特定电子束的偏差。
除模拟周围电子束源的磁场以外，也可检测磁场。可检测不同电子束处和/或不同电子束周围的磁场且检测的磁场可用于模拟中以产生实际校正值。校正值可储存在查找表中。
在另一个示例性且非限制性的实施方案中，根据第二电子束源的至少一种设定和第一电子束源的至少一种设定，不仅校正第二电子束，也可校正第一电子束的位置，以便使根据模型所需的第一电子束位置与实际的第一电子束位置对准。
在具有两(2)个以上电子束源的配置中，可对预定数量电子束中的仅一个、两个或全部进行校正。
在本发明的又一个示例性且非限制性的实施方案中，可记录第一电子束与第二电子束之间的距离。也可以记录第一电子束与第二电子束的电子束电流。可调整第一电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。可调整第二电子束在粉层上的位置，其中调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。在距离另一电子束预定距离以内的电子束可由于电子束中电子的静电力而相互排斥。排斥力是以1/d3衰退的力，其中d是各束之间的距离。如果d大，则排斥力的影响就相对小，然而彼此相对接近的两个束可明显影响各自的位置。此实施方案记录由于至少两个相邻束之间的静电排斥力引起的所需束位置与实际束位置之间的偏差以及对其的补偿。
在本发明的另一方面，提供一种通过连续熔化粉床的部分形成三维物品的装置，所述部分对应于三维物品的连续横截面。装置包含三维物品的计算机模型。计算机模型可以是计算机辅助设计(CAD)模型。
粉末分配器可用于在工作台上提供第一粉层。粉末分配器可通过调整粉末分配器的底表面向前一层提供预定厚度的粉层。可以通过降低前一涂层和融化层和/或用粉末分配器本身调整与前一层的距离来进行调整。
一种控制装置用于在工作台上引导来自第一电子束源的第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第一部分。控制装置可储存将要制造的计算机模型以及用于熔融和加热粉层以供形成三维物品的多个束的熔化和/或加热图案。一种控制装置用于在工作台上引导来自第二电子束源的第二电子束，导致第一粉层在第二选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第二部分。用于引导第二束的控制装置可与用于引导第一电子束的控制装置或与用于第一电子束的另一控制装置连通的独立装置相同。
一种控制装置用于记录第一电子束源的至少一种设定。可记录第一电子束的束功率或偏转中的至少一项以对第二电子束即将进行的校正提供参考点。
一种控制装置用于记录第二电子束源的至少一种设定。至少记录第二电子束的偏转或束功率以控制如何对第二电子束进行校正。
一种校正装置用于根据第一电子束源的至少一种设定和第二电子束源的至少一种设定来校正第二电子束的位置以便使根据模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。校正可视用于使电子束偏转和/或成形的至少一个束源线圈中和/或用于使电子束和/或束功率偏转和/或成形的静电透镜或板中的设定而定。校正装置可通过调整通过束源线圈的用于使第二电子束偏转的电流来将实际的第二电子束位置移动至所需的第二电子束位置。校正装置可包含束源线圈设定为使电子束沿预定方向偏转预定距离的查找表。或者，校正装置可实时计算用于使电子束沿预定方向偏转预定距离的束源线圈设定。
一种储存装置可用于储存第一电子束源与第二电子束源中至少一种设定的每种组合的位置校正值。储存装置可包含查找表。
在本发明的另一个示例性且非限制性的实施方案中，所述装置还包含用于记录第一电子束与第二电子束之间的距离的控制装置。距离是电子束之间在其将要撞击的粉床或起动板上的实际距离。
所述装置还可包含用于记录第一电子束与第二电子束的电子束电流的控制装置。除了记录所述第一电子束与第二电子束之间的距离以外，亦可检测电子束电流，因其可影响实际校正值。
在控制装置中，可调整第一电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。彼此接近的电子束可由于其带电粒子而相互排斥。排斥程度视电子束之间的距离和电子束电流而定，即电子束数量/每个电子束中的时间单位。当已知电子束之间的距离及其功率时，控制装置可用于调整第二电子束在粉层上的位置，其中所述调整视第一电子束与第二电子束之间的距离和第一束与第二束的束电流而定。
控制装置可适于重复记录和调整，直到第一电子束与第二电子束的实际位置在距离第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
在本发明的一个示例性且非限制性的实施方案中，校正装置可为与控制装置相同的装置。
在一个示例性且非限制性的实施方案中，一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的方法，所述部分对应于三维物品的连续横截面，所述方法包括在起动板116上提供第一粉层。可根据几种方法在工作台上均匀分配粉末。一种分配粉末的方式是用耙系统收集自料斗106、107落下的材料。使耙在建造储槽上移动，由此使粉末分配在起动板上。耙的下方部分与起动板或前一粉层的上方部分之间的距离决定分配在起动板上的粉末厚度。可通过调整建造平台114的高度来容易地调整粉层厚度。
可在工作台上自第一能量束源引导第一能量束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第一部分。第一能量束151可到达预定区域，此预定区域取决于最大偏转角度和电子束源101至工作台的距离。因此，第一能量束151只能到达总建造区域的一部分，即三维物品130的第一横截面的一部分。
可在起动板116上根据控制装置140给出的指令引导电子束。在控制装置140中，可储存关于如何控制三维物品中的每一层的束源101、102的指令。
可在工作台上自第二能量束源102引导第二能量束152，导致第一粉层在第二选定位置2处根据模型熔化以形成三维物品130的第一横截面的第二部分。
如同第一能量束151，第二能量束152也可到达预定区域，此预定区域视最大偏转角度和能量束源至工作台的距离而定。
因此，第二能量束152只能到达总建造区域的一部分，即三维物品130的第一横截面的一部分。
在本发明的示例性且非限制性的实施方案中，在重叠区域中至少彼此部分重叠的第一粉层的第一位置与第二位置可由分别来自第一能量束源101与第二能量束源102的第一能量束151与第二能量束152同时熔化。
可通过不同方式在重叠区域中由第一束151与第二束152进行同时熔化。
第一种方式是在区域3中的第一通道用第一束151熔化或加热粉末，同时第二束152可在第二通道熔化或加热粉末，第二通道与第一通道是分开的。在第一束离开通道后，由第一束熔化的第一通道可由第二束再次熔化，即第一束与第二束并非任何时间均同时在相同位置。
第二种方式是用第一束与第二束熔化或加热粉末以使得第一束151与第二束152至少一次同时在相同位置。
第一层完成后，即熔化粉末材料以制成三维物品的第一层后，在工作台116上提供第二粉层。在一个实施方案中，根据与前一层相同的方式分配第二粉层。然而，在用于向工作台上分配粉末的相同增材制造机械中可能存在替代性的方法。例如，可借助于第一粉末分配器来提供第一层，可通过另一粉末分配器来提供第二层。根据来自控制装置的指令自动改变粉末分配器的设计。单耙系统形式的粉末分配器，即其中用一个耙接住自左侧粉末料斗106和右侧粉末料斗107落下的粉末，耙本身可改变设计。
在工作台116上分配第二粉层之后，可在工作台116上引导来自第一能量束源101的第一能量束151，导致第二粉层在第三选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第二横截面。
第二层中的熔化部分可与第一层的熔化部分粘接。可通过不仅熔融最上层中的粉末，而且使最上层下方紧接一层的厚度的至少一部分再熔融来使第一层与第二层中的熔化部分熔融在一起。
在通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的方法的另一个示例性且非限制性的实施方案中，所述部分对应于三维物品的连续横截面，所述方法包括以下步骤：提供三维物品的模型；在工作台上提供第一粉层；在工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致第一粉层在第一选定位置处根据模型熔化以形成三维物品的第一横截面的第一部分；检测第一电子束源周围的第一外部磁场和/或电场；根据第一电子束源周围的外部磁场和/或电场来校正第一电子束的位置以便使根据模型所需的第一电子束位置与实际的第一电子束位置对准。
在一个示例性且非限制性的实施方案中，外部磁场和/或电场源自至少第二电子束源，其目的在于在第二选定位置处根据模型熔化第一粉层以形成三维物品的第一横截面的第二部分。
在又一个示例性且非限制性的实施方案中，通过使用来自至少一个第二电子束源的电场和/或磁场来计算第一电子束源周围的外部磁场和/或电场。
在又一个示例性且非限制性的实施方案中，计算考虑到所述至少一个第二电子束源的瞬时电子束源设定。
本发明不限于上述实施方案且在下文权利要求书的范畴内可能进行多种修改。所述修改例如可涵盖使用不同来源的射线源而非例示的电子束，诸如激光束。可使用除金属粉末以外的其他材料，诸如聚合物粉末和/或陶瓷粉末。
应了解，可能对以上系统和方法进行多种改变，且可能与上述实施方案存在偏差，但仍在权利要求书的范畴内。本领域技术人员将想到本文列举的发明所涉及的具有以上描述和相关图示中呈现的教义益处的本发明的多种修改和其他实施方案。因此，应了解本发明不限于所公开的具体实施方案且修改和其他实施方案意图包括在随附的权利要求书的范畴内。尽管本文中采用特定术语，但其仅以通用且描述性的含义使用而不用于限制目的。
Claims (20)
1.一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的方法，所述部分对应于所述三维物品的连续横截面，所述方法包括以下步骤：
采用所述三维物品的模型；
在工作台上涂敷第一粉层；
在所述工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致所述第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的第一横截面的第一部分；
在所述工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致所述第一粉层在第二选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的所述第一横截面的第二部分；
记录所述第一电子束源的至少一种设定；
记录所述第二电子束源的至少一种设定；且
根据所述第一电子束源的所述至少一种设定和所述第二电子束源的所述至少一种设定来校正所述第二电子束的位置，以便使根据所述模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：根据所述第二电子束源的所述至少一种设定和所述第一电子束源的所述至少一种设定来校正所述第一电子束的位置，以便使根据所述模型的所需第一电子束位置与实际的第一电子束位置对准。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在查找表中储存所述第一电子束源和第二电子束源中的所述至少一种设定的每种组合的位置校正值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述位置校正值是通过实验产生的。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述位置校正值是通过模拟产生的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电子束源的设定或所述第二电子束源的设定包含以下中的至少一项：用于使所述电子束偏转或成形的至少一个束源线圈的线圈电流，束功率，用于使所述电子束偏转或成形的静电透镜或用于使所述电子束偏转或成形的静电板。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
记录第一电子束与第二电子束之间的距离；
记录所述第一电子束与第二电子束的电子束电流；
调整所述第一电子束在所述粉层上的位置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定；和
调整所述第二电子束在所述粉层上的位置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定。
8.根据权利要求7所述的方法，其中重复权利要求7中所述的步骤直到所述第一电子束与第二电子束的实际位置在距离所述第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：仅在所述第一电子束与第二电子束之间的距离比预定值更相互接近时才进行所述调整。
10.一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的装置，所述部分对应于所述三维物品的连续横截面，所述装置包含：
所述三维物品的电学产生的模型；
粉末分配器，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；
至少一个控制装置，其配置成用以：
在所述工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致所述第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的第一横截面的第一部分；
在所述工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致所述第一粉层在第二选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的所述第一横截面的第二部分；
记录所述第一电子束源的至少一种设定；和
记录所述第二电子束源的至少一种设定；和
校正装置，其配置成用以根据所述第一电子束源的所述至少一种设定和所述第二电子束源的所述至少一种设定来校正所述第二电子束的位置，以便使根据所述模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一种控制装置包含至少第一控制装置和第二控制装置，所述第一控制装置配置成用以引导所述第一电子束且所述第二控制装置配置成用以引导所述第二电子束。
12.根据权利要求10所述的装置，还包含储存装置用以储存所述第一电子束源与第二电子束源中所述至少一种设定的每种组合的位置校正值。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一电子束源的设定或所述第二电子束源的设定包含以下中的至少一项：用于使所述电子束偏转或成形的至少一个束源线圈的线圈电流，束功率，用于使所述电子束偏转或成形的静电透镜或用于使所述电子束偏转或成形的静电板。
14.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一种控制装置进一步经配置成用以：
记录第一电子束与第二电子束之间的距离；
记录所述第一电子束与第二电子束的电子束电流；
调整所述第一电子束在所述粉层上的位置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定；和
调整所述第二电子束在所述粉层上的位置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定。
15.根据权利要求14所述的装置，其中重复权利要求14中所述的步骤直到所述第一电子束与第二电子束的实际位置在距离所述第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
16.一种通过连续熔化粉床的部分来形成三维物品的装置，所述部分对应于所述三维物品的连续横截面，所述装置包含：
所述三维物品的计算机模型；
粉末分配器，其配置成用以在工作台上提供第一粉层；
控制装置，其配置成用以在所述工作台上自第一电子束源引导第一电子束，导致所述第一粉层在第一选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的第一横截面的第一部分；
控制装置，其配置成用以在所述工作台上自第二电子束源引导第二电子束，导致所述第一粉层在第二选定位置处根据所述模型熔化而形成所述三维物品的所述第一横截面的第二部分；
控制装置，其配置成用以记录所述第一电子束源的至少一种设定；
控制装置，其配置成用以记录所述第二电子束源的至少一种设定；和
校正装置，其配置成用以根据所述第一电子束源的所述至少一种设定和所述第二电子束源的所述至少一种设定来校正所述第二电子束的位置，以便使根据所述模型的所需第二电子束位置与实际的第二电子束位置对准。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述配置成用以引导所述第一电子束的控制装置和所述配置成用以引导所述第二电子束的控制装置是同一装置。
18.根据权利要求16所述的装置，其中：
所述配置成用以记录所述第一电子束源的所述至少一种设定的控制装置和所述配置成用以引导所述第一电子束的控制装置是同一装置；且
所述配置成用以记录所述第二电子束源的所述至少一种设定的控制装置和所述配置成用以引导所述第二电子束的控制装置是同一装置。
19.根据权利要求16所述的装置，还包含：
配置成用以记录第一电子束与第二电子束之间的距离的控制装置；
配置成用以记录所述第一电子束与第二电子束的电子束电流的控制装置；
配置成用以调整所述第一电子束在所述粉层上的位置的控制装置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定；和
至少一个配置成用以调整所述第二电子束在所述粉层上的位置的控制装置，其中所述调整视所述第一电子束与第二电子束之间的距离和所述第一电子束与所述第二电子束的束电流而定。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述至少一种控制装置配置成使得所述第一电子束与第二电子束的实际位置在距离所述第一电子束与第二电子束的所需位置的预定值以内。
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