CN105813827B - 使用两种控制模式控制用于形成三维制品的添加制造方法 - Google Patents

使用两种控制模式控制用于形成三维制品的添加制造方法 Download PDF

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Abstract

一种用于通过连续沉积粉末材料(5)的被融合在一起以形成制品的各个层来形成三维制品(3)的方法，所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源(6)，用于加热和/或融合所述粉末材料。在所述三维制品的所述形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制所述电子束源。在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源，其中，在所述第一模式中，以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中，以反馈模式控制所述电子束电流。

Description

使用两种控制模式控制用于形成三维制品的添加制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过连续融合粉末材料的各个层来添加制造三维制品的方法。
背景技术
自由成型或添加制造是一种用于通过连续融合涂布(appliedto)到工作台的粉末层的所选部分来形成三维制品的方法。
添加制造设备可以包括：工作台，在所述工作台上形成三维制品；粉末分配器或粉末分布器，其被设置成将一薄层粉末铺设在工作台上，用于形成粉末床；高能量束，用于将能量传送给粉末，据此，发生粉末融合；元件，用于在粉末床上控制能量束所发出的能量，以通过融合粉末床的部分来形成三维制品的横截面；以及控制计算机，在其中储存关于三维制品的连续横截面的信息。通过连续融合由粉末分配器连续铺设的粉末层的连续形成的横截面，形成三维制品。
在添加制造中，最重要的是制造时间短并且最终产品的质量高。最终产品的期望材料性能可取决于控制融合过程的能力。一个重要参数是在融合工艺期间快速并且精确地控制实际电子束输出(beamoutput)的能力。在大部分电子束源中，来自源中的输出电流可以随着时间变化。如果未完全控制电子束中的随着时间的这种变化，则最终产品的实际材料性能偏离期望的材料性能的风险大。
发明内容
本发明的一个目标在于，提供一种在添加制造工艺中快速并且精确地控制来自电子束源的束电流的方法，以提高制造的三维制品的材料特征。
上述目标由根据本发明的方法的特征实现。
在本发明的第一方面，提供了一种用于通过连续沉积粉末材料的融合(fused)在一起以便形成制品的各个层来形成三维制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热和/或融合所述粉末材料，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；在所述三维制品的所述形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制所述电子束源；并且在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源，其中，在所述第一模式中以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中以反馈模式控制所述电子束电流。
本发明的优点在于，可以根据处理步骤不同地控制电子束电流。一些处理步骤可以需要精确的电子束电流，而其他处理步骤对电子束电流的操纵几乎不太敏感。可以使用该洞察力，以便提高三维制品的最终质量。
在本发明的各种示例实施方式中，第一处理步骤是用于形成三维制品的粉末材料的融合。
在融合三维制品期间，电子束电流的精确度可能是实现特定的材料特征的关键。通过将预定的控制参数前馈给电子束源，实现期望的电子束电流。
在本发明的各种示例实施方式中，所述第二处理步骤是以下各项中的组中的一个：在将新粉末层涂布到表面上之前的该表面的预加热、新粉末层的预加热、粉末分布或者已融合的粉末层的后热处理。在预加热、后热处理或者粉末分布期间，电子束电流的值的精确度对于实现特定的材料特征并不关键。在第二处理步骤中，可以配置或者更新实现预定的电子束电流的控制参数。控制参数可以储存在查找表内或者转换成数学函数。查找表或数学函数可以定义控制参数与电子束电流之间的关系。
在本发明的各种示例实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：在所述阴极与所述阳极之间施加预定的固定加速器电压；在所述栅极与所述阴极之间施加预定数量的不同栅极电压，用于产生对应的预定数量的电子束电流；在所述第二模式期间，创建或更新查找表或数学函数，其中，所述查找表或数学函数定义期望的电子束电流与施加的栅极电压之间的关系。
在第二处理步骤中，在电子束电流不用于融合粉末材料时，人们可以更新或者创建控制参数与电子束电流之间的关系。可以在用于创建最大电子束电流和零电子束电流的两个不同极值之间，设置栅极电压。在测量实际电子束电流的同时可以施加在这两个极值之间的预定数量的不同栅极电压。可以外推所产生的测量数据，以便实现必要的精确度。测量数据可以储存在查找表内或者转换成数学函数，即反馈实际电子束电流，其中稍后可以从中检索实际电子束电流。
在各种示例实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：比较第一实际电子束电流和第一期望的电子束电流；如果所述第一实际与第一期望的电子束电流之间的差值大于预定值，则更新查找表或数学函数。
在已使用特定的查找表或数学函数多次之后，查找表或数学函数并非是最新的，即，施加的栅极电压不会产生期望的电子束电流。在某个使用期间之后失配的原因在于，越来越多地使用阴极元件。为此，需要在某个时间段之后，更新作为栅极电压的函数的电子束电流。该更新的触发可以是在实际电子束电流的测量与期望的电子束电流偏离超过预定量时。
在本发明的各种示例实施方式中，在融合预定数量的三维制品的层之后，执行所述更新。可以预先知道在多个融合的粉末层之后，对于给定施加的栅极电压，电子束电流可超出规范，因此，在三维制品的实际形成开始之前，确定定期地执行作为栅极电压的函数的电子束电流的更新。
在本发明的各种示例实施方式中，而是在每层的融合过程之间，执行所述更新。为了一直使用可用的最精确的电子束电流，可以在每层的每个融合过程之间执行作为栅极电压的函数的电子束电流的更新。在建设面积的尺寸增大时，这变得可有用。
在本发明的各种示例实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：从所述查找表或数学函数中检索用于产生所述期望的电子束电流的所述预定的栅极电压；在所述第一模式期间，将所述预定的栅极电压从第一栅极电压变成第二栅极电压，用于在预定层的融合期间，将所述电子束电流从第一值变成第二期望值。
在融合特定的粉末层时，可以使用不同的电子束电流。通过将栅极电压从第一栅极电压修改成第二栅极电压，可以执行从第一电子束电流到第二电子束电流的切换。从查找表中或者从数学函数中，检索栅极电压。可以预先知道，电子束电流必须从第一等级变成第二等级的时间。通过模拟制造特定的三维制品，可以了解用于实现预定的材料特征的最佳电子束电流。
在本发明的各种示例实施方式中，在至少一个个别扫描线的融合期间，所述预定栅极电压从第一栅极电压变成第二栅极电压，用于将在所述扫描线内的所述电子束电流从第一值变成第二期望值。
通过将栅极电压从第一值修改成第二值，执行电子束电流从第一值变成第二期望值。由于这可以较快速地进行，所以电子束电流可以在特定的扫描线期间改变。这可以有利于减少制造时间，同时实现期望的制造特征。
在本发明的另一个方面，提供了一种程序元件，其被配置并且设置成在计算机上执行时，实现一种用于通过连续沉积粉末材料的融合在一起以便形成制品的各个层来形成三维制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热和/或融合所述粉末材料，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；在所述三维制品的所述形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制所述电子束源；在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源，其中，在所述第一模式中，以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中，以反馈模式控制所述电子束电流。
在本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读介质，具有程序元件存储在其上。
在本发明的又一个方面，提供了一种非暂存性计算机程序产品，包括在其内体现计算机可读程序代码部分的至少一个非暂存性计算机可读储存介质。这些实施方式中，所述计算机可读程序代码部分包括：被配置成在三维制品的形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制电子束源的可执行部分，所述电子束源发射电子束，用于加热或将粉末材料的各个层融合在一起中的至少一种，以便形成三维制品，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；以及被配置成在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源的可执行部分，其中，在所述第一模式中，以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中，以反馈模式控制所述电子束电流。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于通过连续沉积粉末材料的融合在一起以便形成制品的各个层来形成三维制品的方法。所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热或融合所述粉末材料中的至少一种，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；在所述三维制品的所述形成期间，在至少两个模式中控制所述电子束源；在所述阴极与所述阳极之间施加预定加速器电压；在所述栅极与所述阴极之间施加预定数量的不同栅极电压，用于产生对应的预定数量的电子束电流；并且在所述至少两个模式的一个模式期间，创建或更新查找表或数学函数中的至少一种，其中，所述查找表或数学函数定义期望的电子束电流与施加的栅极电压之间的关系。
在本文中描述的所有示例和示例性实施方式本质上是非限制性的，因此，不应理解为限制在本文中描述的本发明的范围。更进一步，在本文中描述的优点，即使在相对于特定的示例性实施方式识别出的，也不必通过这种限制的方式理解。
附图说明
在这样概括地描述了本发明之后，现在，将参考不必按照比例绘制的附图，并且其中：
图1描述了可以实现发明方法的电子束源的示例实施方式的示意图；
图2描述了用于产生三维产品的可以具有根据图1的电子束源的设备的示例实施方式的示意图；
图3描述了栅极电位－阴极电位，作为电子束源中的灯丝的不同发射率的电子束电流的函数；
图4是根据各种实施方式的示例性系统1020的方框图；
图5A是根据各种实施方式的服务器1200的示意性方框图；以及
图5B是根据各种实施方式的示例性移动装置1300的示意性方框图。
具体实施方式
现在，将参考附图，在后文中更完整地描述本发明的各种实施方式，其中，示出了本发明的一些而非所有实施方式。实际上，本发明的实施方式可以通过多种不同的形式体现，且不应理解为限于在本文中阐述的实施方式。更确切地说，提供这些实施方式，使得本公开满足适用的法律要求。除非另有规定，否则在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明涉及的领域中的技术人员通常已知和理解的含义相同的含义。除非另有说明，否则本文中以可替换的以及连接的意义使用术语“或”。通篇中相同的数字标号指代相同的元件。
更进一步地，为了促进理解本发明，下面定义了大量的术语。在本文中定义的术语具有与本发明相关的领域的技术人员通常理解的含义。诸如“一个(a)”、“一个(an)”以及“该”的术语并非旨在表示仅仅单一实体，而是包括其具体示例可以用于说明的一般的类。在本文中的术语用于描述本发明的具体实施方式，但是除了在权利要求中所概述的外，其用途不限制本发明。
如在本文中所使用的，术语“三维结构”等通常表示预期的或者实际上制造的三维构造(例如，具有一种或多种结构材料的三维构造)，这些三维构造旨在用于特定目的。例如，可以借助于三维CAD系统设计这种结构等。
如在本文中所使用的，术语“电子束”在各种实施方式中表示任何带电粒子束。带电粒子束的源可以包括电子枪、直线加速器等。
图2描述了可以实施根据本发明的发明方法的自由成型或添加制造设备21的实施方式。
设备21包括电子束枪6；偏转线圈7；两个粉末料斗4、14；构建平台2；构建箱10；粉末分布器28；粉末床5；以及真空室20。
真空室20能够通过真空系统保持真空环境，该系统可以包括本领域的技术人员众所周知的涡轮分子泵、涡旋泵、离子泵以及一个或多个阀门，因此，在该上下文中不需要进一步解释。真空系统由控制单元8控制。
电子束枪6生成电子束，用于预加热粉末，将在构建平台2上提供的粉末材料熔化或者融合在一起，或者后热处理已经融合的粉末材料。电子束枪6的至少一部分可被设置在真空室20内。控制单元8可以用于控制和管理从电子束枪6中发射的电子束。至少一个聚焦线圈(未示出)、至少一个偏转线圈7、用于象散校正的可选线圈(未示出)、以及电子束电源(未示出)可以电连接至控制单元8。在本发明的一个示例实施方式中，电子束枪6可以生成可聚集电子束，具有大约15-60kV的加速电压以及具有3-10kW的范围内的电子束功率。在通过使用能量束逐层融合粉末来构建三维制品时，在真空室内的压力可以是10-3mbar或者更低。
粉末料斗4、14包括将被提供到构建箱10内的构建平台2上的粉末材料。粉末材料可以例如是纯金属或金属合金，例如，钛、钛合金、铝、铝合金、不锈钢、Co-Cr合金、镍基超合金等。
粉末分布器28被设置成在构建平台2上铺设一薄层粉末材料。在工作周期内，相对于在真空室内的固定点，连续降低构建平台2。为了能够进行该运动，在本发明的一个实施方式中，在垂直方向，即，在由箭头P表示的方向上，可移动地设置构建平台2。这表示构建平台2在初始位置开始，其中，铺设了具有所需厚度的第一粉末材料层。用于降低构建平台2的装置可以例如通过装有齿轮、调整螺钉等的伺服引擎。伺服引擎可以连接至控制单元8。
电子束可被指向构建平台2之上，引起第一粉末层在所选位置融合，以形成三维制品3的第一横截面。通过控制单元8所提供的指令，该电子束可被指向构建平台2之上。在控制单元8中，储存有如何控制用于三维制品的每层的电子束的指令。三维制品3的第一层可以在可移动的构建平台2上的粉末床5内或者可选的启动板16上进行构建。启动板16可以直接设置在构建平台2上或者位于被设置在构建平台2上的粉末床5的顶部。
在完成第一层，即，融合用于制造第一层的三维制品的粉末材料之后，在构建平台2上提供第二粉末层。第二层的厚度可以由构建平台相对于构建第一层的位置降低的距离来确定。根据与前一层相同的方式，分布在各种实施方式中的第二粉末层。然而，在用于在工作台上分布粉末的相同添加制造机器中，可能具有可替换的方法。例如，可以通过第一粉末分布器28提供第一层，可以通过另一个粉末分布器提供第二层。粉末分布器的设计根据控制单元8的指令自动改变。粉末分布器28具有单耙系统的形式，即，一个耙捕获从左粉末料斗4和右粉末料斗14两者中落下的粉末，耙同样可以改变设计。
在构建平台上分布第二粉末层之后，能量束被指向在构建平台之上，引起第二粉末层在所选位置融合，以形成三维制品的第二横截面。在第二层内的融合部可被粘合至第一层的融合部。通过不仅熔化在最上层内的粉末，而且还重新熔化直接在最高层之下的层的厚度的至少一部分，可以将第一和第二层内的融合部熔化在一起。
有时，因为电子撞击粉末床5，所以需要考虑在粉末中创建的电荷分布。电荷分布密度取决于以下参数：束电流、电子速度(由加速电压提供)、束扫描速度、粉末材料以及粉末的导电性，即，主要在粉末颗粒之间的导电性。后者反过来是几个参数的函数，例如，温度、烧结程度以及粉末颗粒粒度/尺寸分布的非限制性示例。
因此，对于给定的粉末，即，具有某个粒度分布和给定的加速电压的某种材料的粉末，通过改变束电流(并且因此改变束功率)和束扫描速度，可以影响电荷分布。
通过控制的方式改变这些参数，通过增加粉末的温度，粉末的导电性可以逐渐增大。具有较高温度的粉末获得相当大的较高传导性，由于电荷迅速地能够扩散到较大区域，所以这造成更低密度的电荷分布。如果允许在预先加热过程中略微烧结粉末，则这种影响得以增强。在导电性变得足够高时，通过预定值的束电流和束扫描速度，粉末可以融合在一起，即，熔化或者完全烧结。
图1描述了可以实施发明方法的电子束源的示例实施方式的示意图。电子束源100包括阴极102、栅极104以及阳极106。在位于负电位上的阴极102处发射的电子朝着阳极106加速并且最终到达目标表面118。栅极104设置为与阴极102相距预定的距离。阴极102可以具有可以促使阴极加热的电压，其中阴极102通过热离子发射释放电子。
加速器电压160设置在阴极与阳极106之间。加速器电压160促使从阴极102中发射的电子朝着阳极106加速，从而建立电子束120。电子束120可以撞击在衬底表面118上，其可以是在添加制造过程的粉末层。为了引导和聚集电子束，可以进一步设置至少一个聚焦线圈和至少一个偏转线圈。
在电子束源100中，栅极(grid)104设置在阴极102与阳极106之间。栅极104可以被设置成具有孔的板。孔可以与阴极102对准。栅极104内的孔的尺寸可以对应于电子束120在栅极104位置的横截面。
栅极电压180可被设置在栅极104与阴极102之间，并且可以在负阻断电压与全电源电压之间调整，从而在0与最大电子束电流之间调整电子束电流。在图1中，阴极102可以设置有-20kV到-100kV的负电位。加速器电压160的第一连接点110和栅极电压180的第一连接点114可以固定至-20kV到-100kV的相同电位。加速器电压160的第二连接点108可以具有接地电位。栅极电压180的第二连接点112可以在负阻断电压与全电源电压之间变化。第二控制单元150可以控制在栅极电压的第二连接点112上的电压，以便将电子束电流调整为期望值。第二控制单元150可以是与控制单元8连接的物理分离的控制单元或者完全集成在控制单元8内。
目标表面118可以设置为接地电位或者正电位。电子束源100还可以包括用于检测实际电子束电流的装置170。用于检测在目标表面上的电子束电流的示例装置可以用于检测提供加速器电压160的高电压源的实际负载，由在图1中方框170表示。这可以通过简单测量分别在第一和第二连接点110和108之间穿过的电子束来进行。如果阴极具有-60kV的固定负电压，则负阻挡电压可以为大约-61kV，即，栅极电压的第二连接点112设为-61kV，并且第一连接点114设为-60kV，用于通过栅极104阻挡电子。如果开始减小在第二连接点112上的负阻断电压，则允许从阴极中发射的一些电子穿过栅极104。通过在该示例实施方式中在-61kV与-60kV之间改变栅极电压，在阴极具有-60kV的固定负电位时，对于预定尺寸和形状的阴极以及在栅极104内的预定尺寸和形状的孔，电子束电流可以从0mA变成最大电子束电流，该最大电子束电流可以是25mA。其他加速器电压和/或其他尺寸、形状以及发射率的阴极和/或在栅极内的其他尺寸和形状的孔可以影响最大电子束电流，以高于或低于例证的25mA。
图3描述了栅极电位－阴极电位作为用于灯丝的不同发射率的电子束电流的函数。在栅极电压180是足够高的负电位时，即，与在连接点114上的负电位相比，在连接点112上的电位具有充分的负电位(负阻断电位)，由在栅极104上的负电位阻挡(排斥)从阴极102中发射的电子，造成没有电子穿过在栅极104内的孔。在这种情况下，我们处于在图3的曲线图中最左边的位置，即，零电子束电流。随着阴极102与栅极104之间的电位差减小，电子束电流增大，即，我们在图3的曲线图中向右移动。UC表示阴极电位，并且UG表示栅极电位。
处于不同温度的阴极102可以发射不同量的电子。在图3中，示出了4个不同的曲线310、320、330以及340。第一曲线图310可以表示处于第一温度的阴极。第二曲线图320可以表示处于第二温度的阴极。第三曲线图330可以表示处于第三温度的阴极。第四曲线图310可以表示处于第四温度的阴极。第一温度<第二温度<第三温度<第四温度。不仅阴极的温度可影响发射的电子的数量。在使用阴极时，其电子发射率可以通过如在图3中所述的相似的方式变化。未使用的阴极可以由曲线340表示。使用阴极102越多，曲线图的最后部分越向左偏移。阴极温度的变化和使用程度的组合还可以由在图3中的不同曲线表示，即，对于较冷的并且很好的已经使用的阴极，最后部分将向左偏移，并且对于热和新阴极，曲线向右偏移。
通过施加预定数量的不同UG-UC电位并且测量针对UG-UC电位的所产生的电子束电流，可以定义在图3中的曲线图。曲线图可以由数学表达式近似，例如，拟合至曲线图的多项式。
在本发明的示例实施方式中，提供了一种用于通过连续沉积融合在一起以便形成制品的粉末材料的各个层来形成三维制品的方法。提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热和/或融合所述粉末材料，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极。在所述三维制品的所述形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制所述电子束源。在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源。在所述第一模式中，在前馈模式中控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中，在反馈模式中控制所述电子束电流。
在反馈模式中，创建或更新作为电子束电流的函数的栅极电位。这可以通过测量不同施加的栅极电压下的实际电子束电流来进行。所产生的测量可以储存在查找表内和/或由数学函数来近似。在预加热未融合的粉末层、后热处理融合的粉末层、粉末分配或者机器空转期间，可以实现反馈模式，即，在电子束电流的精确度并不重要的制造处理步骤期间，可以执行反馈模式。例如，数学函数可以是A+Bx+Cx2+Dx3型或者与实际测量数据最佳拟合的任何其他合适的数学函数。如果使用查找表，则可以适当地外推在实际已测数据点之间的数据点，以便实现电子束电流的期望精确度。在各个粉末层的每次融合之间，可以执行一次作为电子束电流的UC-UG的更新。在开始三维制品的新制造之前，而可以执行查找表或数学函数的创建。这确保在从第一粉末层融合粉末层时，使用正确的电子束融合电流。
在前馈模式中，施加预定的栅极电位，用于实现预定的电子束电流。从查找表中提取或者从数学函数中计算栅极电位。在三维制品的融合过程中，即，在粉末材料由电子束撞击在粉末层上进行熔化或融合时，使用前馈模式。通过从查找表或数学函数中提取用于实现期望的电子束电流的正确栅极电压，可以通过仅仅将在栅极上的电位从第一栅极电位切换成第二栅极电位，将电子束电流从第一预定的电子束电流切换成第二预定的电子束电流。这能够在融合过程中精确地将电子束电流从第一电子束电流快速切换成第二电子束电流。在电子束电流必须在电子束的扫描线期间从第一电子束电流切换成第二电子束电流，以便实现最终材料特征时，这可以有用。在开始三维制品的实际构造之前的模拟可以表明，由于特定原因，在特定扫描线期间，电子束必须改变，该特定原因可以是材料特征、最终尺寸精度或者维持构造温度。在融合过程中使用发明的前馈模式来控制电子束电流，可以提高三维制品的材料特征的精确度和可预测性。通过将栅极电位从第一值变成第二值，电子束电流可以从第一电子束电流立刻变成第二电子束电流。修改栅极电位和对应的电子束电流的快速响应，使其适合用作在添加制造过程中的电子束电流的处理方法，其中，在较小时间间隔期间，需要修改几次电子束。对于某些应用，电子束电流的足够快速的变化可以是成功三维制品具有期望的材料性能和尺寸公差的关键因素。
在前馈模式中，施加预定的栅极电位，用于在用于融合粉末的粉末表面上实现预定的电子束电流。在此处，人们使用已经创建和更新的作为电子束电流的函数的栅极电位。这确保期望的电子束电流会在预定的栅极电位下撞击粉末层。这也能够在融合过程中从第一电子束电流快速切换成第二电子束电流。当和/或其中将融化特定类型的结构时，在所取决于的扫描线期间，这将是必需的。
在本发明的示例实施方式中，提供了一种用于通过连续沉积融合在一起以便形成制品的粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热和/或融合所述粉末材料，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；并且通过将在栅极上施加的电位从第一值切换成第二值，来将来自电子束源的电子束电流从第一电子束电流变成第二电子束电流。
可以在三维制品的特定层的融合期间，执行切换。在另一个示例实施方式中，可以在特定扫描线的融合期间，执行切换。栅极电位以及对应的电子束电流可以储存在查找表内或者由数学函数表示。在表面上施加新粉末层之前预先加热表面期间，预先加热新粉末层，粉末分配或者后热处理已经融合的粉末层时，可以创建或更新查找表或数学函数。
在本发明的另一个方面，提供了一种程序元件，在计算机上执行时，其被配置并且设置成实现一种用于通过连续沉积融合在一起以便形成制品的粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热和/或融合所述粉末材料，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及在所述阴极与阳极之间的栅极；在所述三维制品的所述形成在第一处理步骤中时，在第一模式中控制所述电子束源；在所述三维制品的所述形成在第二处理步骤中时，在第二模式中控制所述电子束源，其中，在所述第一模式中，在前馈模式中控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中，在反馈模式中控制所述电子束电流。程序可以安装在计算机可读储存介质内。计算机可读储存介质可以是控制单元8、控制单元150或另一个单独的并且不同的控制单元。计算机可读储存介质和可以包括在其内体现的计算机可读程序代码部分的程序元件，可以进一步包含在非暂存性计算机程序产品内。下面，依次提供关于这些特征和配置的进一步细节。
如上所述，可以通过各种方式实现本发明的各种实施方式，包括作为非暂存性计算机程序产品。计算机程序产品可以包括非暂存性计算机可读储存介质，其储存应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、程序代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等(在本文中也称为可执行指令、用于执行的指令、程序代码、和/或在本文中可交换使用的相似术语)。这种非暂存性计算机可读储存介质包括所有计算机可读介质(包括易失性和非易失性介质)。
在一个实施方式中，非易失性计算机可读储存介质可以包括软盘、软磁盘、硬盘、固态储存器(SSS)(例如，固态驱动器(SSD)、固态卡(SSC)、固态模块(SSM))、企业闪驱、磁带或任何其他非暂存性磁介质等。非易失性计算机可读储存介质还可以包括穿孔卡、纸带、光标记表(或具有孔图案或其他光学可识别的标记的任何其他物理介质)、光盘只读存储器(CD-ROM)、可擦写光盘(CD-RW)、数字通用光盘(DVD)、蓝光光盘(BD)、任何其他非暂存性光学介质等。这种非易失性计算机可读储存介质还可以包括只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(例如，Serial、NAND、NOR等)、多媒体记忆卡(MMC)、安全数字(SD)记忆卡、智能媒体卡、紧凑式闪存(CF)卡、记忆棒等。进一步，非易失性计算机可读储存介质还可以包括导电桥接随机存取存储器(CBRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、微米硅-氧化硅-氮化物(SONOS)、浮动结栅极随机存取存储器(FJG RAM)、千足虫(Millipede)存储器、赛道存储器等。
在一个实施方式中，易失性计算机可读储存介质可以包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、快速页面模式动态随机存取存储器(FPM DRAM)、扩展数据输出动态随机存取存储器(EDO DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)、双倍数据速率型双同步动态随机存取存储器(DDR2SDRAM)、双倍数据速率型三同步动态随机存取存储器(DDR3SDRAM)、Rambus动态随机存取存储器(RDRAM)、双晶体管RAM(TTRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)、零电容器(Z-RAM)、Rambus内嵌式内存模块(RIMM)、双重内嵌式内存模块(DIMM)、单个内嵌式内存模块(SIMM)、视频随机存取存储器VRAM、高速缓冲存储器(包括各种等级)、闪速存储器、寄存器存储器等。要理解的是，实施方式被描述为使用计算机可读储存介质的情况下，除了上述计算机可读储存介质以外，还可以替代或者使用其他类型的计算机可读储存介质。
应理解的是，还可以实现本发明的各种实施方式，作为方法、设备、系统、计算装置、计算实体等，如在本文中的其他地方所描述的。同样，本发明的实施方式可以采用执行储存在计算机可读储存介质上的指令以便执行某些步骤或操作的设备、系统、计算装置、计算实体等的形式。然而，本发明的实施方式还可以采用执行某些步骤或操作的整个硬件实施方式的形式。
下面参考设备、方法、系统以及计算机程序产品的方框图和流程图说明，描述各种实施方式。应理解的是，任何方框图和流程图说明的每个方框分别由计算机程序指令部分实施，例如，作为在计算系统内的处理器上执行的逻辑步骤或操作。可以在计算机(例如，专用计算机)或其他可编程数据处理设备上装载这些计算机程序指令，以产生特别配置的机器，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令实现在这个或这些流程图方框中规定的功能。
这些计算机程序指令还可以储存在可以引导计算机或其他可编程数据处理设备通过特定的方式运行的计算机可读存储器内，使得储存在计算机可读存储器内的指令产生制品，包括用于实现在这个或这些流程图方框中规定的功能的计算机可读指令。还可以在计算机或其他可编程数据处理设备上装载这些计算机程序指令，以促使在计算机或其他可编程数据处理设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令提供用于实现在这个或这些流程图方框中规定的功能的操作。
因此，方框图和流程图说明的方框支持用于执行规定的功能的各种组合、用于执行规定的功能的操作的组合以及用于执行规定的功能的程序指令。还应理解的是，方框图和流程图说明的每个方框以及在方框图和流程图说明中的方框的组合可以由执行规定的功能或操作的基于专用硬件的计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合实现。
图4是可以与本发明的各种实施方式结合使用的示例性系统1020的方框图。至少在说明的实施方式中，系统1020可以包括一个或多个中央计算装置1110、一个或多个分布式计算装置1120以及一个或多个分布式手持或移动装置1300，这些装置均被配置成通过一个或多个网络1130与中央服务器1200(或控制单元)通信。虽然图4示出了各种系统实体，作为单独的独立式实体，但是各种实施方式不限于该特定的架构。
根据本发明的各种实施方式，所述一个或多个网络1130能够根据多个第二代(2G)、2.5G、第三代(3G)和/或第四代(4G)移动通信协议等中的任一个或多个支持通信。更具体而言，所述一个或多个网络1130能够根据2G无线通信协议IS-136(TDMA)、GSM以及IS-95(CDMA)支持通信。另外，例如，所述一个或多个网络1130能够根据2.5G无线通信协议GPRS、增强型数据GSM环境(EDGE)等支持通信。此外，例如，所述一个或多个网络1130能够根据3G无线通信协议(例如，使用宽带码分多址(WCDMA)无线接入技术的通用移动电话系统(UMTS)网络)支持通信。一些窄带AMPS(NAMPS)以及TACS网络也可以受益于本发明的实施方式，双重或更高模式移动站(例如，数字/模拟或TDMA/CDMA/模拟电话)也应如此。作为另一个示例，系统5的每个元件可以被配置成根据诸如射频(RF)、BluetoothTM、红外线(IrDA)或任何数量的不同有线或无线网络技术(包括有线或无线个人局域网络(“PAN”)、局域网(“LAN”)、城域网(“MAN”)、广域网(“WAN”)等)等技术彼此通信。
虽然装置1110-1300在图4中显示为通过相同的网络1130彼此通信，但这些装置可以同样通过多个单独的网络通信。
根据一个实施方式，除了从服务器1200中接收数据以外，分布式装置1110、1120和/或1300可以进一步被配置成在它们自身上收集并且传输数据。在各种实施方式中，装置1110、1120和/或1300能够通过一个或多个输入单元或装置接收数据，例如，键盘、触摸板、条形码扫描仪、射频识别(RFID)读取器、接口卡(例如，调制解调器等)或接收器。装置1110、1120和/或1300进一步能够将数据储存到一个或多个易失性或非易失性内存模块中，并且通过一个或多个输出单元或装置输出数据，例如，通过向操作该装置的用户显示数据，或者例如通过所述一个或多个网络1130传输数据。
在各种实施方式中，服务器1200包括用于根据本发明的各种实施方式执行一个或多个功能的各种系统，包括在本文中尤其是示出和描述的那些系统。然而，应理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，服务器1200可能包括用于执行一个或多个相似的功能的各种可替换的装置。例如，在某些实施方式中，服务器1200的至少一部分可以位于分布式装置1110、1120和/或手持或移动装置1300上，可以可取地用于特定应用。如下面进一步详细地所描述的，在至少一个实施方式中，手持或移动装置1300可以包含一个或多个移动应用1330，所述移动应用可以被配置成提供用户界面，用于与服务器1200交流，均如下面进一步详细地同样所描述的。
图5A是根据各种实施方式的服务器1200的示意性方框图。服务器1200包括通过系统接口或总线1235与在服务器内的其他元件通信的处理器1230。在服务器1200内还包括用于接收和显示数据的显示/输入装置1250。该显示/输入装置1250可以是例如与监控器相结合使用的键盘或定点装置。服务器1200进一步包括存储器1220，该存储器优选地包括只读存储器(ROM)1226和随机存取存储器(RAM)1222。服务器的ROM 1226用于储存基本的输入/输出系统1224(BIOS)，该系统包含帮助在服务器1200内的元件之间传递信息的基本例程。在本文中先前已描述了各种ROM和RAM配置。
此外，服务器1200包括至少一个储存装置或程序存储器210，例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、CD Rom驱动器或光盘驱动器，用于在各种计算机可读介质上储存信息，例如，硬盘、可移动磁盘或CD-ROM光盘。本领域的技术人员会理解的是，这些储存装置1210中的每个由合适的接口连接至系统总线1235。储存装置1210及其相关联的计算机可读介质为个人电脑提供非易失性存储。本领域的技术人员会理解的是，上面描述的计算机可读介质可以由在本领域中已知的任何其他类型的计算机可读介质代替。这种介质包括例如磁带盒、闪存卡、数字视频光盘以及Bernoulli卡式盒。
虽然未示出，但根据一个实施方式，服务器1200的储存装置1210和/或存储器可以进一步提供数据储存装置的功能，该数据储存装置可以储存服务器1200可以访问的历史和/或当前传送数据和和传送条件。在这方面，储存装置1210可以包括一个或多个数据库。术语“数据库”表示储存在计算机系统内的记录或数据的结构化收集，例如，通过关系数据库、层次数据库或网络数据库，并且同样，不应通过限制的方式理解。
包括(例如)由处理器1230可执行的一个或多个计算机可读程序代码部分的多个程序模块(例如，示例性模块1400-1700)可以由各种储存装置1210储存和储存在RAM 1222内。这种程序模块还可以包括操作系统1280。在这些和其他实施方式中，各种模块1400、1500、1600、1700借助于处理器1230和操作系统1280控制服务器1200的操作的某些方面。在其他实施方式中，应理解的是，在不背离本发明的范围和性质的情况下，还可以提供一个或多个额外和/或可替换的模块。
在各种实施方式中，程序模块1400、1500、1600、1700由服务器1200执行并且被配置成生成系统1020的各种用户可访问的和/或可传输给系统1020的各种用户的一个或多个图形用户界面、报告、指令、和/或通知/警报。在某些实施方式中，可以通过一个或多个网络1130访问用户界面、报告、指令、和/或通知/警报，所述网络可以包括互联网或其他可行通信网络，如前所述。
在各种实施方式中，还应理解的是，一个或多个模块1400、1500、1600、1700可以可替换地和/或另外(例如，两份)本地储存在一个或多个装置1110、1120和/或1300上并且可以由这些装置的一个或多个处理器执行。根据各种实施方式，模块1400、1500、1600、1700可以给一个或多个数据库发送数据、从一个或多个数据库中接收数据并且使用包含在一个或多个数据库内的数据，所述数据库可以包括一个或多个单独的、链接的和/或网络数据库。
用于与所述一个或多个网络1130的其他元件接口连接和通信的网络接口1260也位于服务器1200内。本领域的技术人员会理解的是，一个或多个服务器1200元件可以在地理上远离其他服务器元件。而且，一个或多个服务器1200元件可以相结合，和/或在服务器内还包括执行在本文中描述的功能的额外元件。
虽然上面描述了单个处理器1230，但本领域的技术人员会认识到，服务器1200可以包括彼此相结合操作的多个处理器，用于执行在本文中描述的功能。除了存储器1220以外，处理器1230还可以连接至至少一个接口或者用于显示、传输和/或接收数据、内容等的其他装置。在这方面，接口可以包括至少一个通信接口或者用于传输和/或接收数据、内容等的其他装置以及可以包括显示器和/或用户输入接口的至少一个用户界面，如下面进一步详细地所描述的。用户输入接口进而可以包括允许实体接收来自用户的数据的任何数量的装置，例如，键盘、触控显示器、控制杆或其他输入装置。
更进一步，虽然参考“服务器”1200，但本领域的技术人员会认识到，本发明的实施方式不限于传统上限定的服务器架构。更进一步，本发明的实施方式的系统不限于单个服务器或相似的网络实体或主机计算机系统。在不背离本发明的实施方式的精神和范围的情况下，同样可以使用其他相似架构，所述架构包括彼此相结合操作以提供在本文中描述的功能的一个或多个网络实体。例如，在不背离本发明的实施方式的精神和范围的情况下，同样可以使用彼此合作以提供在本文中描述的与服务器1200相关联的功能的两个或更多个人电脑(PC)、相似的电子装置或手持式便携装置的网状网络。
根据各种实施方式，可以使用在本文中描述的计算机系统和/或服务器，执行或者不执行过程的很多单独步骤，并且计算机实现程序可以变化，如对一个或多个特定应用可取和/或有利的。
图5B是可以结合本发明的各种实施方式使用的移动装置1300的说明性示意图。移动装置1300可以由各方操作。如图5B所示，移动装置1300可以包括天线1312、传输器1304(例如，无线电发送装置)、接收器1306(例如，无线电接收装置)、以及分别给传输器1304和接收器1306提供并且从传输器1304和接收器1306中接收信号的处理元件1308。
分别给传输器1304和接收器1306提供并且从传输器1304和接收器1306中接收的信号可以包括根据适用的无线系统的空中接口标准以与各种实体通信的信令数据，例如，服务器1200、分布式装置1110、1120等。在这方面，移动装置1300能够通过一个或多个空中接口标准、通信协议、调制类型以及访问类型操作。更具体而言，移动装置1300可以根据任何数量的无线通信标准和协议操作。在特定的实施方式中，移动装置1300可以根据多个无线通信标准和协议操作，例如，GPRS、UMTS、CDMA2000、lxRTT、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、E-UTRAN、EVDO、HSPA、HSDPA、Wi-Fi、WiMAX、UWB、IR协议、蓝牙协议、USB协议和/或任何其他无线协议。
通过这些通信标准和协议，根据各种实施方式，移动装置1300可以使用诸如非结构化补充业务数据(USSD)、短消息服务(SMS)、多媒体消息服务(MMS)、双音多频信令(DTMF)和/或用户身份模块拨号器(SIM拨号器)等概念与各种其他实体通信。移动装置1300还可以将变化、插件以更新(例如)下载到其固件、软件(例如，包括可执行指令、应用程序、程序模块)以及操作系统中。
根据一个实施方式，移动装置1300可以包括位置确定装置和/或功能。例如，移动装置1300可以包括GPS模块，该模块适合于获取(例如)维度、经度、高度、地理编码、路线和/或速度数据。在一个实施方式中，通过识别看得见的卫星的数量和那些卫星的相对位置，GPS模块获取数据(有时称为星历表数据)。
移动装置1300还可以包括用户界面(可以包括耦合至处理元件1308的显示器1316)和/或用户输入接口(耦合至处理元件308)。用户输入接口可以包括允许移动装置1300接收数据的任何数量的装置，例如，键盘1318(硬或软)、触控显示器、语音或动作接口或其他输入装置。在包括键盘1318的实施方式中，键盘可以包括(或促使显示)传统数字(0-9)和相关键(#、*)或用于操作移动装置1300的其他键，并且可以包括整组字母键或者可以激活以提供整组字母数字键的一组键。除了提供输入以外，例如，用户输入接口还可以用于激活或停用某些功能，例如，屏幕保护程序和/或睡眠模式。
移动装置1300还可以包括易失性存储器或储存器1322和/或非易失性存储器或储存器1324，其可以嵌入和/或可以可移动。例如，非易失性储存器可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪速存储器、MMC、SD记忆卡、记忆棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、RRAM、SONOS赛道存储器等。易失性储存器可以是RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2SDRAM、DDR3SDRAM、RDRAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、高速缓冲存储器、寄存器存储器等。易失性和非易失性存储器或储存器可以储存数据库、数据库实例、数据库映射系统、数据、应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等，以用于实现移动装置1300的功能。
移动装置1300还可以包括一个或多个相机1326和移动应用1330。根据各种实施方式，相机1326可以被配置成额外和/或可替换的数据收集功能，据此，移动装置1300可以通过相机读取、储存和/或传输一个或多个项目。移动应用1330可以进一步提供功能，通过该功能，可以通过移动装置1300执行各种任务。可以提供各种配置，如对于移动装置1300和系统1020的一个或多个用户总体上可取的。
本发明不限于上述实施方式，并且在以下权利要求的范围内，可以具有很多变形。例如，这些变形可以涉及使用与例证的电子束(例如，激光束)不同的能量束的源。可以使用除了金属粉末以外的其他材料，例如，导电聚合物和导电陶瓷的粉末的非限制性示例。

Claims (14)

1.一种用于通过连续地沉积粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述各个层被融合在一起以形成所述制品，所述方法包括以下步骤：
提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热或融合所述粉末材料中的至少一种，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及所述阴极与阳极之间的栅极；
在所述三维制品的所述形成期间，在第一模式中或在第二模式中控制所述电子束源；
其中，在所述第一模式中以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中以反馈模式控制所述电子束电流；
其中，所述第一模式被用来在第一处理步骤中控制所述电子束源，所述第一处理步骤是用于形成所述三维制品的所述粉末材料的所述融合；其中，所述第二模式被用来在第二处理步骤中控制所述电子束源，所述第二处理步骤是以下各项的组中的一个：在将新粉末层涂布到表面上之前的所述表面的预加热、新粉末层的预加热、粉末分布或者已融合的粉末层的后热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
在所述阴极与所述阳极之间施加预定的加速器电压；
在所述栅极与所述阴极之间施加预定数量的不同栅极电压，以产生对应的预定数量的电子束电流；并且
在所述第二模式期间，创建或更新查找表或数学函数中的至少一种，其中，所述查找表或数学函数定义期望的电子束电流与施加的栅极电压之间的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：
比较第一实际的电子束电流和第一期望的电子束电流；并且
如果所述第一实际的电子束电流与所述第一期望的电子束电流之间的差值大于预定值，则更新所述查找表或数学函数中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在融合预定数量的所述三维制品的层之后执行所述更新。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在每层的融合处理之间执行所述更新。
6.根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：
从所述查找表或数学函数中检索用于产生所述期望的电子束电流的预定的所述栅极电压；并且
在所述第一模式期间将预定的所述栅极电压从第一栅极电压改变成第二栅极电压，以在预定层的融合期间将所述电子束电流从第一值改变成第二期望值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在至少一个个别扫描线的融合期间，预定的所述栅极电压从第一栅极电压改变成第二栅极电压，以将所述扫描线中的所述电子束电流从第一值改变成第二期望值。
8.一种非暂存性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读程序代码部分，其中所述计算机可读程序代码部分被配置并且设置成由处理器执行时实施一种用于通过连续地沉积粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述各个层被融合在一起以形成所述制品，所述方法包括以下步骤：
提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热或融合所述粉末材料中的至少一种，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及所述阴极与阳极之间的栅极；
在所述三维制品的所述形成期间，在第一模式中或在第二模式中控制所述电子束源；
其中，在所述第一模式中以前馈模式控制来自所述电子束源的电子束电流，并且在所述第二模式中以反馈模式控制所述电子束电流；
其中，所述第一模式被用来在第一处理步骤中控制所述电子束源，所述第一处理步骤是用于形成所述三维制品的所述粉末材料的所述融合；
其中，所述第二模式被用来在第二处理步骤中控制所述电子束源，所述第二处理步骤是以下各项的组中的一个：在将新粉末层涂布到表面上之前的所述表面的预加热、新粉末层的预加热、粉末分布或者已融合的粉末层的后热处理。
9.一种用于通过连续地沉积粉末材料的各个层来形成三维制品的方法，所述各个层被融合在一起以形成所述制品，所述方法包括以下步骤：
提供发射电子束的至少一个电子束源，用于加热或融合所述粉末材料中的至少一种，其中，所述电子束源包括阴极、阳极以及所述阴极与阳极之间的栅极；
在所述三维制品的所述形成期间，在至少两个模式中控制所述电子束源；
在所述阴极与所述阳极之间施加预定的加速器电压；
在所述栅极与所述阴极之间施加预定数量的不同栅极电压，以产生对应的预定数量的电子束电流；并且
在所述至少两个模式中的一个模式期间，创建或更新查找表或数学函数中的至少一种，其中，所述查找表或数学函数定义期望的电子束电流与施加的栅极电压之间的关系；
其中：
所述至少两个模式包括第一模式和第二模式；
所述第一模式被用来在第一处理步骤中控制所述电子束源；
所述第二模式被用来在第二处理步骤中控制所述电子束源；
所述第一处理步骤是用于形成所述三维制品的所述粉末材料的所述融合；并且
所述第二处理步骤是以下各项的组中的一个：在将新粉末层涂布到表面上之前的所述表面的预加热、新粉末层的预加热、粉末分布或者已融合的粉末层的后热处理。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：
比较第一实际的电子束电流和第一期望的电子束电流；并且
如果所述第一实际的电子束电流与所述第一期望的电子束电流之间的差值大于预定值，则更新所述查找表或数学函数中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在融合预定数量的所述三维制品的层之后执行所述更新。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在每层的融合处理之间执行所述更新。
13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：
从所述查找表或数学函数中检索用于产生所述期望的电子束电流的预定的所述栅极电压；并且
在所述第一模式期间将预定的所述栅极电压从第一栅极电压改变成第二栅极电压，以在预定层的融合期间将所述电子束电流从第一值改变成第二期望值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在至少一个个别扫描线的融合期间，预定的所述栅极电压从第一栅极电压改变成第二栅极电压，以将所述扫描线中的所述电子束电流从第一值改变成第二期望值。
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