CN107223084B - 生成3d物体 - Google Patents

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Abstract

用于生成三维物体的装置(100)包括第一扫描滑架(102)。第一扫描滑架包括第一能量源(104)，用于当所述第一扫描滑架(102)在构建表面上移动时预热构建表面的区域。

Description

生成3D物体
背景技术
逐层生成三维物体的附加的专业化生产系统已被提出作为生成三维物体的潜在便利方式。
在这种附加的专业化生产系统中，能量源可被用来加热构建材料和试剂。
附图说明
为了更好地理解本文所描述的示例，并且为了更清楚地示出示例如何实施，现在将通过非限制性示例来参考以下附图，其中：
图1a示出了根据本发明生成三维物体的装置的示例；
图1b示出了根据本发明生成三维物体的装置的另一示例；
图2示出了根据本发明生成三维物体的装置的另一示例；
图3a至3d示出了图2的装置如何被用于生成三维物体的示例；
图4是根据本发明的方法的流程图；
图5示出了例如通过当能量源移动穿过构建材料时根据抛物面轮廓控制由能量源辐射的能量，在构建表面上生成的示例热分布；
图6示出了例如通过当能量源移动穿过构建材料时根据第一轴上的抛物面轮廓和第二轴上的反抛物线轮廓控制由能量源辐射的能量，在构建表面上生成的示例热分布；
图7示出了例如通过当能量源移动穿过构建材料时根据正弦曲线轮廓控制由能量源辐射的能量，在构建表面上产生的示例热分布；
图8示出了例如通过当能量源移动穿过构建材料时根据第一轴上的指数衰减曲线轮廓和第二轴上的正弦曲线轮廓控制由能量源辐射的能量，在构建表面上产生的示例热分布；
图9示出了例如通过当能量源移动穿过构建材料时根据振幅调制和衰减曲线控制由能量源辐射的能量，在构建表面上产生的示例性热分布；和
图10示出了示例性装置，其中能量源包括多个能量源段。
具体实施方式
生成有形三维物体的过程可以包括一系列阶段，包括形成构建材料层、选择性地将试剂(例如聚结剂和/或聚结改性剂，或另一种试剂)递送至构建材料层的表面的至少一部分，并且暂时向构建材料层施加能量。能量的临时应用可能导致构件材料的已经被递送或渗透了试剂的一部分被加热到构建材料和聚结剂开始聚结的点之上。该温度可以称为熔化温度。在冷却时，已聚结的部分变得固体，并形成正在生成的三维物体的一部分。然后可以重复这些阶段以形成三维物体。其他阶段和步骤也可以与该过程一起使用。
在本文所述的实施例中，聚结剂和聚结改性剂可以包括可以使用任何合适的流体递送机构(也称为试剂分配器)递送的流体。在一个实例中，试剂以液滴形式递送。在一个实例中，聚结剂可以是强光吸收剂，例如颜料着色剂。
根据本文所述的一些示例，试剂分配器可以包括一个打印头或多个打印头，例如热打印头或压电打印头。在一个示例中，可以使用打印头，诸如在市售喷墨打印机中使用的合适的打印头。
聚结改性剂可用于各种目的。在一个实例中，可以在聚结剂递送的地方的附近递送聚结改性剂，例如以有助于减少侧向聚结渗出的影响，由此聚结剂渗透到不想熔化的周围构造材料中。这可以用于例如改进物体边缘或表面的定义或精度，和/或减小表面粗糙度。在另一个实例中，聚结改性剂可以与聚结剂交替递送，其可以用于使对象的属性能够与刚刚使用聚结剂的物体的部分相比被修改。
在本文所述的实施例中，对构建材料的引用可以包括，例如，基于粉末的构建材料的构建材料。如本文所用，术语基于粉末的构建材料是指既包括干的也包括湿的基于粉末的构建材料、颗粒材料和粒状材料。在一个实例中，构建材料通常可以是弱吸光聚合物粉末介质。在另一个实例中，构建材料可以是热塑性材料。
在本文所述的示例中，三维物体可以通过依次层叠和将构建材料的一层融合在另一个之上而构成。每层构建材料沉积在先前的层上，并形成一个平坦的表面，该平坦的表面被称为构建表面。
本文描述的示例涉及用于控制用于生成三维物体的装置中的温度的方法和装置，其中构建材料的层被预热到产物形成的最佳温度。然后在熔化过程中施加能量的临时应用将固体材料翻转到其熔融状态，其中材料作为产品层粘合并冷却。对于半结晶聚合物，例如，最佳预热温度可能略低于熔融温度Tm；对于无定形聚合物，例如，最佳预热温度可以等于或刚好低于玻璃化转变温度Tg。
根据本公开，以及将在下面进一步详细描述的实施例，通过将能量源移动穿过构建表面可以预热构建表面。能量源可以是加热元件或灯或辐射源，其例如通过卤素或红外辐射加热构建表面。
在一些示例中，能量源可以安装在可在构建表面上移动的滑架上，在本文中称为第一扫描滑架。该第一扫描滑架可以限制能量源沿着轴线性地移动，这里被称为第一扫描轴。能量源可以是细长的并且被设置成使得能量源的长轴与扫描轴正交。因此，该装置可以被设置成使得当第一扫描滑架沿着第一扫描轴移动时，能量源移动穿过构建表面的整个区域。在如上所述的示例中，通过将能量源(例如灯或辐射源)放置在扫描滑架上，当第一个扫描滑架(其可以由于其他原因而提供，例如分配剂或构建材料)在构建表面移动时，构建材料的区域可以被加热。
可以安装附加设备或形成第一扫描滑架的一部分。例如，第一扫描滑架可以是包括用于分发试剂的试剂分配器的扫描滑架。在一些实例中，试剂是如上所述的聚结剂和/或聚结改性剂。在一些示例中，试剂分配器可以类似于打印头。该打印头可以是跨越第一扫描滑架(有时称为页宽打印头)的长度的打印头，或者打印头可以沿着与第一扫描轴正交的轴线移动，即打印头是可沿着第一个扫描滑架的长度移动的。
在一些示例中，第二能量源可以安装在第二扫描滑架上，其中第二扫描滑架移动穿过构建表面。可以限制第二滑架沿着第二扫描轴移动。以与第一能量源类似的方式，第二能量源可以在垂直于第二扫描轴的方向上延长，使得当第二扫描滑架沿第二扫描轴移动时，第二能量源横穿构建表面的整个区域。在一些示例中，第一扫描轴与第二扫描轴正交。
附加设备可以安装在第二扫描滑架上。例如，第二扫描滑架可以包括用下一层构建材料重新涂覆构建表面的重新涂覆机构。该重新涂覆机构可以包括构建材料分配器，用于将构建材料的新层递送到构建表面。合适的构建材料分配器可以包括例如刮水片、滚筒或喷雾机构。
在一些示例中，能量源、试剂分配器和重新涂覆机构在不同的扫描滑架上。然而，在其他示例中，试剂分配器和重新涂覆机构在相同的扫描滑架上。在一个示例中，可以选择穿过第一和第二扫描滑架的能量源、分配器和重新涂覆机构的设置，以优化制造过程的速度，例如通过将慢功能(例如在一个扫描滑架上的熔化和重新涂覆)或以及其他更快的功能(例如试剂分配功能，在另一个扫描滑架上)分组。
在一些示例中，第一和第二扫描滑架可以具有安装在其上的附加设备。另外可以附加安装在第一或第二扫描滑架上的设备的示例包括但不限于用于预热或熔化的至少一个附加的能量源，或用于确定在构建表面或其部分上的温度分布的热传感器。
图1a示出了用于生成三维物体的装置100的示例。装置100包括第一扫描滑架102。该第一扫描滑架102包括第一能量源104，用于当第一扫描滑架在使用期间移动到构建表面上时，对构建表面106的区域进行预热。扫描滑架可以在构建表面106之上沿着如箭头所示的第一扫描轴108移动。因此，当第一扫描滑架102沿着第一扫描轴移动时，第一能量源104被绘制在构建表面106上，并预热构建材料和构建表面106上的任何试剂(例如聚结剂和/或聚结改性剂)达到最佳预热温度。
通过将能量源(例如灯或辐射源)放置在跨构建表面扫描的扫描滑架上，这允许构建表面的区域随着扫描滑架在构建表面上移动而被加热。在一个示例中，这可以允许提供更准确的预热温度，例如与由构建表面上方的静止的能量源提供的预热温度相比。
在另一示例中，如图1b所示，该装置可以包括第二扫描滑架202，其中第二扫描滑架202包括第二能量源204。当第二扫描滑架202在构建表面106上移动时，例如沿着第二扫描轴208，第二能量源204预热构建表面的区域。
在图1b的示例中，第一扫描滑架102和第二扫描滑架202彼此正交设置。第一扫描滑架102沿着垂直于其长度的第一扫描轴108移动，即沿图1b的x轴或水平轴线移动。第二扫描滑架202沿着与第二扫描滑架202的长度垂直的第二扫描轴208移动，即沿图1b的y轴或垂直轴线移动。在一个示例中，第一和第二扫描轴彼此正交。
通过在沿着正交扫描轴移动的第一和第二扫描滑架上提供能量源，可以在两个方向上控制构建表面的热分布，使得可以在构建表面上提供期望的二维温度分布，稍后将在应用中更详细地描述。
图2示出了根据本公开的用于生成三维物体的装置200的另一示例。在该示例中，设备200包括第一扫描滑架102和第二扫描滑架202。第一扫描滑架102包括至少一个能量源104和试剂分配器105。试剂分配器105可以包括例如包括第一打印头段1051和第二打印头段1052的打印头，其可以重叠，使得当第一扫描滑架102沿着第一扫描轴108扫描时，打印头105跨越构建表面的宽度。还可以使用其它打印头设置，例如跨越构建表面106的整个宽度的单个打印头。试剂分配器105将诸如聚结剂和/或聚结改性剂的试剂分配到构建表面上。第二扫描滑架202包括至少一个能量源204和构建材料分配器(或重新涂覆机构)205。构建材料分配器205可以具有如上所述的特征。
在图2的示例中，第一扫描滑架102的第一能量源104包括第一能量源元件1041和第二能量源元件1042。第一扫描滑架102的第一能量源元件1041和第二能量源元件1042可以例如设置在试剂分配器105的任一侧上。这样的设置允许当试剂分配器105在使用期间沿着第一扫描轴前后移动时，能够在试剂分配器105的上游和/或下游选择性地施加能量，进一步的细节将在下面的图3a至3d中描述。因此，第一能量源104被设置在试剂分配器105的上游侧和/或下游侧，相对于第一扫描滑架102在使用期间如何移动穿过构建表面。
在图2的示例中，第二扫描滑架202的第二能量源204包括第一能量源元件2041和第二能量源元件2042。第二扫描滑架202的第一能量源元件2041和第二能量源元件2042可以例如设置在构建材料分配器205的任一侧上。这样的设置允许当构建材料分配器205在使用期间沿着第二扫描轴208来回移动时，能够在构建材料分配器205的上游和/或下游选择性地施加能量，进一步的细节将在图3a至3d中描述。因此，第二能量源204被设置在构建材料分配器205的上游侧和/或下游侧，相对于第二扫描滑架202在使用期间如何移动穿过构建表面。
第一和第二扫描滑架102、202在使用期间移动穿过构建表面106。能量源104、204可以沿它们各自的扫描滑架的全长延长并且位于其中。因此，随着每个扫描滑架沿着其扫描轴从构建表面的一侧移动到另一侧，相应的能量源掠过整个构建表面106，并随着它们的移动加热构建材料和在构建表面上的任何试剂，例如聚结剂和/或聚结改性剂。在一个示例中，当不移动穿过构建表面时，第一扫描滑架102可以停放在停放站或服务站1111或1112(例如，为试剂分配器服务)。类似地，当不移动穿过构建表面时，第二扫描滑架202可以停放在供应站2091或2092(例如向构建材料分配器供应构建材料)。
第一和第二扫描滑架上的能量源可以将构建表面加热到相同的温度，或将构建表面加热到不同的温度。在一个示例中，当能量源移动穿过构建表面时，能量源可产生恒定量的能量。在另一个实例中，当能量源移动穿过构建表面，或在构建表面的不同扫描之间，能量源所辐射的能量可以改变。当能量源根据辐射率分布(例如，以下图5至9详细描述的辐射率分布)而移动穿过构建表面时，能量输出可以被调整。辐射率分布可以是预配置的辐射率分布。在一个示例中，该装置可以另外包括热成像设备和处理器，其中热成像设备测量构建表面或其一部分的温度分布，并且其中处理器处理所测量的热分布并且计算预热能量源的辐射率分布，考虑到测量的热分布和参考热分布。可以计算辐射率分布以选择性地加热构建表面的某些优先于其它区域的区域以产生均匀的热分布或预定的热分布。处理器可以计算第一和第二扫描滑架上的每个能量源的不同分布。处理器可以以迭代的方式进一步计算能量源的适当的辐射率分布，使得其为每次掠过构建表面的扫描计算一个新的分布。在一个示例中，热成像设备可以安装在第一和第二扫描滑架中的一个或两个上，或者在另一个示例中，热成像设备可以安装在单独的安装件上，使得其在固定位置上悬挂在构建表面上。
能量源可以被加热到第一温度，以在该过程的第一阶段期间预热构建表面106，并在第二个更高的温度以在该过程的后续阶段熔化构建材料的打印层。能量源可以是加热元件。在另一示例中，能量源可以是灯或其他形式的辐射源。下面详细的例子提供了关于能量源的加热方式和辐射率分布的更多细节。
图3a至3d示出了如图2所示的装置的操作的示例。在图3a所示的第一阶段中，在从服务站1112移出的过程中示出了第一扫描滑架102。在构建操作的这个阶段期间，第一扫描滑架102沿着如箭头所示的第一扫描轴108从右到左移动穿过构建表面106。在第一扫描滑架102在该方向上移动之前，构建表面106将已经包含已经由安装在第二扫描滑架202上的构建材料分配器205预先沉积的构建材料的新层。当第一扫描滑架102移动穿过构建表面106时，试剂分配器105(例如包括第一和第二打印头段1051、1052)将至少一个试剂(例如聚结剂和/或聚结改性剂)沉积或打印到构建表面106的某些区域，即正在生成的特定3D物体的特定区域。在一个示例中，第一能量源104的第一能量源元件1041，即当试剂分配器105在扫描操作期间沿着第一扫描轴108从右向左移动时位于试剂分配器105上游的能量源，在扫描操作期间中预热构建表面106，其包括预热构建材料和新沉积的试剂。在该示例中，虽然当第一扫描滑架102从右到左扫描时，没有能量从第二能量源元件1042发射，但是注意到能量也可以从该能量源元件辐射，例如，如果在分配试剂之前需要某种预热形式。
当第一扫描滑架102掠过构建表面106并到达如左图所示的服务站1111时，在构建操作的第二阶段中，如图3b所示，第二扫描滑架202沿着第二扫描轴208(如箭头所示，从页面顶部指向页面底部)移动到构建材料106上方。在沿该方向移动之前，第二扫描滑架202可以从构建材料供应站2091(如图3a所示，但隐藏在图3b中的第二扫描滑架202后面)获得了附加的构建材料，
在掠过构建表面106的期间，将第二滑架204的第二能量源元件2042被加热到第一温度，以将构建表面加热到经处理的构建材料的熔化温度。虽然在该温度下，当第二滑架204的第二能量源元件2042通过它们时，根据图3a刚刚施加了聚结剂的区域将会熔化，但是没有施加聚结剂的区域，即“原始”构建材料的区域，不会熔化，而是会保持未熔化。在通过构建表面的期间，构建材料分配器205还可以分配构建材料的新层。此外，在通过构建表面的期间，第二扫描滑架204的第一能量源元件2041(即位于构建材料分配器205上游的能量源元件)可以被加热到对应于构建材料的预热温度的第二温度。如上所述，最佳预热温度可能略低于例如半结晶聚合物的熔融温度Tm，并且可能刚好低于玻璃化转变温度，例如对于无定形聚合物。当第一能量源元件2041在该温度下通过构建表面时，被处理的或未经处理的“原始”构件材料都熔化，而不是(如上所述)，其用于预热构建材料(例如，均匀地预热构建材料)，其在示例中可以通过减少不均匀收缩现象的影响来有助于创造良好的零件质量。
在第二扫描滑架202的第二能量源元件2042和第一能量源元件2041分别被加热到最佳熔化和预热温度的情况下，当该第二扫描滑架202移动穿过构建表面106时，在该示例中发生三件事情。首先，将第二能量源元件2042将构建材料的打印层加热至熔化温度。当在图3a所示的阶段被第一扫描滑架102打印时，该打印层包含诸如聚结剂和/或聚结改性剂的试剂，结果是，但第二扫描滑架202的第二能量源元件2042掠过构建表面时，已经用试剂打印的区域被加热到熔化温度，熔化并熔合在一起。此时，该构建材料的特定层的特定部分已被处理。
在第二能量源元件2042的上游，构建材料分配器205跟随第二能量源元件2042跨越成品层，在旧层上铺设构建材料的新层。
在第三动作中，构建材料分配器205的上游，第二扫描滑架202的第一能量源元件2041预热构建材料的新沉积的层，例如达到最佳预热温度，准备打印。
一旦第二扫描滑架202已经完全掠过构建表面106，如从页面顶部到底部所示，它停在构建表面的下侧，例如靠近构建材料供应站2092，并且该构建过程移动到图3c。
图3c示出了第一扫描滑架102往回移动穿过构建表面106，这次是从左到右。如图3a所示，当第一扫描滑架102移动穿过构建表面106时，试剂分配器105将试剂(例如聚结剂和/或聚结改性剂)打印或沉积到构件表面的某部分上。安装在试剂分配器105的任一侧的，第一扫描滑架104的第一能量源元件1041和/或第二能量源元件1042，将构建表面和新沉积的打印试剂预热，例如达到最佳预热温度。
在图3d所示的构建过程的第四阶段中，第二扫描滑架202回扫穿过打印表面，由图3d中的第二扫描滑架202向上移动页面示出。在该扫描操作期间，能量源元件2041和2042的能量输出与图3b中的相反，使得第一能量源元件2041将构建表面加热到熔化温度，并且第二能量源元件2042将构建表面加热到预热温度。这样做是为了反映这样一个事实，即第二扫描滑架正在以与图3b中的相反的方向移动穿过构件表面，并且因此确保对于构建材料的每个部分，上述的熔化、重新涂覆和预热阶段仍然按照与图3b所示相同的顺序进行操作。以这种方式转换温度意味着，不管第二扫描滑架202的行进方向如何，位于构建材料分配器205下游的能量源204被加热到熔化温度。这确保了在添加构建材料的下一层之前，被打印的构建材料的之前的层被融合。相反地，相对于扫描滑架的行进方向位于构建材料分配器205上游的能量源204被加热到预热温度。这允许新铺设的构建材料的层一旦被施加到构建表面上就将被预热。图3a到3d中描述的过程可重复用于生成的3d产品的后续层。
应当注意，图3a至3d中概述的过程仅仅作为根据本公开的可能过程的示例，并且还设想了其他示例。例如，构建材料分配器205、试剂分配器105和能量源可以以与图3a至3d中所示的不同的方式设置。此外，至少一个部件可以位于与其他部件分离的滑架上，或者位于与图3a至3d所示的不同滑架上。例如，位于试剂分配器(打印头)下游的能量源可以被加热到熔化温度，使得打印和熔化的阶段由设备在单个滑架上执行。在这种情况下，第二扫描滑架202上的能量源都可以被设定为预热温度。
此外，在图3a至3d的示例中，扫描滑架可以在相同的平面中扫描，并且顺序地跨越构建表面移动，使得一旦第一扫描滑架从一侧通过到另一侧，则下一个滑架开始移动。在这样的例子中，通过加快处理并防止在构建表面的扫描之间浪费时间，从而使得该过程变得高效。然而，在另一个示例中，扫描滑架可以掠过构建表面并且在第二滑架开始移动之前返回到其起点。在这样的示例系统中，当扫描滑架朝一个方向运动时，构建材料分配器205、能量源104、204和试剂分配器105将作用于构建表面，并且因此第一扫描滑架102和/或第二扫描滑架202可以包含位于相应的试剂分配器或构建材料分配器的上游的单个预热能量源，而不是位于如图2和3a到3d所示的相应的试剂分配器和构建材料分配器的两侧上的预热能量源。在另一示例中，第一和第二扫描滑架可以在不同的平面内扫过构建表面。
现在转到图4，提供了根据本公开的方法的示例。该方法包括当第一扫描滑架扫描穿过构建表面时，使用安装在第一扫描滑架上的第一能量源预热构建表面的区域。该扫描滑架可以扫描构建表面的整个区域，或仅仅选择的子部分。类似地，构建表面的整个区域可以在预热期间被预热，或者仅仅是选定的子部分。
在一个示例中，该方法还可以包括使用第二能量源预热构建表面的区域，该第二能量源被安装在扫描构建表面的第二扫描滑架上。以与第一扫描滑架类似的方式，第二扫描滑架可扫描构建表面的整个区域，或仅仅选择的子部分。类似地，可以调节能量源的能量输出，使得构建表面的整个区域可以在预热期间预热，或者仅仅是选定的子部分。
该方法可以包括沿轴线扫描，并且第一和第二扫描滑架可以被限制为沿着这样的扫描轴线性地移动。在一个示例中，第一和第二扫描滑架被限制为沿着彼此正交的分离的轴线移动。
在本公开的一些示例中提出的构建材料(或粉末层)预热概念受益于设置在两个正交轴上的能量源。这具有以下优点：能量源可以并入具有正交扫描的产品中。
为了提供穿过整个构建表面的均匀的预热，能量源可以被成形为使得其在所有点处跨越构建表面的整个宽度。例如，能量源可以是细长的并且被设置成使得其长轴垂直于其所连接的相应扫描滑架的扫描轴。例如，能量源可以是管状灯。在一些示例中，能量源可以被分割成段，其中每个段的温度可独立于其它段来控制。这将在以下关于图10的应用中描述。
在一些示例中，该方法还包括控制能量源在移动穿过构件表面时辐射的能量。例如，可以控制能量源，使得当加热边缘区域(其中可能发生更高水平的散热)的温度较高，并且当加热中心区域时，该温度较冷。在正交布局中，这意味着通过对每个能量源的辐射强度的时间分布进行整形，可以在二维上控制构建表面上的温度分布。
图5至9示出了通过调节两个正交设置的扫描滑架上的预热能量源(加热元件)的辐射率分布，可以在构建表面上获得的温度分布的示例。图5至9中每个顶部的曲线表示与图的y轴平行排列的能量源的辐射率的演变，其水平扫描粉末层，从左向右移动。图5至9中的每一个的左侧的曲线表示定向平行于图的x轴的能量源输出的能量，其在构建表面的顶部和底部之间垂直移动。然后，热图将显示由两个(顶部和左侧)分布产生的组合。热图有效地遵循以下功能性行为：
I(x,y)＝Ix(t)+Iy(t)
其中，Ix(t)和Iy(t)分别对应顶部和左侧分布。
在图5的示例中，当相应的能量源移动穿过构建材料时，第一扫描滑架上的第一能量源和第二扫描滑架上的第二能量源两者都分别被控制为根据抛物线分布而下降和上升。图5所示的得到的分布将辐射集中在粉末层的拐角和边缘处，如热区53和冷却区51所示，并且类似于为补偿传导性和对流损失而调整的输入分布。
在图6的示例中，当相应能量源移动穿过构建材料时，第一扫描滑架上的第一能量源被控制为根据抛物线分布而上升和下降，而当相应能量源移动穿过构建材料时，第二扫描滑架上的第二能量源被控制为根据抛物线分布(反抛物线分布的形式)而下降和上升。热区由附图标记63表示，较冷区由61表示。
在图7的示例中，当能量源在构建材料上移动时，第一扫描滑架上的第一能量源和第二扫描滑架上的第二能量源都被控制为根据正弦分布而变化。这生成了交替的热区73和冷区71。
在图8的示例中，当第一能量源在构建材料上移动时，第一扫描滑架上的第一能量源被控制为根据正弦曲线而变化，而当第二能量源移动穿过构建材料时，第二扫描滑架的第二能量源被控制为根据指数衰减曲线而变化。热和冷区分别由数字83和81表示。
在图9的示例中，第一扫描滑架上的第一能量源和第二扫描滑架上的第二能量源用指数基座进行幅度调制。热和冷区分别由数字93和91表示。
由上可知，合适的输入辐射率函数和构建表面的所得热分布包括但不限于：抛物线和反抛物线分布、正弦分布，正弦调制指数衰减分布或具有一些其它预定特性的分布。
可以随时间调整每个能量源的辐射率分布，例如使用电压的波形函数或通过输入功率的脉冲宽度调制(PWM)。以这种方式控制预热能量源的时间特性的温度分布允许以极高的空间分辨率设计准模拟补偿方案。该分辨率与脉冲期间的能量源覆盖的距离以及作为低通滤波器的能量源的热惯性(响应函数)有关。
在一些示例中，第一扫描轴上的能量源的温度分布相对于与第一扫描轴正交的第二扫描轴上的第二能量源的温度分布被控制，使得第一温度分布和第二温度分布组合以在构建表面的区域上提供期望的预热分布。
在一个示例中，本公开中提供的方法还可以包括：测量构建表面的温度分布，基于测量的温度分布和参考分布确定能量源的辐射率分布，并当能量源在构建表面上扫描时，将确定的辐射率分布应用于能量源。该应用的阶段可以例如通过改变通过能量源的电压来实现。
在构建表面获得的温度分布可以通过使用辐射热通量作为输入参数的基本热平衡方程来控制。
在另一个示例中，现在将参照图10描述对能量源的辐射率分布的使用，图10示出了类似于图1a、1b、2或3的装置，但被修改为使得任何能量源或能量源元件被分成多个能量源段(例如沿能量源的长度，与扫描轴正交)。能量源的每个段的温度可以独立于其他能量源来控制，使得每个段可以具有其自身的辐射率分布(如以上关于图5至9所述)。在该示例中，构建表面因此被分成独立的可寻址区域。
根据一个示例的优点是改善配电分布的可寻址空间并允许进一步的设计粒度。如果n和m分别是水平和垂直扫描发射极阵列的段数，则粉末层表面被分成n×m个独立的可控区域，其中每个区域中的辐射分布可以按照上述功能关系成形：
IZone(x,y)＝Ix,Zone(t)+Iy,Zone(t)
因此，根据本公开，上述参考图1a、1b、2、3或10所述的任何示例可以被配置为使得由能量源或能量源段辐射的能量在其在构建表面上移动时被控制。
当能量源或能量源段在构建表面上移动时，由能量源或能量源段辐射的能量可以相对于由另一能量源或能量源段在构建表面上移动时辐射的能量来控制。
在这种示例中，分离的扫描滑架上的能量源组合起来工作，通过使用在第一和第二滑架上的第一和第二能量源的辐射率分布，以在构建表面的特定区域或构建表面的整个区域上提供期望的温度。
此外，根据一个示例性方法，当能量源或能量源段在构建表面上移动时，能量源或能量源段辐射的能量包括通过以下任意组合来控制第一能量源和第二能量源：当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据抛物线分布控制由能量源或能量源段辐射的能量上升和下降；当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据抛物线分布控制由能量源或能量源段辐射的能量下降和上升；当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据正弦分布控制由能量源或能量源段辐射的能量发生变化；当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据指数衰减分布控制由能量源或能量源段辐射的能量发生变化；或者当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，控制由能量源或能量源段辐射的能量为恒定的。
上述示例使得能够以经济的方式使用准连续空间分布来控制构建材料的构建表面上的热分布。
上述示例可以有助于减少最佳预热温度的扰动，否则可能会降低构建过程的完整性和一致性，因为最终部件和部件精度的机械性能可能受到非均匀收缩现象的影响。为了有助于实现构建后的相等的零件属性和系统之间的一致性，本文所描述的示例允许控制构建表面上的预热温度分布和演化。
应当注意，上述示例说明而不是限制本公开，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以设计许多备选示例。单词“包括”不排除除权利要求中列出的元件或阶段之外的元件或阶段的存在，“a”或“an”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的几个单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

Claims (11)

1.一种用于生成三维物体的装置，所述装置包括：
包括第一能量源的第一扫描滑架，所述第一能量源用于当所述第一扫描滑架在使用期间在构建表面上方移动时，预热构建表面的区域；以及
包括第二能量源的第二扫描滑架，所述第二能量源用于当所述第二扫描滑架在使用期间在构建表面上方移动时预热所述构建表面的区域，
其中所述第一扫描滑架和所述第二扫描滑架在使用期间分别在第一扫描轴和第二扫描轴上方进行扫描，所述第一扫描轴与所述第二扫描轴正交，使得能够在两个方向上控制所述构建表面的热分布。
2.根据权利要求1所述的装置，其中能量源跨越所述构建表面的宽度，与所述能量源的相应的扫描轴正交。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一扫描滑架包括用以将试剂分配在构建表面的区域上的试剂分配器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一能量源相对于所述第一扫描滑架在使用期间如何移动穿过所述构建表面，而被设置在所述试剂分配器的上游侧和/或下游侧。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二扫描滑架包括用以在使用期间将构建材料分配在构建表面的区域上的构建材料分配器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第二能量源相对于所述第二扫描滑架在使用期间如何移动穿过所述构建表面，而被设置在所述构建材料分配器的上游侧和/或下游侧。
7.根据权利要求6所述的装置，其中当所述第二扫描滑架在使用期间移动穿过所述构建表面时被设置在所述构建材料分配器的上游侧的第二能量源，被控制以在所述第二扫描滑架扫描穿过所述构建表面时预热所述构建材料，并且其中当所述第二扫描滑架在使用期间移动穿过所述构建表面时被设置在所述构建材料分配器的下游侧的第二能量源，被控制以在所述第二扫描滑架在使用期间扫描穿过所述构建表面时熔化之前被涂覆有试剂的构建材料的任何区域。
8.根据权利要求1所述的装置，其中能量源包括多个能量源段。
9.一种用于生成三维物体的方法，所述方法包括：
当第一扫描滑架在构建表面上方扫描时，使用安装在所述第一扫描滑架上的第一能量源来预热所述构建表面的区域；并且
当第二扫描滑架在构建表面上方扫描时，使用安装在所述第二扫描滑架上的第二能量源来预热所述构建表面的区域，
其中所述第一扫描滑架和所述第二扫描滑架在使用期间分别在第一扫描轴和第二扫描轴上方进行扫描，所述第一扫描轴与所述第二扫描轴正交，使得能够在两个方向上控制所述构建表面的热分布。
10.根据权利要求9所述的方法，其中能量源包括跨越所述构建表面的宽度、与所述能量源的相应的扫描轴正交的能量源，并且其中能量源包括单个能量源或多个能量源段，其中所述方法包括控制由能量源或能量源段在所述构建表面上方移动时所辐射的能量。
11.根据权利要求9所述的方法，包括通过以下任意组合来控制第一能量源和第二能量源：
当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据抛物线分布来控制由所述能量源或能量源段辐射的所述能量上升和下降；或者
当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据抛物线分布来控制由所述能量源或能量源段辐射的所述能量下降和上升；或者
当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据正弦分布来控制由所述能量源或能量源段辐射的所述能量发生变化；或者
当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，根据指数衰减分布来控制由所述能量源或能量源段辐射的所述能量发生变化；或者
当能量源或能量源段移动穿过构建表面时，控制由所述能量源或能量源段辐射的所述能量为恒定的。
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